自动监控系统在新洋港闸的应用

2010-02-14陈其美杨启明

治淮 2010年3期

陈其美杨启明张军

“四大港”挡潮闸之一的新洋港闸位于江苏省盐城市境内，是苏北里下河地区主要入海口之一，该闸共17孔，闸总宽200.09m，设计日平均流量为485m3/s，钢闸门集中控制，操作室位于水闸中间，上设彩钢板房。原先的控制方式为集中手动，反应及操作的速度慢，容易误操作且时效性差。为改善控制运用方式，适应工程管理现代化的要求，该闸实施了自动化改造。

一、自动监控系统组成

该系统由计算机监控系统、视频监视系统和远程传输系统三部分组成。位于水闸中章的监控室设两台微机。一台用于闸门及其他设备的控制，另一台用于现场实物监视。以太网交接机其中的3个端口通过RJ45接头和上位机、硬盘录像机及现地控制单元连接，通过光纤收发器和光缆与上级计算机联网,在远程（省水利厅、市水利局）能看到新洋港闸的闸位、水位数据及现场的实时图像。

二、自动监控系统结构与配置

1.系统结构

系统采用开放、分层、分布式结构，由主控级、现地控制单元及通信网络组成。主控级和现地控制级间的网络通信，采用10/100M自适应以太网。

2.系统配置

（1）主要硬件、软件配置

设备选型为可靠性高、技术成熟、性能指标好、适应性能强、性价比高、操作简单、维护方便，采用模块化结构，便于硬件和功能的扩展；系统软件采用成熟的标准化系统，人机接口功能强，人机界面友好，应用软件采用模块化、结构化设计，使系统更适应功能的增加和规模的扩充。

（2）主控级

主控级设备布置在中控室,是一套以进口原装、高性能ICS工业级计算机为核心，包括以太网交换机、运行人员操作台、外围设备及UPS组成的控制层设备。

（3）现地控制单元LCU

LCU即现地控制综合控制屏，共5台，1#LCU供通航孔上下扉门使用，排水孔每4孔共用1台综合控制屏。综合控制屏既包含启闭机电机的一次主回路（断路器、接触器、热继电器、单相电流数显表和1只电压数显表）、二次控制回路，也包括PLC及其回路。PLC的核心采用德国倍福公司（Backoff）的 CX1000 系列 PLC，如果主控级故障，LCU与主控级脱离后仍能在现地手动或自动对有关设备的监测与控制功能，当与主控级恢复联系后又能自动地服从主控级控制和管理。

（4）图像监控系统

360°旋转、变焦、变距球形户外视频探头，包括摄像机、镜头、防护罩、支架、云台及解码器，将视频经同轴电缆引入中控室的控、录一体化硬盘录像机，并将控制信号自硬盘录像机引至解码器，以控制云台的转动和三可变镜头的光圈、聚焦、变焦。具有监视功能、录像功能、回放功能、组网功能、报警联动功能。

（5）网络通信设备

网络通信设备由以太网交换机、超五类网线、RJ45接头、二芯多模光缆及光纤等组成。

三、监控及监视对象

监控及监视对象包括17孔钢闸门；上、下游水位、潮位，越限时自动报警；闸室、上下游、左右岸等7个摄像点图像；各闸门和开度；各闸门启闭机电机单相电流及总电压；动力设备各种开关及控制电器的状态。

四、系统功能

系统由主控级和现地控制级组成。主控级除能迅速、可靠、准确有效地完成对各闸门的安全监视和控制外，还能完成对整个系统的运行管理，包括历史数据存档、检索、运行报表生成与打印、对外通信管理等。现地控制级主要完成对闸门的控制、操作显示及主控级的通信。

1.数据采集和处理

主控级通过以太网接收LCU传来的数据，对它们的越限和变位进行判断、处理，包括：模拟量采集与处理（定期扫查）、开关量采集与处理（中断和非中断开关量）、数字量采集与处理（串行采集水位、潮位数学量后转换为模拟量数值）、开关量输出（操作指令信号校检）、信号量值及状态设定（采集到的数据信号同等对待）、综合量计算（数学模型计算），最后经格式化存入数据库。

2.实时控制

（1）现地控制

指在闸门综合控制屏上通过按钮手动进行闸门升降、启停操作，操作开关应切换到手动状态，操作员通过操作现地控制柜上的上升、下降、停止按钮来完成闸门启闭。

（2）远方控制

指在工控机上对闸门自动进行升降、启停操作。操作开关应切换到自动状态，操作员根据各自口令和权限登录系统，可选择给定开度或给定流量操作方式，通过显示器、鼠标和标准键盘，进行单个闸门或闸门群组的控制。

