水閘是水利工程的基礎(chǔ)組成部分，在流域的灌溉和防洪中起著非常重要的作用。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，越來越多的水利工程采用自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，大大提高了水利工程的管理水平。本文從自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的組成入手，介紹了水閘自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的主要子系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)的具體功能，可供水閘自動(dòng)化系統(tǒng)相關(guān)工程技術(shù)人員參考。
1前言
水閘是水利工程的基礎(chǔ)組成部分，在流域的灌溉和防洪中起著非常重要的作用; 在過去的水利工程中，各種大中型水閘普遍采用傳統(tǒng)的監(jiān)測手段，依靠人力完成觀測數(shù)據(jù)的采集和人工上報(bào)水閘運(yùn)行狀態(tài)，按調(diào)度室的順序進(jìn)行操作; 隨著我國經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的水利工程選擇采用自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，主要包括閘門的數(shù)字視頻監(jiān)控，閘門的自動(dòng)控制和水利工程的自動(dòng)觀察。水閘自動(dòng)化系統(tǒng)的合理配置對水利設(shè)施的安全運(yùn)行具有重要作用，對提高水利工程的管理質(zhì)量具有特殊意義。
水閘自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的主要子系統(tǒng)
2.1水閘網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)
水閘微機(jī)監(jiān)控和視頻監(jiān)控系統(tǒng)有大量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、控制信息、監(jiān)控信息需要傳輸?shù)剿l管理處信息中心。網(wǎng)絡(luò)中心配有高性能數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，通過雙絞線與調(diào)度中心的三層交換機(jī)相連; 網(wǎng)絡(luò)中心還配有高性能計(jì)算機(jī)，通過光纖與調(diào)度中心相連。在調(diào)度中心交換機(jī)上設(shè)置虛擬網(wǎng)絡(luò) (VLAN)，將數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和監(jiān)控工作站劃分為不同的VLAN。確保不同的應(yīng)用程序在網(wǎng)絡(luò)平臺上單獨(dú)運(yùn)行據(jù)交易所稱，它可以保護(hù)服務(wù)器和控制系統(tǒng)免受病毒es的感染，同時(shí)安裝網(wǎng)絡(luò)病毒防護(hù)軟件以防止系統(tǒng)受到病毒es的攻擊。
2.2水閘微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)
微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用現(xiàn)場控制、介質(zhì)控制和遠(yuǎn)程控制三種控制級別?？刂剖铱刂茖拥脑O(shè)備布置在控制室，主要由系統(tǒng)服務(wù)器、監(jiān)控工作站、打印機(jī)等設(shè)備組成?，F(xiàn)場控制層主要由PLC控制屏幕和主室內(nèi)的現(xiàn)場傳感器組成。正常情況下，整個(gè)水閘都控制在控制室的監(jiān)控工作站上。操作員通過水閘運(yùn)行流程圖和水閘運(yùn)行模擬顯示圖監(jiān)控整個(gè)水閘運(yùn)行狀態(tài)。主控制指令通過軟件發(fā)出?，F(xiàn)場PLC和相應(yīng)的開關(guān)設(shè)備將根據(jù)主控指令控制現(xiàn)場設(shè)備自動(dòng)運(yùn)行。在特殊情況下，現(xiàn)場PLC控制柜還可以控制機(jī)組和相應(yīng)設(shè)備的自動(dòng)運(yùn)行。當(dāng)現(xiàn)場無人值班時(shí)，遠(yuǎn)程調(diào)度中心可以進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。三種控制模式通過本地控制設(shè)備上的轉(zhuǎn)換開關(guān)互鎖。微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、有效地完成水閘被控對象的運(yùn)行監(jiān)測和控制，具有數(shù)據(jù)采集和處理 (包括模擬量和開關(guān)量) 、安全監(jiān)測和事件報(bào)警、水閘運(yùn)行指導(dǎo)、監(jiān)控系統(tǒng)異常監(jiān)測、控制和操作調(diào)整、記錄報(bào)告和生產(chǎn)管理、統(tǒng)計(jì)分析、系統(tǒng)通信、自診斷和冗余切換、軟件開發(fā)和維護(hù)、數(shù)據(jù)庫功能和遠(yuǎn)程診斷和維護(hù)功能。
