自动化监控系统在江苏大丰四卯酉闸的应用
周建华 顾晓铭 董海鹏
摘要：王港闸位于江苏省大丰市境内四卯酉河上，属国家大中型沿海挡潮闸。该闸建成于1977年7月，为钢筋式结构，总宽69.5米，设有11孔，其中第1孔为通航孔，净宽8米，其余10孔为泄水挡潮孔，每孔净宽为5米，总净宽58米，设计最大流量818立方米/秒，日平均流量290立方米/秒。该闸为保证大丰市乃至里下河地区防洪安全和经济稳定、高速发展发挥了至关重要的作用。
关键词：自动化；系统
该闸原先的控制方式为现场就地式，每次闸门启闭需多名管理人员在启闭室内来回奔波逐台操作，工作强度大、操作复杂，不但费神费力，而且极易发生误操作现象，为适应沿海挡潮泄洪闸管理现代化、科学化的要求，提高工程设施运行管理水平，确保涵闸的安全运行，在2007年除险加固工程中实施了闸门自动化监控系统项目，该系统具有安全、可靠、先进、可操作性强等优点，自2007年5月投运以来，系统运行一直正常，符合沿海挡潮泄洪闸工况，取得了良好的效果。
1 自动化改造系统结构
大丰市四卯酉闸自动化改造按照闸门启闭现代化的原则设计，该系统由四卯酉闸计算机控制系统、视频监视系统组成，监控室设两台工程机，一台用于监视现场，可在第一时间内近距离监视设备的运行状况；另一台用于闸门启闭及其他设备的控制。为保证闸门安全运行，设计中还提供手动控制和自动控制两种方式。
1．1 计算机控制系统
系统软件功能
测量与控制。对上、下游水位实时自动测量；闸门高度实时自动测量；闸门开度自动与手动控制；实时巡测每台启闭机工作状态、雨量、潮位实时测量。
显示。图形化显示各实测数据和历史数据，显示闸门运行工况，全面显示闸门电气运行工况，显示一次回路各交流接触器开关分合状态（对现场异常情况进行分析、判断发生故障原因，并发声光报警信号），显示故障情况，显示参数设置。闸门高度和上、下游水位现场显示，图表显示所有数据。
记录。闸门启闭时对所测流量数据和闸开度、水位每隔一定时间保存一组，闸门关闭时水位按设定的时间间隔测量，并带时存入数据库，在闸门启闭时记录启闭运作和启闭前后状态，记录报警情况，打印各种实时、历史数据和统计数据及报警情况。
网络传输。具有与上级管理部门进行光纤接口，在接受上级管理部门的调度、控制同时发送本闸实时信息。
1．2 界面与报表
监控界面图形说明：系统主界面：以王港闸全景图为背景；全闸监控：11孔闸门位置图形显示；闸门监视：除含有该孔闸门的位置图形和开度数据显示外，还设有“开闸”、“关闸”、“停止”3个模拟操作按钮和“上升”“下降”2个运行指示灯，在输入口令正确的情况下，还可设定上升或下降预置值，控制该闸门上升或下降到某一预设的开度值；流量显示：按日、月、季、年显示流量曲线和相关数据，给定时段内的累计进、退水量；水位显示：显示当前上、下游水位值；电气参量显示：显示每台启闭机的电流值和开关的分合状态；故障显示：显示当前各孔闸门开度值，各孔闸门故障（不到位，越限等）的统计记录，同时还能显示给定段内的各次故障记录值；参数设置：不同操作人员拥有不同的密码，密码分为两级，维护级人员在输密码和口令正确的情况下，可对各种参数进行预置，对闸门开度进行预置及启闭操作。
1．3 编程原则
本系统软件平台window2000，编程语言为VB6.0，数据库结构语言为SQL SERVER6.0。
编程内容：动态显示闸门运行；图形化显示监测数据；实时数据与历史数据趋势；预置和随机设置闸门启闭控制；实时日、月报表；建立数据库；信息打印、图表输出；电气参数图；异常情况报警及分析记录。
1．4 传输与通信
