二河闸自动化监控系统的构建研究

潘凯 唐演 戴金龙

摘  要：本文以二河闸水闸为案例进行了自动化监控系统的构建，有效提升了自动化监控系统在水闸运行管理中的应用。主要从分层分布开放式设计、硬件搭建、软件编写等方面对二河闸自动化监控系统进行分析，实现水闸的自动化和智能化操作，提高二河闸运行的安全性和可靠性，有效提高了资源共享和数据利用，保障了二河闸的供水稳定和水域安全。

关键词：二河闸  水闸  自动化监控系统  构建

中图分类号：TP29  文献标识码：B

Research on Construction of Automatic Monitoring System of Erhe Sluice

PAN Kai  TANG Yan  DAI Jinlong

（Jiangsu Huaishu New River Administration Office， Huai'an， Jiangsu Province，  223001 China）

Abstract： Taking Erhe Sluice as an example， the construction of automatic monitoring system was carried out in this paper， which effectively promoted the application of automatic monitoring system in sluice operation management. It mainly analyzes the automatic monitoring system of Erhe Sluice from the aspects of layered distributed open design， hardware construction and software compilation， realizes the automatic and intelligent operation of the sluice， improves the safety and reliability of the operation of Erhe Sluice， effectively improves the resource sharing and data utilization， and ensures the stability of water supply and water safety of Erhe Sluice.

Key Words： Erhe Sluice; Sluice; Automatic monitoring system; Construction

1工程概况

本文以二河闸水闸为实际工程案例，相应展开自动化监控系统的研究与分析。二河闸水闸地处江苏省淮安市，作为重要工程项目，不仅是淮水北调的渠首工程，同时也是引沂济淮的主要工程，在当地发挥着诸多效用，具备泄洪、灌溉的多重职能，带动当地生态效益和经济效益的协同增长。事实上，在二河闸水闸工程建设中，通过二河闸水闸的作用，能够切实提高当地安全性和可靠性，把洪水灾害从原有50年一遇的情况，直接改变成为300年一遇，提高防洪水平，切实强化二河闸水闸自身的泄洪职能。并且，正是基于二河闸水闸的作用，能够着力应对洪水问题，即使出现洪水情况，也能够在二河闸水闸的建设下，切实保障下河地区的安全性和可靠性，将洪水造成的损失降到最低，切实保障下河地区人民的生命健康和财产安全。

从二河闸水闸自身结构来讲，以钢筋混凝土结构为主体结构，钢筋混凝土结构一共包含12块底板，结构较为稳定可靠，孔高、孔宽分别设置为8m、10m。整个工程中，二河闸水闸闸顶、闸底板高程则分别设置为19m和8m，二河闸水闸的闸门则选择应用实腹式弧形钢闸门，实腹式弧形鋼闸门自身稳定性强，也不易受到外界环境的影响，为了强化二河闸水闸的效果，同时准备了35台应用规格为2×250kN卷扬式启闭机启闭。二河闸水闸的岸墙部分，则采用典型的钢筋混凝土空箱扶壁式，钢筋混凝土空箱扶壁式岸墙是应用较为广泛的一种岸墙形式，自身能够根据支撑环境合理把控岸墙高度和墙身结构尺寸，顶部高程则直接将其设置为19m。为保证水闸运行状况良好，构建了二河闸自动化监控系统。

2二河闸自动化监控系统的构建

二河闸水闸自动化监控系统涵盖控制、监测、布线、控制软件平台开发等较多的技术内容，本文主要从门开度、闸前后水位、视频等技术方面，进行系统构建、技术实现、功能特点及信息采集与传输方面的研究。

2.1系统结构构建技术研究

水闸自动化监控系统结构分为3层，现场控制层—调度中心层—上级监管层。针对每个单独的闸门监控系统，构建现场控制层，使其自成体系，可以独立完成对本独立闸门的监测和控制功能。也正是通过水闸自动化监控系统的搭建，能够直接采集数据信息、传送数据信息，无论是闸门状态、闸门开度，还是闸门控制命令、视频监视、电机常规参数等信息，都可以直接通过以太网传输至调度中心^[1-4]。调度中心层，通过水利专网接收各闸门监控系统各监控信息，借助中心决策支持系统平台，进行数据的分析、存储、查询、处理等，并按照整个区域的灌溉规划进行灌溉命令的下发;同时对上级监管部门留有数据接口，具有系统扩展功能，实现多级管理（见图1）。

