荆江大堤观音寺远程控制系统建设.doc

荆江大堤观音寺闸远程控制系统建设杨俊( 湖北省荆州市长江河道管理局江陵分局,湖北荆州 434000 ) 摘要：采用先进的电子、计算机、通信等技述对涵闸进行技术改造，实施远程监控系统，实现对涵闸进行三级控制，提高涵闸现代化管理水平。关键词：涵闸；远程控制系统；建设1、概述为了实现对水闸管理规范化、自动化和数字化，合理利用长江水资源，确保水闸运行安全，实现对水闸的自动化远程控制管理，荆州市长江河道管理局2011年11月决定对观音寺闸控制系统进行自动化改造。观音寺引水闸是江陵县荆江大堤上最早的引水闸，位于荆江大堤桩号740+750处，是一座由新老闸组成的套闸，钢筋混凝土结构。老闸系拱涵式， 1960年2月建成，为三级水工建筑物。因不符合大堤防洪要求，后在老闸前另建新闸。新闸于1961年11月动工，1962年4月建成，属一级水工建筑物，开敞式三孔，每孔宽3米，高3.3米，闸底高程31.76米，闸室装有蜗壳螺杆式启闭机3台，启闭能力30吨，闸后消力池长29米，控制运用闸前水位42.07米，设计最大流量77立方米/秒。1997年又对该闸进行了加固处理。观音寺闸控制系统自动化改造工程2011年11月动工，主要改造项目有安装现地控制屏、上位机、闸门监控系统、水情自动测报系统、建控制中心，工程总投资80多万元。2012年5月初该工程通过竣工验收投入运行。2、系统组成及建设目标21水情自动测报系统主要包括水情自动测报系统、供水计量在线监测系统、供水预报系统。水情自动测报系统是在观音寺灌区建设水位遥测站，包括2个水位遥测站，满足水闸供水优化调度自动监测的需求。22闸门监控系统主要由观音寺引水水闸3孔闸门现地站组成。对现地站进行可靠有效的控制，将采集的数据信息准确无误地上送至共享数据库，并能根据上级调度指令，完成闸门的启闭控制。23在荆江大堤引水闸自动化试点改造工程中装设1个工业电视系统的监视点，可使运行值班人员在调度控制室和防汛值班室随时获得现场启闭机设备运行、现地机房设备状态等场景的实时图像，并可对现场图像进行录像、存档与再现。可实现对引水闸设备以数据、图像等综合信息的全方位监控，保障水闸安全运行、加快设备事故故障处理，方便水闸设备调试、维护、检修工作，减轻值班人员的劳动强度。24在已建成的荆江大堤通信系统基础上，增加观音寺堤防管理段光纤通信传输设备，组建荆江大堤引水闸光纤传输通信系统平台，作为荆江大堤引水闸自动化系统改造试点项目工程的通信子系统。25在观音寺管理段建设指挥调度会商室。在会商室内，设置一套触摸控制一体机。操作员可通过一体机上高亮度、高分辨率的计算机监控画面显示了解整个引水闸调度概貌，设备状态，指挥操作和对所有参数包括图像、闸门开度、离合状态、安全监测的控制及现地图像监视；系统能实现信号剪切、缩放、大小调整等多功能处理。3、系统设计及功能31系统总体设计本系统包含各种专业监控、通信、控制、图像显示系统，从不同方面和专业角度对闸站系统进行全方位的运行监视与控制。引水闸自动化监控系统是整个工程原始数据的主要来源，同时也决定了系统的信息源是多方面的。各监控系统分别采集和存储了各自的原始专业数据，这些数据服务于各自的专业系统以完成对应的功能 ，并在各自的系统范围内是完备和自包含的。但各监控系统间还需要根据应用需求相互集成，最终形成一个有机整体，以便提供统一集中的系统监控和管理手段，并为全局性的高级分析决策应用提供一致的综合性数据，避免形成各专业信息孤岛。因此从总体逻辑看，系统的层次结构如图所示。4、分析决策层高级应用、综合分析、辅助决策工程运行联合调度决策、工程检测、事故运行紧急决策预案3、数据支撑层图像、表格、曲线、报表等数据中心关联、汇总、二次加工数据库2、数据传输层传输通道、通信网络数据通道 现地站网络中心及分中心网络1、数据采集层传感器数据采集监控子系统综合以上系统范围，功能要求和层次化管理格局， 荆江大堤引水闸自动化改造试点项目系统总体结构应分下述子系统结构。311网络通信系统对应层次化设计，将整个网络根据管理层次划分为中心站、分中心站、现地站3级，分别对应逻辑上的核心层、汇聚层、接入层。、中心站级。荆州中心站，对应于核心层。核心层将各种多媒体业务分配到分布层的各个节点，为各业务节点之间的通讯提供一个高性能的IP通路。、分中心站级。江陵分中心控制站，对应于汇聚层。汇聚层通过光纤网络向上连接核心层，同时向下连接接入层的区域核心节点。、现地站级。观音寺管理段，对应于接入层，接入层为用户提供丰富的业务接口，实现综合业务接入，完成多种业务流的适配和数据分布功能，接入层通过光纤网络方式与汇聚层进行连接。网络的层次结构如图所示。