闸门自动化系统在水库中的应用

摘要：水闸作为重要的水利设施，不仅牵涉到防汛排涝、人民安全，还要兼顾通航管理、水资源调度、保护水环境等，让这些水闸功能更好的实现是水闸自动化系统建设的中心目标。本文结合笔者多年的工作实践，对闸门自动化系统在水库中的应用进行了探讨。

关键词：闸门；自动化控制系统；远程监控；现场控制；应用管理

中图分类号： TV663 文献标识码： A 文章编号：

随着科学的飞跃发展，特别是随着“无人值班，少人值守”这一控制模式的提出，水库的自动控制迫切需求可靠性及安全性高、性价比好的闸门控制系统。另一方面,在深圳地区，雨量充沛，特别是在抗洪、抗台风枪险的非常时期，测控系统应与市、区三防指挥系统直接进行信息交流，方便迅速掌握有关信息，为决策提供科学依据，因此，先进、成熟、高可靠闸门自动化控制系统的建设显得十分重要。下文结合水库与深圳市、区三防、供水等方向的现实情况和发展需要，采用了一种新型先进、成熟、高可靠、开放性好的闸门远程监控系统，它的建成将大大提高管理的信息化、科学化水乎和效率。

1、概述

某水库为实现水库管理现代化、充分发挥工程的社会和经济效益，采用网络技术构建了一种新型闸门远程监控系统，对闸门实现现地、集中和远程控制，为水库水资源的科学调度提供了技术支撑，为后期运行管理规范化和现代化奠定了基础。系统由管理处计算机局域网、闸门自动监控系统、图像监视系统组成。管理处局域网由服务器、交换机、闸门双机热备监控工作站、图像监控工作站以及

各类查询工作站、办公自动化工作站等组成。局域网建有网络实时INSQL数据库、历史数据库和基于Web的查询系统。局域网与省水利厅计算机网络间通过 2M带宽的光纤专用通道相联，构成广域网络结构，实现数据共享。闸门计算机控制系统、图像监视系统负责闸门的自动启闭和实时信息采集，实时数据包含闸门相关数据、水位数据、扬压力等实时数据，利用图像监视系统的屏幕，还可以进行防汛会商与展示。在与省网联接后，可在省水利厅远程操作现场闸门控制系统。

2、系统工作原理

某水库闸门远程监控系统由远程监控系统和现场控制系统组成。该水库闸门远程自动化监测与控制系统结合了软件和硬件集成系统,所涉及的技术,包括自动控制技术、传感器技术、网络技术、多媒体技术和信息管理技术等等。其工作原理为：使用现场安装的各种传感器实时采集水位、闸位等相关信息，通过集中处理后通过网络上传到远程监控中心，监控中心实时分析这些数据、查询，然后再通过网络实时控制指令，以实现对闸门的控制；同时，通过现场安装的图像采集设备实时采集现场的图像信息，利用网络向远程监控中心传输，以供监控中心可以实时监视现场工作情况和机械设备运行情况，指导闸门控制的执行。

3、系统特点

本系统在传统的闸门手工运行的基础上通过自动化改造,利用计算机技术、网络技术、自动化控制技术以及视频监控等技术实现闸门远程控制,其特点主要体现在以下几个方面:

无人值班运行

针对沿线排水闸运行次数较少、分布散的特点,在自动化远程监控的技术上,通过水位监测、实时图像传输、电源远程控制等现代化手段,实现了无人值守运行。

远程控制直观

中控室是整个系统的调度中心，主控机作为上位机对闸门进行远程控制，远程监视功能主要就是技术人员可以从各级的监控终端中实时的看到各监视点现场的视频图像，同时还可以通过软件控制现场的摄像机镜头以及云台，使其根据需要调整光圈大小、焦距远近、变倍高低以及图像角度等，满足对现场多方位视频图像的监控需要。同时，系统中的远程监视还能够对同一监控点的图像进行分发、调配，以满足多终端对同一图像的访问要求。闸门的运行情况通过安装在闸门顶的摄像机实时传回管理楼控制中心,在控制中心的视频监控主机上通过控制球型云台实现全方位多视角的监视,能获得闸门全景,也能获得闸门的细部图像,对闸门控制仿佛“身临其境”,而且还能看到在现场无法看到的细部特征。

