临淮岗洪水控制工程49孔浅孔闸计算机监控系统设计

水利技术监督2004年第6期·56·临淮岗洪水控制工程49孔浅孔闸计算机监控系统设计王根喜刘江张国芳（中水淮河工程有限责任公司，安徽蚌埠市233001）摘要：介绍了49孔浅孔闸计算机监控系统的网络结构和功能以及闸门监控、视频监视、安全监测等子系统的硬件及软件配置，供其他大型水闸工程实现“无人值班，少人值守”的管理方式借鉴。关键词：49孔浅孔闸计算机监控闸门监控视频监视安全监测临淮岗工程临淮岗洪水控制工程位于淮河干流中游正阳关以上28km处的霍邱县临淮岗镇，是淮干正阳关以下的淮北平原及沿淮工矿城市的重要保护屏障。49孔浅孔闸作为其中最重要的分项工程之一，对整个枢纽工程的行（蓄）洪起着举足轻重的作用。本工程共49孔，闸室总宽约700m，每一闸孔设置上、下两扇闸门，每扇闸门配置1台卷扬式启闭机。1计算机监控系统监控目标鉴于本工程的运行特点及安全需要，计算机监控系统的监控目标主要包括：①98扇闸门启闭机现地及远方监控，闸门开度及荷重的现地和远方监测；②闸底板27个扬压力观测点、岸翼墙10个扬压力观测点及上下游水位监测；③上下游河道、公路桥、启闭机房、柴油发电机房及配电室的视频监视；④柴油发电机组的远方监控；⑤变电所高、低压侧和闸门电机控制回路电气参数现地及远方监测；⑥与管理处调度中心联网，并能在调度中心实现对浅孔闸的实时监控。要实现上述监控目标，该系统必须具有数据采集与处理、实时监视、事故预告和报警、目标控制、保护及调节、数据通信与系统管理等功能。2计算机监控系统设计2.1计算机监控系统结构鉴于工程的监控目标及功能要求，并考虑到工程在防汛期间对系统的可靠性要求较高，确定49孔浅孔闸闸门监控系统采用分层分布开放式结构，通信网络采用基于TCP/IP协议的具有冗余功能的环形以太网；视频监视系统采用星形物理拓扑结构；安全监测系统采用现场总线方式。本工程计算机监控系统网络结构如图1所示。2.2计算机监控系统配置本工程计算机监控系统由主控级和现地控制级（LCU）构成。主控级要求不仅能迅速、可靠地完成对各闸门的安全监视和控制，而且能完成对整个系统的运行管理，包括历史数据存档、检索，运行报表生成及打印，对外通信管理等。因此，主控级设两台冗余操作员/工程师站、通讯工作站、多媒体工作站、网络打印机及UPS电源等。现地LCU要求能在现地完成对闸门的控制、操作显示及与主控级通信，故控制级设置以PLC为核心的现地控制屏。2.2.1主控级（1）操作员/工程师站。操作员/工程师站采用2台美国产ICS高性能工控机，该工控机具有完善的自诊断功能、高可靠性和很强的抗干扰能力，其MTBF＞50000h。为实现互为热备用的要求，2台工控机通过0号光端机连接在环形以太网上，当正在工作的主机发生死机或其它故障时，自动切换到另一台工控机。（2）通讯工作站。通信工作站采用HPXE320作为整个网络系统通讯服务的中枢，该主机以TCP/IP协议通过环形以太网与现地13台LCU柜相联，同时通过Modem与水情测报系统及临淮岗洪水控制工程管理处实现联网。（3）网络打印机。为实时打印生产报表，并在系统发生故障时打印故障类型，配置一台型号为HPLJ—5100LEA3以太网网络打印机。（4）多媒体工作站。多媒体工作站主要用于对建筑物、监控系统及变电所等的运行情况给出音、视频信号。因此，根据监控目标的数量及类型选用DSL-DX09C型多媒体硬盘录像主机，该型主机不仅能进行画面分割显示，用硬盘实现连续录像，高清晰回放，而且可控制云台镜头，并具有网络视频服务器的功能，是集硬盘数码录像机、视频矩阵、画面分割器、云台镜头控制器、视频服务器和视频报警主机于一体的设备，可根据需要进行模块化组合。（5）不间断电源UPS。为防止突然断电造成数据丢失，在主控级设一台型号为APCSMART3000在线式UPS电源，其放电时间不小于1h，确保数据安全。2.2.2现地控制级现地控制级应具有很强的独立性，当主控级发生故障或临淮岗洪水控制工程49孔浅孔闸计算机监控系统设计2004年第6期·57·通信网络事故时，可通过现地控制级实现对闸门的启闭和监测，并保存重要的数据。本工程现地控制级由闸门开度传感器；闸门荷重传感器及控制屏（PLC、Magelis触摸屏、闸门开度及荷重一体化显示仪集成）等构成，其中PLC为现地控制级的核心。PLC采用施耐德Premium，该产品为模块化结构，能在恶劣环境条件下长时间可靠地工作，具有完善的自诊断和自保护功能，其具体配置如下：①CPU模块。CPU模块为TSXP57203M，内存32K，扫描速度0.17ms/K字，在CPU模块上插有32K的内存扩展卡和一个RS-485专用通信卡；②I/O模块。I/O模块配置64点及32点数字量输入模块各1个、64点数字量输出模块1个、16通道模拟量输入模块2个；③专用RS-485通信口。使用RS-485作为物理接口支持的SCP114卡，采用普通双绞线与现地动力柜内的带RS-485通信接口的电力智能监测表计连接，通过环形光纤以太网上传至主控级，为实现远方监控提供依据。图149孔浅孔闸计算机监控系统网络结构图2.3视频监视系统视频监视系统主要用于监视水闸上下游河道洪水及公路桥状况、启闭机房内设备、南桥头堡柴油发电机组及高低压配电柜运行状况，该系统主要由9台一体化摄像仪及1台监控主机（由多媒体工作站兼）组成。其中上、下游侧分别设置2台SD5TAC—PG型一体化摄像机监视上下游水面漂浮物及公路桥交通情况，当有可能危及水闸安全的情况出现时，系统发出音频及视频报警；启闭机房设置3台摄像仪监视启闭机房内各设备运行状态；柴油发电机房和高、低压配电室各设1台摄像仪监视设备运行情况。监控主机与摄像仪间采用同轴电缆进行数据通信，视频数据采用MPEG-2格式。2.4安全监测系统本工程共布置了37个扬压力安全监测点，采用智能分布式大坝安全监测系统，该系统由数据采集单元、监控主机（由主控级的操作员/工程师站兼）及通信设施等构成，其数据采集单元布置在监测点附近，按监控主机的命令或设定的时间进行自动测量，并转换为数字量，向监控主机传送所测数据，而监控主机则根据一定的模型对实测数据进行检验和在线监控，并使经过检验的数据入库，对存储的数据进行处理和分析后向各级主管部门传送数据。该系统数据采集单元采用3台16通道模块，数据采集单元之间采用RS-485现场总线方式。3软件根据本工程网络特点及工作人员的操作习惯，系统软件选用WindowsNT操作系统；鉴于系统要实现生产过程监测、操作和控制等功能，设计时采用了在工业领域应用较为广泛的InTouch7.11作为开发平台，实现各过程控制的应用软件均在此平台上开发。4实施效果目前，49孔浅孔闸工程已经通过了竣工初验，并在2004年汛期安全运行，实现了大型水闸的“无人值班，少人值守”的现代化管理方式。