2.3系統(tǒng)水閘微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)
系統(tǒng)水閘微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)采用全微機(jī)繼電保護(hù)系統(tǒng)，保護(hù)裝置采用標(biāo)準(zhǔn)尺寸的機(jī)箱和插板設(shè)計(jì)。機(jī)箱和插件板安裝在保護(hù)屏幕中，其中包含指定的保護(hù)功能，跳閘組件，監(jiān)視，檢測，人機(jī)對話，通信接口組件，并可以實(shí)現(xiàn)事故記錄等功能。該系統(tǒng)主要保護(hù)主電機(jī)和相關(guān)電氣設(shè)備。電機(jī)保護(hù)具有以下保護(hù)配置: 長啟動(dòng)時(shí)間保護(hù)、兩級固定時(shí)間過流保護(hù)、逆時(shí)過流保護(hù)、兩級負(fù)序過流保護(hù)、低壓過壓、過載、過熱保護(hù)。微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)中包含的軟件具有自檢功能和故障記憶功能，可優(yōu)先顯示和報(bào)警故障，并具有采集和顯示電流、電壓、頻率、功率因數(shù)、電脈沖量的功能。它不能依靠主機(jī)的手動(dòng)操作進(jìn)行跳轉(zhuǎn)、開機(jī)和鎖定，具有通信功能并能與上下機(jī)接觸; 斷電后恢復(fù)電源時(shí)，微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可自行啟動(dòng)。
2.4水閘視頻監(jiān)控系統(tǒng)
水閘視頻監(jiān)控系統(tǒng)通過圖像監(jiān)控，保證水閘人員和設(shè)備的安全; 通過圖像監(jiān)控結(jié)合遠(yuǎn)程和本地人員操作經(jīng)驗(yàn)的優(yōu)勢，避免誤操作; 通過圖像監(jiān)控、燈光控制、環(huán)境監(jiān)控 (如: 開合刀狀態(tài)、電壓、電流、頻率等) 對現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測或監(jiān)測，起到預(yù)警和保護(hù)作用; 通過圖像監(jiān)控系統(tǒng)對泵站內(nèi)部環(huán)境進(jìn)行檢查，消除安全隱患，提高管理水平。
2.5水閘設(shè)備的防雷系統(tǒng)
雷電是水利工程監(jiān)控自動(dòng)化系統(tǒng)中LCU、傳感器、電纜等損壞的重要因素。實(shí)踐證明，水利工程信息系統(tǒng)各部分雷擊破壞的來源主要有以下3種方式: 1是引入電力線路; 2是引入信號線; 3是引入地線和零線。本系統(tǒng)的防雷設(shè)計(jì)包括: 避雷針設(shè)計(jì)、信號防雷設(shè)計(jì)、測站防雷接地設(shè)計(jì)、中控室接地、電源防雷設(shè)計(jì)和信號防雷設(shè)計(jì)。
水閘自動(dòng)化系統(tǒng)
3水閘自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的功能
處理和收集3.1數(shù)據(jù)
水閘自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)可以獨(dú)立實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和處理。它可以采集的數(shù)據(jù)量包括閘門的位置、上下游水位、電流和圖像信息、滲水壓力、母線電壓、負(fù)荷等信息，可以采集的狀態(tài)量有運(yùn)行狀態(tài)、供電控制電源狀態(tài)、門下降或上升接觸器狀態(tài)、門開閉保護(hù)裝置狀態(tài)等。
3.2水閘各系統(tǒng)的控制
