沈 云 晋成龙

（中水淮河规划设计研究有限公司 合肥 230601）

1 引言

近年来，随着我国社会经济的快速发展，信息化已经提升到国家战略高度，以信息化驱动现代化始终贯穿我国现代化建设的进程。水利部在《加快推进新时代水利现代化的指导意见》中指出要全方位推进智慧水利建设，大幅提升水利信息化水平。水闸自动控制系统和远程监控系统作为水利信息化的基础设施，为防汛、抗旱、水工程安全运行等方面提供有力保障，同时也为水资源开发利用、水利监督等业务提供数据支撑，进一步保障各项水利工作高效、可靠开展。

2 工程现状

二级坝水利枢纽工程位于江苏、山东两省交界，属大Ⅰ型工程，设计洪水标准为50年一遇。主要建筑物包括拦湖大坝、溢流坝、南水北调工程二级坝泵站、微山二线船闸、第一节制闸、第二节制闸、第三节制闸、第四节制闸等，其中4 座水闸（以下简称一闸、二闸、三闸、四闸）总长2140.31m，共312 孔，目前四闸已经弃用。

2.1 一闸自动化设施

一闸共39 孔闸门，于1998年除险加固完成，目前仅能在现地进行控制，其中仅19 孔闸门可按预置位开闭并显示其开度，其余20 孔无此功能，未设置集中控制层和计算机网络系统，二级坝枢纽管理局无法掌握一闸的实时工情信息，导致二级坝枢纽一闸、二闸、三闸的整体运行管理时效性出现偏差。

2.2 二闸自动化设施

二闸共55 孔闸门，根据水利部水总〔2004〕417号文《关于南四湖二级坝第二节制闸加固改造工程初步设计报告的批复》批准对该闸进行加固，同时完成自动化改造，可实现对闸门的集中控制和现地控制。

2.3 三闸自动化设施

三闸共84 孔闸门，根据淮委规计〔2005〕244号文《关于南四湖二级坝第三节制闸自动监控系统工程初步设计的批复》批准对该闸进行自动化改造，可实现对闸门的集中控制和现地控制。

2.4 二级坝枢纽管理局自动化设施

管理局现状自动化设施包括日常办公系统和远程监控系统两部分，两个系统共用一张网，且具备手机端工情APP 功能。由于办公系统和监控系统共用网络，且APP 功能通过内、外网连通实现，信息安全方面存在较大隐患，同时远控层现状已瘫痪，设备大部分已损坏。

3 二级坝枢纽自动化系统设计方案

2019年2月，水利部以《南四湖二级坝除险加固工程初步设计报告准予行政许可决定书》（水许可决〔2019〕12 号）准予工程行政许可，批准对一闸自动化系统及电气设备、管理局监控通信系统和供配电系统进行更新改造，增设安全监测设施等。

3.1 设计范围

二级坝枢纽自动化控制系统布置在二级坝枢纽监控中心，主要涵盖一闸、二闸、三闸。

二级坝枢纽监控中心计算机监控系统采用二级控制方式：监控中心远程控制方式、水闸现地集中控制方式。根据控制方式，二级坝枢纽自动化控制系统分为监控中心远程计算机监控系统和现地水闸计算机监控系统。

监控中心远程计算机监控系统主要完成对水闸现地监控系统数据的采集和上传，实现对各闸门的自动监测和监控，并为上级防洪调度管理提供基础数据，完成调度指挥系统的调度指令，同时根据监控的需要，采集必要的水位、流量等数据。

对于新建的一闸现地计算机监控系统，应实现与监控中心远程计算机监控系统的监控功能；对于目前已经完成的二闸、三闸的现地水闸计算机监控系统，应补充其与监控中心远程计算机监控系统的接口设计。同时一闸、二闸、三闸的现地监控系统应配置实时数据库和历史数据库。

3.2 系统需求

3.2.1 各层级功能需求

监控中心远程监控系统、水闸现地监控系统功能需求如表1。

表1 各层级对水闸监控系统功能需求表

3.2.2 数据需求

（1）数据采集内容

采集的监控信息主要包括：闸前水位、闸后水位、流量、闸门启闭状态、开启高度、电流、电压、温湿度、限位保护、荷重保护、相序故障、PLC 状态等。

（2）具体要求

①水闸信息采集应能以毫秒级精度完成实时运行信息和控制信息采集，并进行汇集、处理、存储。

②要求有完善的安全机制，保证对闸门运行及控制的安全。

③要求有完善安全的访问机制、访问接口和信息流程，应对上级系统访问。

3.3 总体结构

二闸和三闸现状均有计算机监控系统，为实现远程监控，分别在二闸、三闸的中控室各增设1 台数据库访问客户机，将各站点接入监控中心远程监控系统。

监控中心远程计算机监控系统按照监控中心和现地监控站二层结构进行设计，各层功能按其运行管理范围确定，各级的控制权限以近设备端为最高。系统设计为分层分布式结构，现地监控系统既可接收上级命令实施监控操作，又可脱网独立运行，部分设备的损坏，不影响全部系统的运行，系统故障不影响现地单元的独立操作，确保系统的可靠性。监控系统总体拓扑结构示意图。

