闸门综合自动化群控系统设计与实现

闸门综合自动化群控系统设计与实现

罗林郑涌郑玉粦

广州南珠电控技术有限公司广州510610

摘要：闸门综合自动化群控系统，采用新型涉及水库等水利设施技术领域，根据需要设置闸门开度控制模块内的执行条件，自动控制闸门的开度，实现了闸门开度的实时控制，节省了人力资源、降低了工作人员的劳动强度、并提高了闸门开度控制的准确性。

关键词：闸门综合自动化群控系统；格雷码；Modbus；闸门开度

Thedesignandimplementationofcontrolsystemofsluiceintegratedautomation

ZHENGYu-lin

（GuangzhouNanzhuelectronicTechnologyCo.，Ltd.，guangzhou510610，P.R.China）

Abstract：Sluiceintegratedautomationcontrolsystem，themodelrelatestothereservoirsandotherwaterconservancyfacilitiestechnicalfield，accordingtoneedtosetthegateopeningdegreecontrolmoduleintheexecutionconditions，automaticcontrolgateopeningtoachievethefloodgatesopenreal-timecontrolandsavethepeopleresources，reducethelaborintensityofstaff，andimprovethegateopeningdegreecontrolaccuracy。

Keywords：Sluiceintegratedautomationcontrolsystem;Graycode;Modbus;Gateopening

0引言

在水利工程中，闸门是水利建筑物的重要组成部分之一，它可以根据需要来封闭建筑物的孔口，也可全部或局部开启孔口，用于调节上下游水位和流量，从而获得防洪、灌溉、供水、发电、通航、过木过筏等效益。现有的闸门开度大小控制是通过人工控制的，即先通过传感器采集的降水量、水库水位等水文信息，然后工作人员综合传感器采集的各项水文信息，根据经验，调节闸门的开度。通过人工调节闸门的开度，不够准确，比较难做到实时调控，并且需要人工日夜不间断地监控各项水文信息，耗费人力。

闸门综合自动化群控系统主要是通过计算机系统控制闸门上、下游水位、闸门荷重、闸门启闭状态与开度、图像信息自动化采集与传输，达到能够在监控中心远程控制闸门启闭以及闸门自动控制和系统联动；通过实时图像可以直观了解闸门的运行工况以及周边环境。

闸门综合自动化群控系统主要用于水电厂、水库、河道、供水渠的闸门控制。被控闸门可以是平板门、弧型门、液压门或快速门。制动方式可以是卷扬方式自动化、液压方式或螺杆方式。系统由闸位传感器、现场控制单元、信号传送线缆及中心控制站组成。可以根据用户要求和系统特点在现地单控、群控，也可在异地远程遥控。系统采用高可靠性的硬件设备和工业控制专用组态软件平台，具有可靠性高、操作简单之优点，为防止误动作和误操作，一般地，系统应具有连锁控制，中心站操作具有操作等级设置及操作自动记录备查。该监控系统一般采用分布控制，信号传输采用光缆或其它避雷性能良好的传输方式，使系统远方控制可达数公里以外，系统同时具有现场图像监视功能，使用安全可靠。

1系统体系结构

闸门综合自动化群控系统的各部分网络架构如下：

图1-1闸门综合自动化群控系统网络架构示意图

图1-2是闸门综合自动化群控系统闸门控制上位机软件的总图。通过总图能够大体上识别整个闸群的分布情况，并且及时掌握每个闸门最新、最主要的数据。通过导航按钮可以切换到具体的每个闸门画面。

图1-2闸门综合自动化群控系统总图

①闸门综合自动化监控信息系统

闸门作为水利系统基层的工程之一在水利过程中扮演了重要角色，除了满足水利部门的用水需求外，在保护工农业生产和环境保护等诸多方面都发挥了巨大的积极作用。为了进一步发挥水电站的综合利用效应，提高调度管理的决策水平，研究建设以综合自动化监控信息系统为基础的闸门综合群控系统，为水利工程的自动化建设提供了坚实的理论基础。闸门综合自动化监控信息系统是一个跨流域、跨地区的大型分布式系统，该系统具有软硬件环境复杂、多种网络协议共存、共享多种数据资源、一致的用户界面、易于和其它系统互联、足够的开放性等特点。

②闸门优化调度系统

闸门优化调度主要内容是当洪水来临时在确保闸门安全的条件下，为用水提供最优的支持，制定调度计划。利用计算机水文遥测系统提供的水文资料和坝体渗压自动监测系统关于堤坝的安全参数作为闸门调度的决策依据。

③图像监控系统

闭路电视监视系统是采用先进的电子科技手段，对远端场景进行传感成像、信号传输、集中监视、图像记录以及联动控制的安全技术防范和管理系统。“前端一体化、视频数字化、监控网络化、系统集成化”是视频监控系统公认的发展方向，而数字化是网络化的前提，网络化又是系统集成化的基础，所以，视频监控发展的最大两个特点就是数字化和网络化。计算机数字监视系统是监控报警业界的新型产品，它采用视频图像数字化压缩记录的形式，采用高档的工业控制微机、PC工作站机或者PC服务器，增加摄像机图像输入路数，提高多画面图像的显示速率、增加对云台和镜头的控制等功能，配之以良好的人机交互界面，便构成了以计算机为核心的数字式监视报警系统，一般，系统应具有视频动态分布功能、多画面显示功能、图像字符叠加功能、视频报警功能、智能图像检测功能、可通过局域网进行远程录像查询、回放参数设置与实时监控、可程序控制录像时间表、可自动循环录像、捕获静态画面、储存、回放剪辑处理方便、自诊断功能和可靠性及可扩性。

