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摘要：水闸是水利工程中的基本组成部分，对于该流域的灌溉、防洪等起着非常重要的作用；随着科技的进步，越来越多的水利工程使用了自动化监控系统，它的使用大幅度的提高了对水利工程的管理水平；文章从自动化监控系统的组成入手，介绍了水闸自动化监控系统的主要子系统，以及监控系统具体的功能，对相关工程技术人员有一定的借鉴作用。
关键词：水利工程；自动化；监控系统
1 前言
水闸是水利工程中的基本组成部分，对于该流域的灌溉、防洪等起着非常重要的作用；在以往的水利工程中，各大中型的水闸普遍使用传统的监控办法，依靠人力完成观测数据的采集以及人工报告水闸的运行状况，按照调度室的命令对水闸进行操作；随着我国经济以及科学技术的发展，越来越多水利工程中选择使用了自动化监测系统，该系统主要包括闸门数字化视频监控、闸门自动化控制以及水工的自动观测等功能；水闸自动化系统的合理配置对于水利设施的安全运行起着重要的作用，而且对于提高水利工程的管理质量有着特殊的意义。
2 水闸自动化监控系统主要子系统
2.1水闸网络通信系统
水闸微机监控和视频监控系统有大量的实时数据、控制信息、监视信息需要传输到水闸管理处信息中心。网络中心设置一台高性能数据库服务器，通过双绞线与调度中心三层交换机连接；网络中心另设置一台高性能计算机，采用光纤与调度中心交换连接。在调度中心交换机上设置虚拟网络(VLAN)，将数据库服务器，监控工作站分割成不同的VLAN。保证网络平台上运行不同应用分开数据交换，防护病毒对服务器和控制系统的感染，同时加装网络病毒防护软件防止系统受病毒侵害。
2.2水闸微机监控系统
微机监控系统采用现地控制、中控制控制和远方控制三种控制层次。中控室控制层设备布置在中控室内，主要由系统服务器、监控工作站、打印机等设备组成；现地控制层主要由主机房的PLC控制屏、现场传感器组成。正常情况下整个水闸控制在中控室的监控工作站上，操作人员通过水闸运行流程图、水闸运行模拟显示图监视整个水闸运行状况，通过软件发出主控指令，现地PLC和相应的开关设备将按照主控指令控制现场设备自动运行。特殊情况下，现地PLC控制柜也可控制机组及相应设备自动运行。现场无人值班时，远程调度中心可进行远程控制。三种控制模式通过现地控制设备上的转换开关实现互锁。微机监控系统实时、准确、有效地完成对水闸被控对象的运行监测和控制，具备数据采集和处理（包括模拟量、开关量）、安全监视及事件报警、水闸运行指导、监控系统异常监视、控制与运行调节的功能、记录报表及生产管理、统计分析、系统通信、自诊断和冗余切换、软件开发和维护、数据库功能及远程诊断和维护功能。
2.3系统水闸微机保护系统
系统水闸微机保护系统采用全微机式的继电保护系统，保护装置均采用标准尺寸机箱和插件板设计。机箱和插件板装在保护屏内，保护屏内含规定的保护功能、跳闸组件、监视、检测、人机对话、通讯接口部件，并能实现事故记录等功能。本系统主要保护主电动机及相关电气设备。电动机保护有如下保护配置：启动时间过长保护、两段式定时限过流保护、 反时限过流保护保护、 两段式负序过流保护及低电压、过电压、 过负荷、过热保护。微机保护系统所包含的软件具有自检功能和故障记忆功能，可以对故障优先显示及报警，具有电流、电压、频率、功率、功率因数、电度脉冲量采集显示功能，能够不依赖于主机的手动操作跳、合闸及锁定，具有通讯功能并能与上下位机联系；电源失电后恢复电时，微机监控系统能够自起动。
2.4水闸视频监视系统
