開泰閘自動化控制系統綜述與研究

高德應 傅貴麗

【摘要】開泰閘是連云港市海堤達標工程項目中一座重要的中型涵閘，位于海濱新區海堤堤線上，設計流量232m3/s。該閘具有防洪、排澇等功能。隨著計算機網絡、傳感器、機電設備結合的自動化技術的迅猛發展，對水利水情的監控和管理方式逐漸由原始的單一的現場、手動集中控制轉變為分布式的、多技術結合的包含遠程控制的的現代化的綜合性控制系統。本文就水利系統中一開泰閘使用的國電南京自動化股份有限公司開發的自動化控制系統的硬件組成結構進行了分析，對這種硬件構成方式的性能特點進行了總結和歸納，重點就調度系統中各子系統的功能和實現方式進行了闡述和研究。

【關鍵詞】自動化；控制系統；水閘

中圖分類號：TV66文獻標識碼A文章編號1006-0278（2015）11-142-02

推動水利工程管理向信息化、自動化方向發展是水利現代化的發展要求。將計算機技術、網絡通信技術、機械自動化技術、自動化技術以及多種軟硬件控制技術相結合，可以有效實現對水利水情相關信息進行實時監測和調控，進而完成開泰閘工程的自動化管理和控制。

一、自動化管理系統組成

為滿足基本的自動化控制要求，目前應用于開泰閘水利工程管理系統中的自動化控制系統由一個監控中心配合多個終端站實現。其中，監控中心配備運算能力較強的工業計算機（南瑞）和相關數據通信設備；WebAccess V7.0和SQ數據庫實現數據處理功能，終端站可以配備以PLC為核心或者單片機為核心的數據處理系統，同時配合使用多種傳感器、數據采集設備、數據通信設備等實現與上位機的通信。為保證系統運行可靠性和數據準確性，應該在監控中心中配置山特UPS電源，在終端站配置蓄電池。系統可完成的功能有：（1）計算機遠控操作閘門（2）水位實時數據存儲（3）數據處理，該部分功能由監控中心的軟硬件設備協作完成。（4）數據采集和指令執行，該部分功能由布置于水利調度系統終端的傳感器與執行設備完成；（5）數據傳輸，該部分功能由各通信設備完成；

二、自動化系統的特點

水利自動化系統通常由多個遠端監測點組成一個網絡平臺，利用監控中心對平臺各終端進行信息采集、數據處理以及決策制定。我閘使用的自動化系統包括操控子系統、監控子系統、采集子系統、視頻監控子系統、通信子系統等幾部分子系統，其特點如下：

（一）實用性強

該系統的操作終端可以通過WEB瀏覽器等實現，方便管理人員不在監控中心時，通過遠程訪問的方式登錄管理系統，根據權限進行系統設定和功能使用。也可以實地在控制中心直接登錄，操作整個系統。

（二）功能模塊可擴展

系統若需要進行擴容只需要通過相應的擴容端口進行新接入設備部署即可，不需要進行大范圍的系統調整。國電南京自動化股份有限公司開發該系統，充分考慮了未來水利自動化發展的大趨勢，為該系統進一步的擴展和性能提升提供了充足的空間。

（三）數據采集完整性強

由于采用了多種傳感器設備對模擬量進行信息采集，故本自動控制系統可以將模擬信息轉換為精確的數字信息，便于數據處理和分析。

（四）管理層次清晰

整個自動控制系統提供了完善的用戶管理、系統配置、運行狀態監測、歷史記錄等功能，利用這些功能可以簡化作業流程，明確管理權限，為系統制定合理的運行策略，維持整個系統的穩定運行。同時歷史記錄等功能還可以對控制系統的每個操作進行記錄，便于后期檢索和系統修正，為警報或故障原因的查找提供數據支持。

三、各子系統功能實現

（一）防辦及管理所調度中心

應用自動控制系統可以實現水利調度中心的無人值守。具體實現方式為，在自動控制系統中對水利信息采集系統、閘門監控系統、視頻監控系統、數據庫備份系統等不同系統中的參數進行設定，同時制定相應的執行策略，只有滿足條件時，系統才會啟動運行。通過上述操作可以對我閘上下游水情調度過程中的水位、流量等參數進行實時監測，并監測數據修正系統運行狀態，如放水水量、時間等；對閘門進行遠程控制，設置開啟高度，開啟閘門序號，設置安全防護參數，開啟只有滿足開啟條件時才能夠開閘放水，當放水完畢后可以遠程控制關閉閘門；對整個水利調度過程中的重點位置添加7處視頻監控，確保水利控制調度的準確性、安全性以及可靠性；最后還能對系統運行過程中產生的數據進行備份，操作日志的自動登記，以備后期檢索和總結。

（二）現場PLC控制系統

現場PLC控制系統主要安裝在啟閉機房內，與啟閉機電器控制柜進行連接，由工業計算機和網絡構成的通信系統與上位機進行數據通信獲取對閘門的控制指令，進而對閘位信息、電量電壓信息、水位信息等進行控制，實現遠程自動化操作。同時，為保證系統的安全性和可靠性，增強系統操作的靈活性，可以在現場PLC控制系統中添加現地控制開關，便于特殊情況下進行現場控制，在特殊情況下，為保證安全而采取緊急操作的控制系統也在PLC控制系統中單獨設置，不受其他系統干擾。

（三）水情信息采集系統

自動化控制系統運行的基礎是對諸如水位、渠道流速等信息的實時采集和監測。這些信息可以通過安置于我閘各處環境中的傳感器和數據采集裝置獲得。采集獲得的數據被傳送到數據中心進行處理和運算，系統根據運算結果控制閘門狀態。

需要說明的是，對水位信息的采集是通過上下游超聲波水位計完成的，需要根據實際情況進行零點調節和校正；對于閘體各部的揚壓力由15套揚壓力傳感器共同組成，對于流速信息的采集是通過流速儀及其相關裝置完成的，對于閘門開度、荷重等信息也直接通過閘門開度荷重儀顯示并實時傳輸到控制中心服務器上。

（四）視頻監控系統

在執行水利調度任務時，對重點檢測位置一共安裝定點攝像機5套，球形一體化攝像機2套，可進行24小時不間斷監控，此時需要應用視頻監控子系統。視頻監控子系統中的攝像頭可以對覆蓋區域內的所有活動和環境變化進行圖像采集，然后通過通信系統傳遞回監控中心，幫助監控中心管理人員對實際情況進行判斷，進而根據判斷結果制定操作策略。

（五）數據通信系統

鑒于整個開泰閘地處沿海，濕度大，鹽分高，且風大，氣候條件惡劣，故在建閘初期就將自動化系統所有管線預埋到位，并做了妥善保護。在實現終端與控制中心通信時，需要根據實際情況具體制定。在較遠區域，對其進行的水利調度通過對閘門兩側的水位差進行控制實現的，故在該區域可以鋪設有線通信網絡。在室內區域通常環境較好，且不需要采集和顯示多種數據，在該區域進行數據通信系統覆蓋可以通過有線通信技術的方式實現，可以滿足自動控制需求。

總之，在水利工程管理系統中應用自動化控制系統是今后水利工程的必然發展方向。自動控制系統利用計算機技術和現代通信技術構建了一個完整的，可實時通信和信息共享的操作平臺，利用該平臺可以改善工作人員的工作環境，滿足水利調度系統運行中的參數實時監控需求，為整個水利調度過程的自動化、智能化創造了有利條件，提升了整個系統運行的可靠性、穩定性以及精確性，具有非常實際的應用意義。

參考文獻：

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