摘要：水閘是水利工程中的基本組成部分，對於該流域的灌溉、防洪等起著非常重要的作用；隨著科技的進步，越來越多的水利工程使用了自動化監控系統，它的使用大幅度的提高了對水利工程的管理水平；文章從自動化監控系統的組成入手，介紹了水閘自動化監控系統的主要子系統，以及監控系統具體的功能，對相關工程技術人員有一定的借鑑作用。
關鍵詞：水利工程；自動化；監控系統
1 前言
水閘是水利工程中的基本組成部分，對於該流域的灌溉、防洪等起著非常重要的作用；在以往的水利工程中，各大中型的水閘普遍使用傳統的監控辦法，依靠人力完成觀測資料的採集以及人工報告水閘的執行狀況，按照排程室的命令對水閘進行操作；隨著我國經濟以及科學技術的發展，越來越多水利工程中選擇使用了自動化監測系統，該系統主要包括閘門數位化**監控、閘門自動化控制以及水工的自動觀測等功能；水閘自動化系統的合理配置對於水利設施的安全執行起著重要的作用，而且對於提高水利工程的管理質量有著特殊的意義。
2 水閘自動化監控系統主要子系統
2.1水閘網路通訊系統
水閘微機監控和**監控系統有大量的實時資料、控制資訊、監視資訊需要傳輸到水閘管理處資訊中心。網路中心設定一台高效能資料庫伺服器，通過雙絞線與排程中心三層交換機連線；網路中心另設定一台高效能計算機，採用光纖與排程中心交換連線。在排程中心交換機上設定虛擬網路(vlan)，將資料庫伺服器，監控工作站分割成不同的vlan。
保證網路平台上執行不同應用分開資料交換，防護病毒對伺服器和控制系統的感染，同時加裝網路病毒防護軟體防止系統受病毒侵害。
2.2水閘微機監控系統
微機監控系統採用現地控制、中控制控制和遠方控制三種控制層次。中控室控制層裝置布置在中控室內，主要由系統伺服器、監控工作站、印表機等裝置組成；現地控制層主要由主機房的plc控制屏、現場感測器組成。正常情況下整個水閘控制在中控室的監控工作站上，操作人員通過水閘執行流程圖、水閘執行模擬顯示圖監視整個水閘執行狀況，通過軟體發出主控指令，現地plc和相應的開關裝置將按照主控指令控制現場裝置自動執行。
特殊情況下，現地plc控制櫃也可控制機組及相應裝置自動執行。現場無人值班時，遠端排程中心可進行遠端控制。三種控制模式通過現地控制裝置上的轉換開關實現互鎖。
微機監控系統實時、準確、有效地完成對水閘被控物件的執行監測和控制，具備資料採集和處理（包括模擬量、開關量）、安全監視及事件報警、水閘執行指導、監控系統異常監視、控制與執行調節的功能、記錄報表及生產管理、統計分析、系統通訊、自診斷和冗餘切換、軟體開發和維護、資料庫功能及遠端診斷和維護功能。
2.3系統水閘微機保護系統
系統水閘微機保護系統採用全微機式的繼電保護系統，保護裝置均採用標準尺寸機箱和外掛程式板設計。機箱和外掛程式板裝在保護屏內，保護屏內含規定的保護功能、跳閘元件、監視、檢測、人機對話、通訊介面部件，並能實現事故記錄等功能。本系統主要保護主電動機及相關電氣裝置。
電動機保護有如下保護配置：啟動時間過長保護、兩段式定時限過流保護、 反時限過流保護保護、 兩段式負序過流保護及低電壓、過電壓、 過負荷、過熱保護。微機保護系統所包含的軟體具有自檢功能和故障記憶功能，可以對故障優先顯示及報警，具有電流、電壓、頻率、功率、功率因數、電度脈衝量採集顯示功能，能夠不依賴於主機的手動操作跳、合閘及鎖定，具有通訊功能並能與上下位機聯絡；電源失電後恢復電時，微機監控系統能夠自起動。
2.4水閘**監視系統
水閘**監視系統通過影象監控、保證水閘人員和裝置的安全；通過影象監控結合遠端和本地人員操作經驗的優勢，避免誤操作；通過影象監控、燈光控制、環境監控(如：刀閘分合狀態、電壓、電流、頻率等)監測或監控現場生產裝置的執行狀況，起到預警和保護的作用；通過影象監控系統對幫浦站內環境進行檢查，消除安全隱患，提高管理水平。