水闸视频监视系统通过图像监控、保证水闸人员和设备的安全；通过图像监控结合远程和本地人员操作经验的优势，避免误操作；通过图像监控、灯光控制、环境监控(如：刀闸分合状态、电压、电流、频率等)监测或监控现场生产设备的运行状况，起到预警和保护的作用；通过图像监控系统对泵站内环境进行检查，消除安全隐患，提高管理水平。
2.5水闸设备防雷系统
雷电是水利工程监测自动化系统中LCU、传感器、电缆等遭受损坏的一个重要因素。实践证明水利工程信息系统中各部雷害来源主要是以下三个途径：一是电源线引入；二是信号线引入；三是地线和零线引入。本系统防雷设计包括：避雷针设计、信号防雷设计、测站防雷接地设计、中控室接地、电源防雷设计和信号防雷设计。
3 水闸自动化监控系统的功能
3.1 数据的处理与采集
水闸自动化监控系统可以自主的实现数据的采集处理，它可以采集的数据量有闸门的位置、上下游水位、电流以及图像信息、渗流水压及母线电压、荷重等信息，可以采集的状态量有操作状态、动力电源控制电源状态、闸门下降或上升接触器状态、闸门启闭保护装置状态等信息。
3.2 水闸各系统的控制
水闸自动化监控系统有远方控制和现地控制两种方式，远方控制与现地控制之间是互相闭锁的，实现现地切换需要操控设置现地的切换开关；在进行现地控制时，可以将运行状态信号、控制信号传输到监控中心站；在控制等级上，闸门的现地控制要比监控中心站的远方控制高，远方控制可以通过闸门监控中心站来实现对测压管、闸门、母线电压、荷重及电机电流、闸门位置，以及使用数字视频监测系统获得的现场图像信息等实现远程监控；它可以事先提示具体的操作过程，可以不间断的反应测压管水位以及闸门所处的位置，出现运行故障问题时可以及时的报警；在进行远方控制时，控制人员通过操作鼠标、键盘和显示器等来实现对闸门的下降或者上升控制，闸门可以自动完成关闭和开启的全过程。在进行现地控制时，可以在现地测控单元上实现对闸门的自动或者手动控制，并且可以将相应的控制信号计算机上，比便能够对其进行监视；在监控中心站发生故障、设备投运初期以及闸门检修期间等情况下，这时可以使用现地控制；在现场进行控制操作时，操作人员可以根据闸门高度指示、信号显示以及手动按钮开关等对闸门进行中途停机、下降以及上升等操作。
3.3 水闸的运行监视
水闸自动化监控系统可以实现对水闸的安全运行监视，主要包括状态变化监视、过程监视、监控系统异常监视、以及显示和报警等。状态变化监视主要是对保护动作、运行接触器失电、电源断路器事故跳闸等状态发生变化进行监视，并可以将监视结果显示以及打印出来。过程监视是在控制台上模拟闸门下降和上升的全过程，并将具体的升降值标定，在视频服务器上可以对监测范围内的现象环境、测控屏柜、设备运行情况等信息实行全方位的监视。监控系统异常监视是通过对监控系统的软硬件進行监控，当出现故障时会自动报警，而且会在打印机上将故障情况进行显示记录，将出现问题的部位指出来；数字视频系统可以对监控范围内的图像信息进行监视，若出现异常情况就会将摄像头对准出现故障的地方，控制室内会同时显示出故障地区画面，同时系统会自动将录像进行保存，以便事后对故障原因进行分析。
3.4 监控系统的人机对话与数据通信
水闸自动化监控系统可以实现人机对话功能，首先在监控中心设置操作台，运行人员通过操作台上的CRT、标准键盘以及鼠标等进行各种数据以及控制命令的输入，实现文件的更新和修改，人工的填入缺失的数据，进而达到控制和监视闸门运行的目的。水闸自动化监控系统的现地监控单元与监控中心之间的通信使用的是工业总线结构，在建造时预留了网络接口。
4 结语
水闸自动化系统的合理配置对于水利设施的安全运行起着重要的作用，而且对于提高水利工程的管理质量有着特殊的意义；本文从水闸自动化监控系统的组成入手，系统的介绍了监控系统的监控中心站、现地测控单元以及自动化监测元件各自的工作原理，分析了自动化监控系统的数据处理和采集功能、系统控制功能、运行监视功能以及人机对话和数据通信功能，对于水利工程技术人员有一定的借鉴作用。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：水利工程；自动化；监控系统