水閘自動(dòng)化學(xué)監(jiān)測系統(tǒng)有遠(yuǎn)程控制和現(xiàn)場控制兩種方式。遙控器和現(xiàn)場控制相互鎖定。要實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場切換，需要控制和設(shè)置現(xiàn)場開關(guān); 進(jìn)行現(xiàn)場控制時(shí)，運(yùn)行狀態(tài)信號，控制信號傳輸?shù)奖O(jiān)控中心站; 在控制水平上，閘門的現(xiàn)場控制高于監(jiān)控中心站的遠(yuǎn)程控制，遠(yuǎn)程控制可以實(shí)現(xiàn)測壓管、閘門、母線電壓、負(fù)載、電機(jī)電流、閘門位置、和數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)通過閘機(jī)監(jiān)控中心站獲取的現(xiàn)場圖像信息; 可以提前提示具體操作過程，可以連續(xù)反映測壓管的水位和閘機(jī)的位置，出現(xiàn)操作故障時(shí)可以及時(shí)報(bào)警；當(dāng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制時(shí)，控制器通過操作鼠標(biāo)、鍵盤和顯示器來實(shí)現(xiàn)閘門的下降或上升控制，閘門可以自動(dòng)完成關(guān)閉和打開的整個(gè)過程。進(jìn)行現(xiàn)場控制時(shí)，可在現(xiàn)場測控單元上實(shí)現(xiàn)閘門的自動(dòng)或手動(dòng)控制，在計(jì)算機(jī)上監(jiān)控相應(yīng)的控制信號; 在監(jiān)控中心站出現(xiàn)故障的情況下，設(shè)備運(yùn)行初期和閘門的維護(hù)，此時(shí)可采用現(xiàn)場控制; 現(xiàn)場進(jìn)行控制操作時(shí)，操作人員可根據(jù)閘門高度指示、信號顯示和手動(dòng)按鈕開關(guān)，中途停止、下降和上升閘門。
3.3水閘運(yùn)行監(jiān)測
水閘自動(dòng)化系統(tǒng)可以對水閘的安全運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控，主要包括狀態(tài)變化監(jiān)控、過程監(jiān)控、監(jiān)控系統(tǒng)的異常監(jiān)控、顯示和報(bào)警等。狀態(tài)變化監(jiān)測主要是對保護(hù)動(dòng)作、運(yùn)行接觸器功率損耗、電力斷路器事故跳閘等狀態(tài)變化進(jìn)行監(jiān)測，并能顯示和打印監(jiān)測結(jié)果。過程監(jiān)控是在控制臺上模擬閘門下降和上升的整個(gè)過程，并校準(zhǔn)特定的提升值。在視頻服務(wù)器上，可以對監(jiān)控范圍內(nèi)的現(xiàn)象環(huán)境、測控屏柜、設(shè)備運(yùn)行等信息實(shí)施的監(jiān)控。監(jiān)控系統(tǒng)異常監(jiān)控很常見對監(jiān)控系統(tǒng)的軟硬件進(jìn)行監(jiān)控后，出現(xiàn)故障時(shí)會(huì)自動(dòng)報(bào)警，并在打印機(jī)上顯示和記錄故障情況，指出問題位置; 數(shù)字視頻系統(tǒng)可以對監(jiān)控范圍內(nèi)的圖像信息進(jìn)行監(jiān)控。如果出現(xiàn)異常情況，攝像頭會(huì)對準(zhǔn)故障處，控制室會(huì)同時(shí)顯示故障區(qū)域屏幕，同時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)保存視頻，以便事后分析故障原因。
3.4監(jiān)控系統(tǒng)的人機(jī)對話與數(shù)據(jù)通信
水閘自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話功能。水閘自動(dòng)化系統(tǒng)首先在監(jiān)控中心設(shè)置控制臺。操作員通過控制臺上的CRT、標(biāo)準(zhǔn)鍵盤和鼠標(biāo)輸入各種數(shù)據(jù)和控制命令，從而實(shí)現(xiàn)文件的更新和修改，手動(dòng)填寫缺失的數(shù)據(jù)，從而達(dá)到控制和監(jiān)控閘門運(yùn)行的目的。水閘自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)場監(jiān)控單元與監(jiān)控中心的通信采用工業(yè)總線結(jié)構(gòu)，施工時(shí)預(yù)留網(wǎng)絡(luò)接口。
4結(jié)論
水閘自動(dòng)化系統(tǒng)的合理配置對水利設(shè)施的安全運(yùn)行具有重要作用，對提高水利工程的管理質(zhì)量具有特殊意義; 本文從水閘自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成入手，并系統(tǒng)地介紹了監(jiān)控系統(tǒng)的中心站、本地測控單元和自動(dòng)監(jiān)控部件的工作原理，分析了數(shù)據(jù)處理與采集功能、系統(tǒng)控制功能、運(yùn)行監(jiān)控功能、以及自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的人機(jī)對話和數(shù)據(jù)通信功能，可供水利工程技術(shù)人員參考。
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