核心层荆州中心站基于SDH光纤通讯系统汇聚层 江陵分中心 基于SDH光纤通讯系统接入层 观音寺现地站 基于本地/远程接入核心层、汇聚层、接入层通信建设，主要是把分离的专业性应用系统集成在同一信息平台上，使各部门和各级管理单位能对信息资源充分共享和合理利用，最大限度地发挥科学调度的综合经济效益和社会效益。该网络对安全性及实时性要求较高，在确保网络的可靠性与稳定性的同时，为各项水利监控业务提供高速宽带。采用VLAN技术组网，网络按照不同的水利监控业务划分不同的VLAN，不同的监控系统在不同的VLAN内运行，实现各种监控业务在传输时的安全隔离。采用Qos技术，保障在网络发生拥塞时关键业务的数据流量仍然不受影响。在重要节点建立备用的2M链路，由于本工程的网络为星型，如果某节点的光纤发生故障，将会引起一系列管理站点的数据无法监控。建立备用的2M链路后，在主链路发展故障时，数据流量会快速定向至备份链路，由备用链路2M传至角美中心站。这样可以大大提高该网络的可靠性。312现地站控制系统观音寺闸现地站由螺杆式启闭机操作，每台启闭机由一台电机驱动。根据引水闸设备布置和闸门运行的要求及特点对现地站3扇闸门开度、上下限位、闸前水位、闸后水位、流量、故障等信号采集处理，并可通过远程、现地控制调节实现人工或远程启闭机控制。设置1套公共控制单元及3套机组现地控制单元（每个现地站1套公共控制单元，每个闸孔1套现地控制单元），每套机组现地控制单元采用1套可编程控制器（PLC），辅以继电器、接触器等开关元器件组成控制系统。机组现地控制单元通过以网络通讯模块接入现地站网络系统。现地站控制系统可以实现现地手动控制、现地程序控制和远程控制。313高清网络视频监控系统高清网络视频监控系统为闸站提供工业级的视频监控。在引水闸启闭机室安装1台工业级高清网络摄像机。视频监控系统为调度人员提供了足不出户就可以直接监视重点位置内、外情况，现场设备运行情况的手段，使调度人员在控制中心便可监视整个调度的全过程，从而大大提高了闸站控制的安全性。高清网络视频监控系统除起到正常的监视作用外，还可与控制系统联动，及时发现故障点和提醒调度人员，观察并录下报警时相关的现场及设备运行情况，对可能出现的任何异常情况尽早发现、尽早处理、并在事后重放分析。视频图像信息可上传至调度指挥中心。314水情自动测报系统建设引水闸灌区遥测站点，通过遥测站点实时反映内河干渠水位信息。在工作站上对采集的数据进行分析和上传给上一级部门。通过引水闸自动化系统分析可自动调度闸门启闭，达到科学调水及防汛抗洪目的。本方案只建立闸前、闸后水位测报站，不涉及雨量站的建设。32系统主要功能321实现涵闸启闭机的实时控制及启闭状态监测；322实现涵闸闸前、闸后水位及闸室内内环境的实时监测；323实现闸前、闸后、闸室及周边环境的现地和远程监视；324实现启闭机的限位、过载等安全保护。4、系统运用及特点观音寺闸自动化远程控制系统是在充分考虑涵闸运行安全和可靠性的前提下，采用先进的传感器技术、电子技术、网络与通信技术等现代化技术，来完成涵闸的自动精确启闭、信息采集、数据计算和记录，以及全天候、多方位涵闸现象图像的数字传输与实时监控，其现代化、自动化、科学化的监控手段大大提高了该涵闸的控制及管理水平。远程监控端以电子地图为背景，根据实时图像显示以及相关环境参数提示，实现对相应涵闸运行的有效控制，涵闸安全状况的实时监测。并具有以下特点：41功能综合化。自动化控制系统是各种技术密集、多种专业技术相互交叉、相互融合的系统。它是建立在计算机技术、数据通信技术基础上发展起来的。是现代技术综合功能在涵闸运行管理中的运用。42测量数据自动化。日常的水情测报、引水计量可通过自动化系统，可远程监控自动获取。43操作监视屏幕化。执行上级调度指令进行开闸或关闸的操作，被屏幕上的鼠标操作或键盘操作所取代。而且通过计算机上的显示器，可以监视涵闸的实时运行情况和对涵闸启闭进行操作控制。44运行管理智能化。智能化的含义不仅是能实现许多自动化的功能。比如，系统可对闸门运行状态信号、各设备运行参数及故障报警信号进行采集，并将采集的信息上送中心主控级计算机，实现与主控级计算机的实时通讯，系统设置了各类故障的检测、报警和处理功能，对异常情况能自动转入相应的事故处理程序。它的运用取代了运行工作中的各种人工作业，从而提高了涵闸的运行管理水平。5、结束语观音寺闸自动化远程控制系统工程完工后，已实现荆州中心站（荆州市长江河道管理局所在地）、江陵分中心站（江陵分局所在地）、观音寺段闸站三级监控，同步处理闸站所有监测、监控数据，实时接收视频图像信息，实施自动化远程控制功能。 这标志着荆州市长江河道管理局为“提高水资源调控、水利管理和工程运行的信息化水平，以水利信息化带动水利现代化。”以观音寺