3.4 数据存储

3.4.1 二级坝枢纽水闸计算机监控系统实时数据库对采集及处理过的实时数据进行存储，实现对系统中模拟量数据（原始输入信号或中间计算值）和开关量进行连续记录。记录的数据支持实时趋势曲线显示，能够在实时趋势曲线上选择显示任何一个点的数值、时间等参数。

3.4.2 二级坝枢纽水闸计算机监控系统建立历史数据库，能够存储系统中主要的输入信号（水位、流量、闸门开度等）以及重要的中间计算数据。系统应能够存储30 天的历史数据，作为整个监控中心的公用数据库。

历史数据库的数据记录与存储应能实现数据的多种检索方式，如历史趋势曲线、日报表、月报表、事件查询等，以满足用户的不同需求。

历史数据库可通过程序设置实现自动清理、备份等功能。

3.5 系统功能

3.5.1 数据接收与处理

一闸、二闸、三闸的数据信号，在现地端经处理、计算、分析、统计后，按照统一要求的数据格式，发送到监控中心远程监控系统，远程监控系统对接收到的数据进行处理后，存入对应水闸现地系统的数据库中，所有数据要求长期保存。

（1）实时数据接口

监控中心远程计算机监控系统运行监视界面实时显示当前远程监控对象的状态，对数据接收、传输的速度和安全可靠性要求很高，在监控中心远程监控系统同水闸现地监控系统进行数据传输时，为监控平台系统配置标准的通讯接口软件，以保证监控系统可靠、稳定运行。

（2）历史数据接口

对于接收到的数据进行存储，形成历史数据是水利系统运行调度的基础之一，调度系统通过对大量存储的历史数据进行计算、分析、统计，以便及时作出调度决策，因此远程监控系统对数据的接收除了对实时性要求高之外，对历史数据的完整性要求也相当高，任何原因的数据丢失都将造成分析结果的不准确，甚至导致调度的误判、指令的错误。因此，水闸现地监控系统要对上传的数据进行本地存储，当网络恢复正常时再将数据重新发送，对于数据库系统来说，数据是连续而完整的。

3.5.2 事故和报警报告

（1）事故（事件）和报警处理

图1 监控系统总体拓扑结构示意图

各水闸现地监控系统按照统一格式对事故（事件）和报警记录进行发送，监控中心远程计算机监控系统对于接收到的各监控站的所有事件和报警应按日期和时间顺序列表，并按规定格式产生报警报告。

（2）SOE 数据采集

各水闸现地监控系统对于存储在各现地LCU 内的事件顺序记录（SOE）按照统一格式进行处理，保存到现地数据库中。LCU 储存的SOE 信息中记录着带有时标的事件状态变化。

（3）开关跳闸报警

各水闸现地监控系统监测到断路器跳闸时，实时记录报警，并传输到远程监控系统，监控中心远程计算机监控系统在接收到该跳闸信号报警后，立即显示在远程监控界面上显示，给出相应的音响告警和报警信号，并提供报警可能对水量调度的影响和处理方案。

3.5.3 调度指令下达

调度系统将调度指令下达到水闸各现地监控点；各监控站点将对这些调度方案再做优化，确定各闸门开度值等，变为对闸门设备的控制指令，并完成闸门上升/下降操作、闸门开度调节。

3.5.4 报表生成和打印

监控中心远程计算机监控系统采用高效、便于使用的软件生成和打印来自实时控制和历史资料库的报表。

3.6 通信

远程监控系统配有必要的用于本计算机系统内部和外围设备连接的网络和通讯设备。还配置与其他系统和下属子系统之间的通信设备和接口。

监控中心远程计算机监控系统具有与局域网上各节点、各监控站点监控系统、上级部门及其他部门通信的功能。

3.7 计算机监控网络安全建设

各水闸现地计算机监控系统中控室工控计算机上均设置防病毒软件。

监控中心远程计算机监控系统配置工业级防火墙、网闸、工业监测审计平台、安全统一管理平台、工控主机卫士等安全防护措施。

4 结语

二级坝枢纽自动化控制系统的建设完善了二级坝枢纽的水利信息化基础设施，极大地提高了二级坝的自动化集成度和信息化水平，同时本系统为南四湖和沂沭泗流域的水资源管理、防汛调度等提供实时有效的数据支撑和技术服务■