1 前言
水闸是水利工程中的基本组成部分，对于该流域的灌溉、防洪等起着非常重要的作用；在以往的水利工程中，各大中型的水闸普遍使用传统的监控办法，依靠人力完成观测数据的采集以及人工报告水闸的运行状况，按照调度室的命令对水闸进行操作；随着我国经济以及科学技术的发展，越来越多水利工程中选择使用了自动化监测系统，该系统主要包括闸门数字化视频监控、闸门自动化控制以及水工的自动观测等功能；水闸自动化系统的合理配置对于水利设施的安全运行起着重要的作用，而且对于提高水利工程的管理质量有着特殊的意义。
2 水闸自动化监控系统主要子系统
2.1水闸网络通信系统
水闸微机监控和视频监控系统有大量的实时数据、控制信息、监视信息需要传输到水闸管理处信息中心。网络中心设置一台高性能数据库服务器，通过双绞线与调度中心三层交换机连接；网络中心另设置一台高性能计算机，采用光纤与调度中心交换连接。在调度中心交换机上设置虚拟网络(VLAN)，将数据库服务器，监控工作站分割成不同的VLAN。保证网络平台上运行不同应用分开数据交换，防护病毒对服务器和控制系统的感染，同时加装网络病毒防护软件防止系统受病毒侵害。
2.2水闸微机监控系统
微机监控系统采用现地控制、中控制控制和远方控制三种控制层次。中控室控制层设备布置在中控室内，主要由系统服务器、监控工作站、打印机等设备组成；现地控制层主要由主机房的PLC控制屏、现场传感器组成。正常情况下整个水闸控制在中控室的监控工作站上，操作人员通过水闸运行流程图、水闸运行模拟显示图监视整个水闸运行状况，通过软件发出主控指令，现地PLC和相应的开关设备将按照主控指令控制现场设备自动运行。特殊情况下，现地PLC控制柜也可控制机组及相应设备自动运行。现场无人值班时，远程调度中心可进行远程控制。三种控制模式通过现地控制设备上的转换开关实现互锁。微机监控系统实时、准确、有效地完成对水闸被控对象的运行监测和控制，具备数据采集和处理（包括模拟量、开关量）、安全监视及事件报警、水闸运行指导、监控系统异常监视、控制与运行调节的功能、记录报表及生产管理、统计分析、系统通信、自诊断和冗余切换、软件开发和维护、数据库功能及远程诊断和维护功能。
2.3系统水闸微机保护系统
系统水闸微机保护系统采用全微机式的继电保护系统，保护装置均采用标准尺寸机箱和插件板设计。机箱和插件板装在保护屏内，保护屏内含规定的保护功能、跳闸组件、监视、检测、人机对话、通讯接口部件，并能实现事故记录等功能。本系统主要保护主电动机及相关电气设备。电动机保护有如下保护配置：启动时间过长保护、两段式定时限过流保护、 反时限过流保护保护、 两段式负序过流保护及低电压、过电压、 过负荷、过热保护。微机保护系统所包含的软件具有自检功能和故障记忆功能，可以对故障优先显示及报警，具有电流、电压、频率、功率、功率因数、电度脉冲量采集显示功能，能够不依赖于主机的手动操作跳、合闸及锁定，具有通讯功能并能与上下位机联系；电源失电后恢复电时，微机监控系统能够自起动。
2.4水闸视频监视系统
水闸视频监视系统通过图像监控、保证水闸人员和设备的安全；通过图像监控结合远程和本地人员操作经验的优势，避免误操作；通过图像监控、灯光控制、环境监控(如：刀闸分合状态、电压、电流、频率等)监测或监控现场生产设备的运行状况，起到预警和保护的作用；通过图像监控系统对泵站内环境进行检查，消除安全隐患，提高管理水平。
2.5水闸设备防雷系统
