1前言

中游渠首是葉爾羌河流域重要的控制性樞紐工程，是實(shí)現(xiàn)引、排目標(biāo)的重要控制建筑物。該工程具有規(guī)模大、重要設(shè)施繁多、管理涉及面廣等特點(diǎn)。在科學(xué)技術(shù)日益發(fā)展的今天，為該渠首配置先進(jìn)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，提高該工程的科學(xué)運(yùn)行管理能力，就顯的尤為重要。

葉爾羌河中游渠首計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用了南京水利水文自動(dòng)化研究所自行研制、開發(fā)的渠首計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)渠首工程閘站及其周圍的現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行全方位的監(jiān)視和管理，具有自動(dòng)監(jiān)視、自動(dòng)量水、自動(dòng)控制等功能，對(duì)閘站的運(yùn)行情況能夠做到有效的控制，以增加對(duì)突發(fā)事件的反應(yīng)速度，更有效的提高工作效率。通過本系統(tǒng)的建設(shè)使用，能夠增加該渠首的綜合管理能力，為科學(xué)地全面地管理發(fā)揮重要作用。

葉爾羌河中游渠首工程共設(shè)閘門43孔，其中，泄洪閘門33孔，每孔凈寬10m，閘門型式為弧形鋼閘門，檢修門為平板鋼閘門，進(jìn)水閘門共10孔，閘門型式為平面鋼閘門，每孔凈寬7.5m。閘室上布置有工作橋、檢修橋、交通橋和啟閉機(jī)閘房。

2監(jiān)控系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

根據(jù)渠首的性質(zhì)和作用，該設(shè)計(jì)系統(tǒng)具有以下功能：

（1）閘門上、下游水位與流量實(shí)時(shí)采集和常規(guī)數(shù)據(jù)處理功能；

（2）閘門啟閉機(jī)電機(jī)正、反轉(zhuǎn)和停機(jī)控制；

（3）故障自檢功能和水位及閘門超限告警功能；

（4）防雷避雷措施及一定的抗外部干擾能力；

（5）對(duì)43孔閘門拉桿和啟閉機(jī)工作現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)視；

（6）渠首上、下游1km范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方遙控監(jiān)視；

3監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

閘門監(jiān)測(cè)控系統(tǒng)中央控制室設(shè)在東岸，緊靠勝利渠進(jìn)水閘閘房?？刂浦行呢?fù)責(zé)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、處理，集中監(jiān)視，控制調(diào)度功能。內(nèi)設(shè)大調(diào)度屏，模擬顯示系統(tǒng)工程的布局和監(jiān)視點(diǎn)的工況及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，增加系統(tǒng)調(diào)控運(yùn)行的直觀性。

3.1閘門上、下游水位、流量實(shí)時(shí)采集

閘門上、下游水位、流量實(shí)時(shí)采集設(shè)計(jì)為獨(dú)立子系統(tǒng)；采用連續(xù)工作方式。在渠首閘門上、下游100-200m范圍內(nèi)分別安裝一臺(tái)LBX-7型渾水流量計(jì)。該系統(tǒng)用485通信方式（最大傳輸距離1200m）傳輸數(shù)據(jù)。系統(tǒng)控制中心顯示屏實(shí)時(shí)反映上、下游水位和進(jìn)水閘流量情況。

3.2閘門監(jiān)控子系統(tǒng)

系統(tǒng)采用一臺(tái)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)加四個(gè)現(xiàn)場(chǎng)PLC（可編程控制器）控制單元組成。四個(gè)現(xiàn)場(chǎng)PLC控制單元分設(shè)在進(jìn)水閘及泄洪閘閘室內(nèi)，分別對(duì)左岸3孔進(jìn)水閘門，右岸7孔進(jìn)水閘門，左邊16孔泄洪閘門和右邊17孔泄洪閘門進(jìn)行測(cè)量和控制。監(jiān)測(cè)采集數(shù)據(jù)包括：

（1）閘門開度：以閘門最大垂直開度均為5m計(jì)，閘門開度采集共有開關(guān)量430個(gè)。平板閘門使用閘位計(jì)測(cè)量閘門開度；弧形鋼閘門使用閘位計(jì)在啟閉機(jī)傳動(dòng)軸測(cè)量角位移再換算成閘門垂直高度。閘門開度數(shù)據(jù)以并行方式送現(xiàn)地監(jiān)控單元。