3)混合网络传输

针对不同的物理位置分布,选择合理经济的网络传输方式,为闸门远程控制提供传输通道,同时保证传输的可靠性和充足的网络带宽要求。

4)电源远程控制

沿线闸门为排水闸,平时水位低于内河水位,均为自流排水,闸门常开,只在汛期水位高时关闭闸门。故闸门运行次数较少,设备无需长期供电,我们设计了电源远程控制,只要保证网络设备和PLC供电,其他设备的供电均由上位机远程控制PLC投入电源,延长了各设备的使用寿命,保证了各设备的安全。

5)远程监控的实现

本系统采用的实时网络服务器软件和网络浏览用户软件，可以实现异地的远程监控，通过网络在遥远的地方，可方便地监控远方的设备。远程监控站的操作人员在输入正确的注册和密码检验后，可进入与现场监控上位机相同的监视画面，可发出操作指令通过现地监控上位机的I/OS-ERVER直接与现地监控单元的PLC联系，完成远程监控的任务。上级有关部门可利用远程客户机通过网络实现对闸门自动控制系统的远程监视和控制。闸门自动控制系统的监控信息接入局域网或Interne,t通过授权,上级部门就可以通过局域网或Internet监视和控制现场设备的运行状态和实时数据,而不必亲临现场操作,就可以控制工程运行和监视现场情况。例如，本系统可在省水利厅的远程监控站对三河闸的63孔闸门进行实时监控；在市水务局，通过网络传输都可以操控。

4、系统功能与作用

3.1、远程监测

4.1.1、数据的接收、处理与显示

各级远程监控终端都能够接收到现场采集的实时数据，将采集到的数据转换，然后在监控终端的控制平台某一窗口上实时显示，技术人员可根据实时数据来判断闸门的工作以及水文状况，以进行必要的调整。

这些数据涵盖以下监测内容:闸前水位、闸门开启高度、闸门的机械荷载状况、启闭机控制器件状态、启闭机行程状况、启闭机相关保护装置的状态、电力供应状况、动力环境状况等。

4.1.2、水量计算

在系统的各级监控终端上，远程监控软件都能根据采集到的闸门开度、闸前水位等数据，按照水力学公式计算出泄洪洞的实时放水流量，并累计每次的放水总量。

4.1.3、历史数据查询与统计

从系统的各级监控终端中，技术人员可以随时查询泄洪洞闸前水位、流量、放水总量和工作状态等数据的历史信息，并可以对水位、闸门开高、流量、任意时段内的放水量做出相应的统计，然后生成各种闸门管理报告(如日报、月报、年报以及闸门运行日志)等，系统能够支持单项和多项查询。

4.2、远程控制

远程控制功能就是技术人员可以在系统各级的远程监控终端控制平台上，通过鼠标点击控制平台上相应的控制按钮，输入相应的数据信息，便可实现闸门按照要求的控制操作。

远程控制功能的实现有2种方式:技术人员直接控制和自动控制。技术人员直接控制就是每次闸门的开启都由技术人员直接在监控终端上进行操作，指定闸门的开启高度，然后控制开启闸门，直到需要关闭闸门时再由技术人员进行关闭操作。自动控制则是由监控终端上的监控软件自动完成的启闭控制，其具体操作是由技术人员在操作平台上输人指定的放水流量或闸门的开启高度，确认后系统便会自行向现场控制系统发出开启闸门的命令，然后系统将实时计算放水量，一旦达到指定数据，系统便又可自动的发出关闭闸门的指令，这些闸门启闭控制以及中间的放水计算全部由系统自动完成。

4.3、远程监视

远程监视功能主要就是技术人员可以从各级的监控终端中实时的看到各监视点现场的视频图像，同时还可以通过软件控制现场的摄像机镜头以及云台，使其根据需要调整光圈大小、焦距远近、变倍高低以及图像角度等，满足对现场多方位视频图像的监控需要。同时，系统中的远程监视功能还能够对同一监控点的图像进行分发、调配，以满足多终端对同一图像的访问要求。