2.5水閘裝置防雷系統
雷電是水利工程監測自動化系統中lcu、感測器、電纜等遭受損壞的乙個重要因素。實踐證明水利工程資訊系統中各部雷害**主要是以下三個途徑：一是電源線引入；二是訊號線引入；三是地線和零線引入。
本系統防雷設計包括：避雷針設計、訊號防雷設計、測站防雷接地設計、中控室接地、電源防雷設計和訊號防雷設計。
3 水閘自動化監控系統的功能
3.1 資料的處理與採集
水閘自動化監控系統可以自主的實現資料的採集處理，它可以採集的資料量有閘門的位置、上下游水位、電流以及影象資訊、滲流水壓及母線電壓、荷重等資訊，可以採集的狀態量有操作狀態、動力電源控制電源狀態、閘門下降或上公升接觸器狀態、閘門啟閉保護裝置狀態等資訊。
3.2 水閘各系統的控制
水閘自動化監控系統有遠方控制和現地控制兩種方式，遠方控制與現地控制之間是互相閉鎖的，實現現地切換需要操控設定現地的切換開關；在進行現地控制時，可以將執行狀態訊號、控制訊號傳輸到監控中心站；在控制等級上，閘門的現地控制要比監控中心站的遠方控制高，遠方控制可以通過閘門監控中心站來實現對測壓管、閘門、母線電壓、荷重及電機電流、閘門位置，以及使用數字**監測系統獲得的現場影象資訊等實現遠端監控；它可以事先提示具體的操作過程，可以不間斷的反應測壓管水位以及閘門所處的位置，出現執行故障問題時可以及時的報警；在進行遠方控制時，控制人員通過操作滑鼠、鍵盤和顯示器等來實現對閘門的下降或者上公升控制，閘門可以自動完成關閉和開啟的全過程。在進行現地控制時，可以在現地測控單元上實現對閘門的自動或者手動控制，並且可以將相應的控制訊號計算機上，比便能夠對其進行監視；在監控中心站發生故障、裝置投運初期以及閘門檢修期間等情況下，這時可以使用現地控制；在現場進行控制操作時，操作人員可以根據閘門高度指示、訊號顯示以及手動按鈕開關等對閘門進行中途停機、下降以及上公升等操作。
3.3 水閘的執行監視
水閘自動化監控系統可以實現對水閘的安全執行監視，主要包括狀態變化監視、過程監視、監控系統異常監視、以及顯示和報警等。狀態變化監視主要是對保護動作、執行接觸器失電、電源斷路器事故跳閘等狀態發生變化進行監視，並可以將監視結果顯示以及列印出來。過程監視是在控制台上模擬閘門下降和上公升的全過程，並將具體的公升降值標定，在**伺服器上可以對監測範圍內的現象環境、測控屏櫃、裝置運**況等資訊實行全方位的監視。
監控系統異常監視是通過對監控系統的軟硬體進行監控，當出現故障時會自動報警，而且會在印表機上將故障情況進行顯示記錄，將出現問題的部位指出來；數字**系統可以對監控範圍內的影象資訊進行監視，若出現異常情況就會將攝像頭對準出現故障的地方，控制室內會同時顯示出故障地區畫面，同時系統會自動將錄影進行儲存，以便事後對故障原因進行分析。
3.4 監控系統的人機對話與資料通訊
水閘自動化監控系統可以實現人機對話功能，首先在監控中心設定操作台，執行人員通過操作台上的crt、標準鍵盤以及滑鼠等進行各種資料以及控制命令的輸入，實現檔案的更新和修改，人工的填入缺失的資料，進而達到控制和監視閘門執行的目的。水閘自動化監控系統的現地監控單元與監控中心之間的通訊使用的是工業匯流排結構，在建造時預留了網路介面。
4 結語
水閘自動化系統的合理配置對於水利設施的安全執行起著重要的作用，而且對於提高水利工程的管理質量有著特殊的意義；本文從水閘自動化監控系統的組成入手，系統的介紹了監控系統的監控中心站、現地測控單元以及自動化監測元件各自的工作原理，分析了自動化監控系統的資料處理和採集功能、系統控制功能、執行監視功能以及人機對話和資料通訊功能，對於水利工程技術人員有一定的借鑑作用。
注：文章內所有公式及圖表請用pdf形式檢視。
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