传感器信号传输。上、下游水位、闸门传感器由标准直流电压信号控制，格雷码反馈信号传输经内部数据总线测量后转换成标准信号，直接得到上、下游水位值和闸门开度。
闸门操作机构信号传输。闸门测控终端直流继电器输出开关量信号，驱动中间继电器，控制开关柜中的交流接触器使启闭机动作。
通讯总线的数据通信。通信系统支持交互通信方式，各工作终端采用挂接式人通讯网络。传输介质选用双绞线和同轴线，各终端与上位机采用RS485通讯总线，冗余式传输网络，通信系统发生故障自动报警。
计算机视频监控系统。计算机硬盘录像监控管理系统，共设13个监控点。机房11台启闭机设一台全方位彩色变焦摄像机，对启闭机的运行状态进行实时监控；工作桥下设2台彩色变焦摄像机，对各挡潮泄洪孔情况进行实时监控；闸上、下游各设1台全方位彩色变焦摄像机，对闸上、下游过往船只通航现状及闸上、下游水流形态进行实时监视。视频监控系统能进行8通道、长时间、连续视频录像至硬盘保存，视频摄像清晰度≥400线，视频摄像最低照度0.2Lux，可以随时查看历史录像，并可通过网络进行视频监控功能。
2 控制系统
系统配置研华IPC610工控机，CPU≥2.8G，500G双硬盘，可触摸式屏，HP激光打印机，山特在线不间断电源各一件。
改造后的控制系统分5个部分，由水位测量、闸门控制、启闭机电量测量和远程控制4模块组成，置于监控室。
2.1 水位测量模块
SWC-B水位测量仪，接触式编码，流水作业闰升降的同时同步带动现场水中浮子升降，浮子升降后的位置使浮子式水位传感器得到一模拟信号，经内部远件转换为4-20ma的电信号，功能模块将电信号转变为数字信号，使水位在水位测量仪上准确反映并及时传输给微机。
主要技术数据：水位变幅：0-80m；通信接口：rs422 rs232；水位变率：≤80cm/min；警戒水位预置，越限自动声光报警；显示位数：五位红色LED显示。
2.2 闸门测控模块
DZK-B闸门测控仪现场测控，由接触码盘式闸门传感器传递4-20ma的电信号入功能模块，功能模块将电信号转变为数字信号，传感器通过传动齿轮与启闭机主轴或主令开关联结，闸位计输出琥比于闸门开度的数据，现场安装，可现地手动控制也可通过功能模块下达指令实施远方控制。
主要技术数据：测量范围：0-40m；分辨率:1cm；通讯接口:rS422；显示位数:4位led显示；控制触点:10A28VDC/7A 240V AC；报警方式：内置蜂鸣器或外接电铃。
2.3 启闭机电量测量模块
CD19系列设备具有计算机通信接口输出4-20ma电信号，经功能模块转换为数字信号通过RS485串行通信总线与上位机通信，及时传送电气参数信息。开关量的测量采用ADAM模块，通过RS485接口直接与上位机通讯。
2.4 远程控制模块
采用威达工控开放型嵌入式控制器--牛顿一线通，通过功能模块外附加的控制继电器控制相关的启闭机电源开关，通过微机化操作实现系统的综合自动控制。模块不仅能实现在监控室内对受控设备的控制，还可通过无线网桥实现更远距离的自动控制化控制。
3 防雷保护系统
处于雷电多发地区的王港闸，为避免监控系统遭受雷电的破坏，采取如下防护措施：
3.1 环境防雷：完善闸坝避雷针、避雷带以及地网系统，防止直击雷的破坏；
3.2 动力电源防雷：在电源总入口处的三相动力线上，安装大电流“电源防浪涌保护器”，防止直击雷或感应雷经动力电源线串入监控系统；
3.3 数据网络防雷：在数据线接口处加装“数据网络避雷器”，裸露于室外的设备外壳加屏蔽罩并可靠接地。
结语
本系统具有安全可靠性、先进性、经济性、实用性和易操作与维护等优点，投运一年多来，系统运行一切正常，对各频繁开启的沿海挡潮泄洪闸具有一定的推广价值。