（3）所有接入闸控制系统的闸门，均采用现地控制和远方控制两种方式，互为闭锁，在现地切换。控制以闸门现地控制级别为高，监控室远方控制级别低。

3.安全运行监视及报警

（1）安全运行监视

状变监视：监控对象的电源断路器事故跳闸，运行接触器失电，保护接点动作等状态变化的显示与打印。

过程监视：在操作台工控机的CRT上，模拟显示闸门升降过程，并标定升降刻度。

异常监视：监控系统中硬件和软件发生故障、错误时立即发出报警信号，并在CRT及打印机上显示记录，指出报警部位。

（2）事件顺序记录和报警

发生电源断相等事故引起启闭机电源断路器跳闸以及电气过负荷等故障时，进行事件顺序记录、显示、打印和存档；每个记录包括点的名称、状态描述和时标；记录的同时，启动语音报警，自动显示报警语句，自动推出相关画面，做事故原因分析并提出处理方法。

（3）参数越复限记录和报警

对某些参数及计算值进行范围监视，对上下游水位和潮位、过闸流量等作出趋势分析（梯度监视）。对这些参数、梯度值可预先设定其限制范围，当它们越、复限时进行越限报警，越复限自动显示、记录及打印，启动相关量分析功能等。

4.统计记录和生产管理

（1）统计记录

系统可对各设备的运行情况进行统计记录，这些信息还将自动提示给运行人员。

（2）显示

以数字、文字、图形、表格的形式组织画面进行动态显示（CRT）。上下游水位、潮位显示；各闸门开度模拟显示；电气主接线图；自动监控系统框图；闸门操作流程图；各类事故、故障统计表；各种监视量上、下限值整定表；闸门上下游侧立视图和景观效果图。

（3）人机对话

监控系统在中控室设操作员工作站，通过标准键盘、鼠标、CRT可输入各种数据，以便更新修改各种文件，人工置入各种缺漏的数据，输入各种控制命令等，以监视和控制闸门的运行。

（4）数据通信

主控级操作员工作站和LCU之间通过以太网进行通信，主控级与上级微机之间，通过交换机预留的接口进行通信，进行数据交换，包括压缩的视频信号。

（5）系统诊断

能在在线和离线方式下自检计算机和外围设备的故障，故障诊断能定位到电路板，自检各种应用软件和基本软件故障，定位到任务级。

完善的系统自检、自诊断与自动恢复，包括主机自检、软件任务超时处理及通道故障检测，当诊断到外围设备时，能自动将其切除并发信号；软件任务超时可实现部分功能软件的故障自启动功能；通道检测包括对网络、通信通道、I/O过程通道在线自动检测，其内容包括通道数据有效性合理性判断、故障点自动查找及故障自动报警等。

（6）软件开发

系统软件和应用软件都是全开放的，主控级计算机能在在线和离线方式下方便地执行系统应用软件的编辑、调试和修改等任务。

（7）可扩性

监控系统是一个开放式系统，在功能、配置、通讯接口等方面均有一定的裕度和扩展能力，备用点不少于使用点的20%，屏内插件空间及对外连接的端子排的备用裕量≥15%；系统主存和辅存容量裕量≥30%。

五、安全性及可靠性措施

1.安全性

系统的安全性主要由系统全分布方式保证。由于各节点独立，每接点的退出不影响系统的其余部分正常工作。用户对图形、打印报表的格式均可在线修改、生成，这种修改必须具有一定的用户级别并知道该级别的口令。系统在操作安全性、通信安全性和硬件、软件及固件安全性方面有判断不合适或者不希望的动作和状态的能力，其结果将产生报警或拒绝执行或两者兼有。

2.防雷保护

新洋港地区是雷暴多发区，系统防雷采取三级防护技术措施：第一级防护为外部防护，主要由接闪器、接地引下线、接地体组成；第二级防护为过渡防护，数据、控制线室外部分采用屏蔽电缆穿钢管方式，并进行可靠的接地；第三级防护为内部防护，根据防雷等电位原理，加装防雷器。同时系统选用高可靠性和具有高抗干扰能力的通信接口器件，提高自身抗干扰能力，合理的布线和规范的接地，并对自动控制系统的供电电源采用了三级电涌防雷管，以防感应雷击。