④办公自动化系统

根据闸门各办公室职能分配其各自权限，在闸门信息化信息系统中对共享的数据分别进行查询。并通过局域网络共享系统外设资源，如打印机、扫描仪、数字化仪等，实现文件共享服务、FTP文件传输服务、Email电子信箱服务、网络信息发布、局域网通讯服务等，可按信息化建设进程分步实现财务电算化、人事劳资管理、物资管理、公文流转、财务电算化等。

⑤Web综合信息发布系统

闸门信息化系统中各子系统之间相互独立，又有信息相关性，通过设立一个中心数据库服务器，把各子系统中的信息经过整理、提炼、挖掘后存放到数据库中，减少了信息冗余度，并提高了信息的可靠性和科学性。用基于JAVA技术开发Web综合信息发布系统，根据各子系统的数据组织成相应的Web页面发布信息，由静态和动态页面两部分组成。静态页面是一些不变的信息，如工程概况、建筑物布置图、系统构成图等，动态页面即把服务器中存放的数据按照业务逻辑组织，以数据表格、图形的方式显示，达到实时、直观的效果。其中，Web综合信息发布系统由闸门工程概况、主要建筑物仪器设备图片、闸门安全监测仪器分布图、闸门安全监测数据日报表、闸门安全监测数据月报表、闸门安全监测各测点空隙水压力计水位过程线、坝体内部水位浸润线、闸门气象数据、降雨量分布和降雨量过程线、闸门报表和水位过程线、闸门电气主接线图、闸门系统配置图、闸门事件记录、闸门监控报表查询和图像监控浏览构成。

2系统核心技术

该系统的主要创新点有：

①采用新型的闸门控制装置，由用于接收水位采集装置的水位信息输入模块、用于根据雨量信息输入模块接收的雨量信息和水位信息输入模块、用于接收的水位信息产生控制闸门开度的闸门开度控制模块等构成。通过雨量信息输入模块的雨量信息输出端与闸门开度控制模块的雨量信息输入端连接，以及水位信息输入模块的水位信息输出端与闸门开度控制模块的水位信息输入端的连接，实现针对需要设置闸门开度的控制条件进行的自动控制闸门开度和闸门开度的实时控制，提升闸门开度控制的准确性；

②使用格雷码格式，将水位信息转换为十六进制的水位信息，避免现有技术人工计算的

错误，并提高控制闸门开度的响应速度；

③通过水位跳变监测，提高闸门控制装置的控制准确性；

④采用移动读取设备读取水文信息，提升闸门控制装置信息传输的便利性和实用性；

⑤使用Modbus协议实现控制器相互之间、控制器经由网络（例如以太网）和其它设备之间的通信；

⑥通过TCP/IP协议的第一协议转换，实现现有技术普遍使用的以太网络兼容，便捷的将各种水文数据传输到远程终端内。

3系统实现

闸门综合自动化群控系统具有良好的开放性和可拓展性，完善的故障诊断功能、以及视频现场环境浏览、网络电话、系统结构模块化、操作维护简单、系统还具备日常报表处理及闸门工况信息查询等功能，以及远程浏览监控等功能。同时可实现多站点光纤环网、星型连接及多站点无线媒介进行数据采集及控制等。闸门控制部分上位机采用先进的ifix组态软件平台开发，水雨情采集软件、WEB综合信息平台、安全监测系统等采用c#开发，数据库则使用微软MSSERVER2008。

最终实现如下：

1）数据库管理，在线或离线计算功能，各种图表、曲线的生成，事故、故障信号的分析处理。运行值守人员通过主机LCD的图形化画面，进行运行监视、控制和数据库报表管理等。能在中控制室主机上直接控制水闸开、关、停和辅机的操控。图2-1是水位曲线图，可根据监测到的水位值高低点，结合视频实时监视，决定是否开闸或者关闸。对于平板闸，水位太高，水压过大，强行开闸，有可能会给闸门本身造成严重破坏，所以对于当前水位值的监测尤为重要。

图2-1水位走势曲线图

2）监控画面能显示运行监视图、操作结线图等各种画面，以及趋势曲线，各种一览表、测点索引等，定时刷新画面上的设备状况和运行数据，使运行人员可清晰地监视运作过程的运行状态、操作状态过程和报警信息。

3）本操作系统收集的系统参数，主要包括：船闸的运行开度、油缸行程、即时运行速度；泄水闸的运行开度、油缸行程、即时运行速度；上下闸首、航道内水位；油泵、蝶阀、冲淤电机等设备参数、状态；廊道、阀井排水泵参数、状态。

4）运行值守人员通过触摸屏的图形化画面，进行机组的运行监视、控制。下位机LCU能够接受中控制室主机上直接控制水闸起停和辅机设备的监控。手动控制与自动控制相结合，均可通过触摸屏进行操作。触摸屏画面能显示运行监视图、控制图等各种画面，油缸行程、开度、水位等参数，以及辅助设备当前状态等，定时刷新画面上的设备状况和运行数据，使运行人员可清晰地监视当前水闸和辅机的运行状态、操作状态和报警信息。图3-1是闸门控制上位机画面截图之一。

图3-1闸门控制上位机画面

4结束语

随着当前自动化群控技术的发展，水利设施也进入了一个全新的时代。闸门综合自动化群控系统为适应信息化发展趋势，提高水库调度管理水平，实现闸门综合性自动化控制、闸门工况信息查询及远程浏览监控等功能。本系统在广州花地河南北闸，广州海珠区黄埔涌水闸工程，江门天沙河引水增流工程等多个项目中取得了良好的效果，受到了使用单位的一致好评。

闸门综合自动化群控技术的核心技术——闸门控制装置，已经获得了国家知识产权局颁发的实用新型专利证书：证书专利名称：闸门控制装置；专利号：ZL201020678537.0；

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