水库监视点主要布设在闸房现场、泄洪洞出水口、办公楼和信息楼顶。其中，闸房现场监视点主要监视、检查闸房内部情况及机械设备运行情况;泄洪洞出水口监视点主要是放水前检查泄洪洞出水口及河道有无玩耍人员以及放水过程中水流情况;办公楼和信息楼顶上的监视点主要监视检查泄洪过程中工程情况。

4.4、现场控制

4.4.1.监测数据显示功能

监测数据显示功能就是将系统实时采集到的一些相关数据在现场监控终端的操作平台上实时的显示，方便于在现场工作人员进行查看、核实。

4.4.2.闸门自动控制功能

闸门自动控制功能则是不同于人工控制闸门启闭的一种功能，它将闸门的启闭控制转移到现场监控终端的操作平台上，工作人员只需在此操作平台上操作，系统便会将由工作人员发出的闸门启闭指令转换成控制机构能够执行的电信号，从而达到控制闸门启闭的功能。从方式上讲，这种方式降低了工作人员操作的危险性和劳动强度，同时也提高了工作效率。

4.4.3.闸门运行安全保护功能

闸门运行安全保护功能主要就是实现对闸门启闭设备的保护，使闸门启闭设备能够在出现异常情况时，及时的检测出异常情况，并给予一定的保护处理。这些保护手段的反应速度远远高于人工的反应及处理速度，可以有效的提高闸门启闭设备工作的安全性。

4.5应用管理

4.5.1、可视化管理功能

在远程监控终端上，系统可显示出闸门的运行状态:如闸位、水位、流量等信息。若闸门运行异常，其相应光标就会自动报警。在闸门的模拟画面上，可以直观显示闸门的模拟视频信息以及水位、闸高、流量、总放水量、电压、电流等信息，同时技术人员也可以对闸门进行控制操作。

4.5.2、权限管理功能

(1)加锁和撤锁

水库管理处对各监控中心拥有加锁或撤锁的权利。当然，上级监控中心可以通知水库管理部门为闸门远程监控系统进行撤锁，使其暂时拥有闸门的操作控制能力，控制完成后，必须及时通知水库加锁，归还闸门的操作控制功能。作为拥有最高操作权限的水库现场监控站可以对所有监控中心的操作控制功能进行权限加锁和撤锁。

(2)权限的申请和授予

各监控中心必须在拥有控制操作权限的情况下才能对闸门进行控制操作。只有水库管理处有权授予、改变或收回各监控中心的操作权限，并对操作权限进行动态管理。各监控中心可以向水库管理处申请操作权限，获得批准后方可对闸门进行控制操作。

(3)权限识别和权限提示

在闸门现场监控系统中，可以识别技术人员的操作权限，判断技术人员对闸门的操作是否合法。当闸门正在被某一监控中心操作时，系统能够将目前操作闸门的技术人员信息(主要是技术人员姓名、单位名称等信息)向其它监控中心。如果其它监控中心同时也拥有了合法的操作权限，并对闸门发出了操作指令，则系统将会比较技术人员的权限级别，然后执行权限级别比较高的技术人员的操作指令。

4.5.3.远程维护功能

在各级远程监控系统中，都支持远程维护功能，经过授权的水库技术人员可远程配置、修改闸门的运行参数，当现场监控系统运行出现故障时，系统可以自动识别故障来源并报警，技术人员可以通过此远程维护功能对系统进行复位或恢复处理，以保持系统的正常运作，减少闸门现场的维护工作。

5、结束语

水闸自动化系统作为水闸业务系统中不可缺少的一部分，为水闸运行调度提供决策依据，进一步发挥水闸在服务社会、服务民生，保障新区水环境安全等方面的重要作用。今后，我们应总结经验，统筹规划，朝着“建设好、使用好、养护好”的方向，让水闸自动化系统能够更好的发挥作用，为水利事业添砖加瓦。