当前阶段，无论是国内自动化监控系统，还是国外自动化监控系统，主要包括3种系统结构，第一种自动化监控系统结构为集中式，第二种自动化监控系统结构为分布式，第三种自动化监控系统结构为现场总线式。每一种结构的应用方式和应用特点也存在一些差异，需要结合地区特点，选择更加合理的系统结构，切实保证自动化监控系统的安全性和稳定性。对于采用集中式系统结构的自动化监控系统，整个系统监控工作只需要准备一台监控装置，这也就使得整个监控工作很大程度上都会受到监控装置的影响，一旦出现监控装置质量故障，就会影响到整个自动化监控系统的正常操作，严重时甚至造成系统瘫痪。并且，采用集中式系统结构的自动化监控系统，信号电缆传送很容易受到外界环境的干扰，模拟信号传输可靠性和稳定性都较差，即使监控装置并没有出现故障，也有可能由于信号传输，造成后续出现质量问题。对于采用分布式系统结构的自动化监控系统，不再绝对受制于监控装置的影响，能够基于信息种类变化，将监控装置进行合理安装，安装位置也不会受到任何限制，即使其中一台监控装置出现质量问题，各个监控装置彼此之间保持着相对独立的状态，也不会由于破损装置，导致后续监控工作出现问题，由此可见，分布式系统结构的自动化监控系统自身稳定性较高，是当前应用较为广泛的一种系统结构。对于现场总线式系统结构的自动监控系统，不同于上述两种监控系统，从监控装置进行分析，将其中的部分功能延伸出来，并将监控装置部分功能直接分配到传感器，使得传感器能够具备监控装置的部分职能。需要注意的是，这个过程中使用的传感器为智能传感器，当传感器处于正常运行状态，最终生成的信号则为数字信号，与集中式系统结构的自动监控系统相比，传输过程不易受到干扰，能够保持相对稳定的状态。在对二河闸自动化监控系统进行构建时，则采用分布式系统结构。多闸门自动控制系统结构则如图2所示。

在多闸门自动控制系统中，包含多个设备，不仅有监控主机、传感器，同时还有闸门测控终端机（PLC），每个设备的应用方式和应用功能存在差别，其中监控主机能够直接和各个闸门测控终端机相联系，完成数据通信的作用，实现数据采集、数据存储等一系列操作，还可以借助监控主机的作用，完成监控主机和用户交互，直接向用户传送命令，构建形成一个相对稳定的系统空间^[5]。对于闸门测控终端机（PLC），则主要集中于控制闸门、获取闸门数据信息，保证闸门运行的稳定性和安全性^[5-6]。

2.3系统功能规划

（1）数据实时采集。获取得到基本工作電量、闸前水位、闸后水位等数据信息，还可以基于水位计算m过闸流量。

（2）闸门起闭控制。灵活把控闸门闸位。

（3）系统紧急状态急停控制。一旦遭遇突发事故，能够实施急停控制。

（4）切换工作方式。通过硬件动作，识别实现监测站自动控制等方式。

（5）系统运行故障保护。若闸门运行期间出现系统故障问题，则会相应做出故障保护，如闸门卡死、闸门下滑等。

（6）掉电保护。避免由于交流掉电，造成数据丢失，确保现场数据的完整性和真实性。

（7）信息采集与传输。通过安装闸位传感器、测报终端机，设置为GPRS通信模式，直接进行数据采集与分析，获取得到的数据信息，最终一同传送到管理局监控中心。

（8）控制优先级规划。此规划是一个监控系统能否安全稳定运行的必然条件，本系统相对优先级由低到高：现场手动按钮—现场控制柜键盘—现场监控主机—远程配水控制中心，绝对优先级由低到高则是远程配水控制中心—现场监控主机—现场控制柜键盘—现场手动按钮，即现场手动部分绝对控制权最高，如图3所示。

2.3闸门远程监测系统平台开发

根据系统现场和远程运行特点，在调度中心借助网络组态软件平台，进行闸门远程监控系统平台开发。本系统平台具有单独闸门监控的实时3D动态模拟功能。各闸门的监控信息通过软件平台进行监测、控制、查询和历史数据的整编、分析等功能。通过软件平台可对本灌溉区域内的多个闸门进行综合调度和查询、分析等。同时，本系统留有上级主管部门数据接口，根据需要可与主管部门管理平台进行实现无缝对接，实现多级综合管理。

3结语

综上所述，对二河闸自动化监控系统的构建要点展开分析具有十分重要的意义。二河闸自动化监控系统应用范围广泛，不仅能够实现水闸船闸启闭机的灵活控制，还可以完成水文数据、水工建筑物的全过程监控与分析，以技术为支撑，有效提高资源共享和数据利用，保障了二河闸的供水稳定和水域安全。

参考文献

[1]杜巍.浅析自动化监控系统在水闸运行管理中的应用[J].治淮，2021（4）：38-39.

[2]罗小巧，吕建红，高小娅.自动化监控系统在朱家站水闸中的应用[J].浙江水利科技，2021，49（1）：64-65，69.

[3]张祯，汪露，张志来.水闸自动化监控系统的维护与管理措施[J].珠江水运，2020（23）：96-97.

[4]姚海军.拦河坝水闸自动化监控系统的探讨[J].黑龙江水利科技，2017，45（9）：81-83.

[5]王闯，闫滨. 基于子模型法的双台子河闸闸墩受寒潮作用的热—应力耦合分析  [J].水电能源科学，2016，34（10）：82-86.

[6]李伟，刘冬梅，赵博.河闸泄流特性及对应洪水淹没范围模拟试验研究[J].人民长江，2016，47（18）：96-100，105.