（2）監(jiān)控反饋信號(hào)：?jiǎn)㈤]機(jī)運(yùn)行監(jiān)控需要的反饋信號(hào)包括閘門工作電源開關(guān)狀態(tài)，啟閉機(jī)正反轉(zhuǎn)狀態(tài)，行程開關(guān)狀態(tài)，負(fù)荷保護(hù)繼電器狀態(tài)。它們可分別從執(zhí)行機(jī)構(gòu)中各個(gè)位置的輔助觸頭上提取。

（3）電壓監(jiān)視：每個(gè)閘門設(shè)一組相電壓監(jiān)視，直接在磁力起動(dòng)器送點(diǎn)端子上提取，共計(jì)129點(diǎn)。啟閉機(jī)運(yùn)行控制用PLC繼電器輸出模塊配合中間繼電器完成。每個(gè)閘門需設(shè)工作電源控制，停機(jī)控制，電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制。遠(yuǎn)方自控與現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操作可兼用。

3.3工業(yè)監(jiān)視

每孔閘門的閘室內(nèi)裝設(shè)一臺(tái)定焦彩色攝像機(jī)，監(jiān)視閘門拉桿和啟閉機(jī)的工作。在該系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用日本進(jìn)口的原裝高分辨率的彩色攝像機(jī)WV-CP410及日本松下公司的標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)光圈鏡頭WV-LA9C3。

另在閘房頂修建四個(gè)了望臺(tái)，分別安裝一臺(tái)全方位遙控變焦彩色攝像機(jī)，用以監(jiān)視閘上、下游1000m范圍及閘區(qū)內(nèi)的情況。配備集彩色攝像、全方位云臺(tái)、防塵防潮保護(hù)罩為一體的可變焦一體化彩色攝像機(jī)，其調(diào)焦、旋轉(zhuǎn)均可遠(yuǎn)方控制，有人工操縱和自動(dòng)掃描監(jiān)視兩種工作方式。全方位攝像機(jī)通過全方位云臺(tái)360o水平垂直旋轉(zhuǎn)和十倍鏡頭聚焦、變焦及調(diào)整光圈大小等，在無遮擋的情況下可實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)視區(qū)域總體觀察和局部重點(diǎn)觀察。通過如上的設(shè)備配置，控制中心能夠通過監(jiān)視器材有效的對(duì)閘站及周邊地區(qū)進(jìn)行有效的實(shí)時(shí)監(jiān)視，了解閘站及周邊地區(qū)監(jiān)視范圍內(nèi)動(dòng)態(tài)情況，真正實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控和管理。

所有的視頻信號(hào)通過國產(chǎn)優(yōu)質(zhì)同軸電纜傳輸至控制中心室。在控制中心室設(shè)置：

（1）三臺(tái)十六畫面分割器。每臺(tái)畫面分割器可同時(shí)監(jiān)視十六畫面，也可選單畫面放大顯示。用于顯示來自前端43路監(jiān)控點(diǎn)圖像的畫面，實(shí)現(xiàn)43孔閘門現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視畫面一同實(shí)時(shí)顯示。

（2）一臺(tái)視頻矩陣切換系統(tǒng)。主要用于視頻圖像的切換和管理。

（3）一臺(tái)長(zhǎng)延時(shí)錄像機(jī)，能夠?qū)χ匾那榫斑M(jìn)行自動(dòng)錄像，使重要的場(chǎng)景能夠進(jìn)行回放，便于瀏覽和觀看。

（4）一臺(tái)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，能夠使所有與該機(jī)連接的計(jì)算機(jī)均能互相顯示，以使整個(gè)系統(tǒng)易于管理和控制。

（5）數(shù)據(jù)庫服務(wù)器；圖像控制主機(jī)；水位、流量監(jiān)測(cè)前置機(jī)；閘門、水情工作站；閘門控制前置機(jī)，同時(shí)內(nèi)插RS-485卡，使相關(guān)的具有RS-485接口的設(shè)備都能夠連接同一條總線上運(yùn)行，專門用于圖像處理。每臺(tái)機(jī)均內(nèi)置網(wǎng)卡，使任意一臺(tái)計(jì)算機(jī)所顯示、控制及管理的信息，在其他計(jì)算機(jī)上都能夠顯示，以便控制和管理。

（6）圖像處理卡。內(nèi)插在圖像控制主機(jī)內(nèi)，進(jìn)行視頻信號(hào)的處理，既能夠視頻壓縮，又能夠解壓縮，同時(shí)也能夠?qū)嚎s的視頻信號(hào)通過WAN/LAN、ISDN、DDN電話線等方式進(jìn)行傳輸。