雷电是水利工程监测自动化系统中LCU、传感器、电缆等遭受损坏的一个重要因素。实践证明水利工程信息系统中各部雷害来源主要是以下三个途径：一是电源线引入；二是信号线引入；三是地线和零线引入。本系统防雷设计包括：避雷针设计、信号防雷设计、测站防雷接地设计、中控室接地、电源防雷设计和信号防雷设计。
3 水闸自动化监控系统的功能
3.1 数据的处理与采集
水闸自动化监控系统可以自主的实现数据的采集处理，它可以采集的数据量有闸门的位置、上下游水位、电流以及图像信息、渗流水压及母线电压、荷重等信息，可以采集的状态量有操作状态、动力电源控制电源状态、闸门下降或上升接触器状态、闸门启闭保护装置状态等信息。
3.2 水闸各系统的控制
水闸自动化监控系统有远方控制和现地控制两种方式，远方控制与现地控制之间是互相闭锁的，实现现地切换需要操控设置现地的切换开关；在进行现地控制时，可以将运行状态信号、控制信号传输到监控中心站；在控制等级上，闸门的现地控制要比监控中心站的远方控制高，远方控制可以通过闸门监控中心站来实现对测压管、闸门、母线电压、荷重及电机电流、闸门位置，以及使用数字视频监测系统获得的现场图像信息等实现远程监控；它可以事先提示具体的操作过程，可以不间断的反应测压管水位以及闸门所处的位置，出现运行故障问题时可以及时的报警；在进行远方控制时，控制人员通过操作鼠标、键盘和显示器等来实现对闸门的下降或者上升控制，闸门可以自动完成关闭和开启的全过程。在进行现地控制时，可以在现地测控单元上实现对闸门的自动或者手动控制，并且可以将相应的控制信号计算机上，比便能够对其进行监视；在监控中心站发生故障、设备投运初期以及闸门检修期间等情况下，这时可以使用现地控制；在现场进行控制操作时，操作人员可以根据闸门高度指示、信号显示以及手动按钮开关等对闸门进行中途停机、下降以及上升等操作。
3.3 水闸的运行监视
水闸自动化监控系统可以实现对水闸的安全运行监视，主要包括状态变化监视、过程监视、监控系统异常监视、以及显示和报警等。状态变化监视主要是对保护动作、运行接触器失电、电源断路器事故跳闸等状态发生变化进行监视，并可以将监视结果显示以及打印出来。过程监视是在控制台上模拟闸门下降和上升的全过程，并将具体的升降值标定，在视频服务器上可以对监测范围内的现象环境、测控屏柜、设备运行情况等信息实行全方位的监视。监控系统异常监视是通过对监控系统的软硬件進行监控，当出现故障时会自动报警，而且会在打印机上将故障情况进行显示记录，将出现问题的部位指出来；数字视频系统可以对监控范围内的图像信息进行监视，若出现异常情况就会将摄像头对准出现故障的地方，控制室内会同时显示出故障地区画面，同时系统会自动将录像进行保存，以便事后对故障原因进行分析。
3.4 监控系统的人机对话与数据通信
水闸自动化监控系统可以实现人机对话功能，首先在监控中心设置操作台，运行人员通过操作台上的CRT、标准键盘以及鼠标等进行各种数据以及控制命令的输入，实现文件的更新和修改，人工的填入缺失的数据，进而达到控制和监视闸门运行的目的。水闸自动化监控系统的现地监控单元与监控中心之间的通信使用的是工业总线结构，在建造时预留了网络接口。
4 结语
水闸自动化系统的合理配置对于水利设施的安全运行起着重要的作用，而且对于提高水利工程的管理质量有着特殊的意义；本文从水闸自动化监控系统的组成入手，系统的介绍了监控系统的监控中心站、现地测控单元以及自动化监测元件各自的工作原理，分析了自动化监控系统的数据处理和采集功能、系统控制功能、运行监视功能以及人机对话和数据通信功能，对于水利工程技术人员有一定的借鉴作用。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。