（7）大屏幕。主要用來顯示渠首上下游水情數(shù)據(jù)、閘門監(jiān)控的數(shù)據(jù)和由攝像頭傳回的閘門開閉的圖像。

（8）監(jiān)視器。專門用來顯示攝像頭傳回的閘門開閉的圖像。

（9）不間斷電源(UPS)。在停電情況下仍能給比較重要的設(shè)備供電。

4.系統(tǒng)傳輸

體統(tǒng)中心站與四個(gè)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控單元的通信距離在250m以上，最大通信距離為700m。而現(xiàn)場(chǎng)施工條件不具備，本系統(tǒng)用485通信方式。每個(gè)MODICONTSXCOMPACT控制器通過RS-232/485轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)據(jù)指令傳輸。

系統(tǒng)的傳輸分布于各個(gè)攝像點(diǎn)、報(bào)警點(diǎn)和監(jiān)控中心之間，主要完成視頻信號(hào)、控制信號(hào)的傳送。在工程施工中采用結(jié)構(gòu)化的布線方式。結(jié)構(gòu)化布線遵循國際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)原則，采用了標(biāo)準(zhǔn)的補(bǔ)線規(guī)范，開放式的體系，靈活的模塊化結(jié)構(gòu)，并采用了既能適用于現(xiàn)在又能面向未來的先進(jìn)技術(shù)。因此，它能方便的擴(kuò)容，變更以適應(yīng)不斷發(fā)展的需要，從而保證了投資的長(zhǎng)遠(yuǎn)利益和合理性。

5系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)

（1）系統(tǒng)的設(shè)備平均無故障工作時(shí)間（MTBF）為：

中心站控制機(jī)MTBF＞20000h；

現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備MTBF＞40000h；

視頻監(jiān)視設(shè)備MTBF＞20000h；

（2）防雷安全措施

中心站電源上設(shè)置電源避雷器，其接地端與避雷器地網(wǎng)良好連接。電源設(shè)備具有很強(qiáng)的抗干擾能力。

（3）在閘門運(yùn)行執(zhí)行系統(tǒng)中設(shè)置完善的閘門繼保措施。

（4）為了處置突發(fā)事件，在控制中心設(shè)置人動(dòng)急停按鈕，可緊急切斷閘門的工作電源，防止故障的擴(kuò)大。

6軟件可靠性設(shè)計(jì)

軟件分為中心站監(jiān)控軟件和PLC控制軟件，PLC控制軟件用梯形邏輯圖編寫，可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行多種連鎖，當(dāng)出現(xiàn)控制閘門不同步、卡滯、自動(dòng)下落、越速等故障時(shí)，均能發(fā)出故障告警并立即停機(jī)。中心站監(jiān)控軟件當(dāng)發(fā)出閘門啟閉命令時(shí)，PLC采用多數(shù)表決法和數(shù)據(jù)的合理性判決數(shù)據(jù)的正確性，并返回中心站得到認(rèn)可后方可進(jìn)行閘門的啟閉操作。

系統(tǒng)的操作方式多樣，以保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。系統(tǒng)具有兩種運(yùn)行方式：手動(dòng)與自動(dòng)。操作既可在中心監(jiān)控站操作，也可在現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操作，當(dāng)在檢修或意外情況下，可在現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操作。

由于控制軟件采用PLC可編程序控制器提供的專用梯形邏輯圖編寫，監(jiān)控軟件用專用組態(tài)軟件編程，使軟件只可能出現(xiàn)容易發(fā)現(xiàn)的邏輯錯(cuò)誤，不會(huì)出現(xiàn)不宜發(fā)現(xiàn)的編程錯(cuò)誤。由于系統(tǒng)軟件用的是專用工具軟件編程，不但軟件的開發(fā)周期大大縮短，而且工具軟件各種的可靠性措施能有效地防止死機(jī)現(xiàn)象出現(xiàn)，大大提高了系統(tǒng)軟件的可靠性。

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控單元的控制軟件用組態(tài)軟件編寫?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控軟件按人工指令與自動(dòng)判斷互校的方法設(shè)計(jì)。電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制互鎖。上電、斷電和電機(jī)正反轉(zhuǎn)切換均設(shè)延時(shí)保護(hù)；在整個(gè)控制過程中對(duì)閘門卡滯的監(jiān)視始終跟隨，一旦故障發(fā)生就自動(dòng)停機(jī)。

(由新疆水利水電科學(xué)研究院和新疆喀什供電分公司供稿）

作者簡(jiǎn)介

柯春光（1979-），男，漢族，新疆博樂市人，助理工程師，大學(xué)本科，農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)畢業(yè)，主要從事水利水電工程設(shè)計(jì)工作，現(xiàn)在新疆水利水電科學(xué)研究院工作。