盐官上河闸控制系统标准化设计与实现探讨

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　　摘 要：标准是经济活动和社会发展的技术支撑，是组织生产和经营的依据，有高标准才有高质量，标准化对于水利运行管理也是必不可少的。盐官上河闸标准化控制系统是将上河闸排涝运行操作程序和动作进行分解，实现操作流程标准化、运行安全标准化、设备巡检标准化，以达到运行系统操作安全、有迹可循的目的。
　　关键词：
　　标准化控制系统;流程;运行安全
　　中图分类号：S2
　　文献标识码：A
　　DOI：10.19754/j.nyyjs.20200315020
　　导言
　　盐官上河闸工程，位于海宁市盐官镇西约1km处的沪杭公路南侧，与盐官下河站闸枢纽同样位于钱塘江强涌潮河段。
　　工程主要任务是排涝，排涝面积294km2，设计标准为遇1954年5—7月型梅雨，上塘河闸排入钱塘江涝水0.85亿m3;遇1963年9月11—13日台风暴雨，4d天可排水0.12亿m3。
　　根据《水利水电工程等级划分及洪水標准》（SL252-2000），工程为二等工程，主要建筑物为1级建筑物，次要建筑物为3级建筑物，防潮标准为100a一遇。
　　盐官上河闸于2018年3月完成竣工验收，大修完工之后该枢纽将建立全新的控制系统。新的闸站系统将排涝闸控制方式按照以计算机监控为主，简单常规控制为辅的原则进行设计。
　　计算机监控系统采用开放系统，由1套主控站工控机、1套工程师通信工作站、打印机终端、2个现地LCU单元和网络设备组成。主控制级与现地控制单元之间的通讯连接方式采用100Mbps光纤以太网。并预留通讯接口，将来可与防汛调度中心联网。
　　优异的控制系统不仅能进行良好的防洪除涝工作还能有效减轻管理人员的负担，降低运营成本，因此建设集先进性、安全性于一体的标准化控制系统非常必要。
　　1 标准化控制系统构建
　　盐官上河闸标准化控制系统由闸站自动控制、视频监控、水位监测、广播系统、巡检系统和管理中心组成。整个系统以PLC（Programmable Logic Controller）与上位机为核心，采用分层分布式管理和分散控制相结合的工作模式进行工作。
　　1.1 闸站自动控制
　　对闸门液压站、闸门启闭机、闸门开度系统等部位以及设备故障、高低压配电系统的状态量进行远程自动化实时监测及控制。
　　1.2 视频监控
　　对上游侧、下游侧、闸门区、周边环境等通过流媒体服务器方式代替传统NVR（Network Video Recorder）存储方式，实现全高清24h不间断监控。设置画面的一键切换;上游侧设置异常情况监测，在管理中心预警。
　　1.3 广播系统
　　建立先进性的广播系统，对闸站上游侧、下河侧布置远程人工语音干预预警，管理人员在管理中心发现外围有非法人员闯入，可以利用话筒对现场进行喊话。在开启时，自动播放预先设定的提示信息，实现闸门控制联动功能。
　　1.4 巡检系统
　　由移动终端、蓝牙智能模块、手机应用和管理软件平台组成。蓝牙智能模块是手机的外置设备，其工作原理是通过低功耗蓝牙向周围发送其特有的ID，手机上的应用软件可以扫描并解析出ID。相比于传统的GPS定位，蓝牙智能模块具有耗电量小、定位精准等优势。手机巡查人员进入蓝牙智能模块的覆盖范围内，形成手机端的自动应答机制，无需巡查人员多余的手动操作，即可实现信息接收，运行负责人员可以通过管理软件，实时接收巡查人员巡查的结果，特别在运行时，可以及时做出必要的应对措施。
　　1.5 管理中心
　　保证闸门液压系统关键点的实监测值通过PLC采集到管理中心，管理中心与各节点的信息交换，将建立双环网，保证管理中心与各设备信息传递的稳定性。在管理中心设置智能声光报警屏、音响，系统平台将采集的各种数据进行综合分析后，对异常或报警信息通过智能声光报警屏和音响及时报警，做到预警预报。
　　2 标准化控制系统设计
　　盐官上河闸所建设的系统众多，由运行管理人员依次操作控制系统容易造成失误，且需要技术熟练的操作工人。建立控制系统设定标准化机制，可以有效地降低操作的复杂性，有利于提高对闸门运行与设备维护进行管理的有效性，设计主要分为操作流程的标准化、闸门运行安全标准化、设备巡检标准化。
　　2.1 操作流程的标准化
　　将盐官上河闸控制系统设计流程化的布置，开闸的流程由控制系统运行完成。根据被控设备的工作条件，对整个过程提供安全保护措施和完善的闭锁。设备远程操控的每一步通过软件来保证处于某一控制步骤下其它控制命令的无效性，实现设备远程操控的步骤化，禁止超越控制，做到统一操作流程、统一操作标准。设置闸门开流程、闸门关流程、紧急停流程，实现闸门控制系统的联动操作。
　　2.1.1 开闸流程
　　开闸条件为通过PLC对开闸条件进行判定，上下水位是否超限、各设备是否正常、有无故障，且切换至远控状态。上位机系统对广播系统下发开闸前的30min预警，预警完毕将反馈给上位机系统，同时进行上位机设定巡查设备及路线，由运行人员进行移动检查，双重保证设备处于正常状态，符合开闸条件。移动巡查、预警完毕，才能执行开闸流程。开闸前通过对视频系统控制，一键切换至需要确定的检修闸、事故闸状态、上游下游工况。
　　2.1.2 关闸流程
　　水闸运行完毕，通过上位机切换，执行关闸流程，视频系统一键切换至需要确定的检修闸、事故闸状态、上游下游工况。根据流程设置依次将启闭机设备及液压站设备关闭完成。
　　2.1.3 紧急停止流程
　　遇到突发情况，将通过语音系统对运行人员进行预警提示，启动应急停机模式。结合智能故障诊断系统的诊断结果，如出现重大问题，将迅速执行故障保护动作，确保故障时不发生安全事故。 　　2.2 闸门运行安全标准化
　　2.2.1 控制系统机组运行安全
　　通过控制系统自动检测、视频系统监视、定时巡查等3个标准程序块来保证机组运行安全。
　　2.2.1.1 系统自动检测
　　闸门运行由配电系统、闸门液压站系统、闸门启闭机系统、闸门开度系统、视频系统配合完成，控制系統将实时采集各系统的数据，设定安全参数报警。一线操作人员无需到现场采集数据，在中控室即可获取所有生产数据，并自动形成报表。对所形成的数据，建立标准数据结构，数据采集与分析部分包括以下功能模块：实时数据库，实时数据库用于储存来自PLC的最新采集数据;历史数据的存档，所有收集的实时数据按类型名称、属性分类，按时序依次存档，并及时写入数据库服务器;趋势曲线，趋势曲线可以清楚的展示温度、电耗的长期变化，供调度人员与管理人员进行分析与决策。
　　2.2.1.2 视频系统监视
　　视频系统将对闸门状态、上游情况、下游放水情况等进行聚焦，实时轮询，保证运行人员对设备每个节点状态能通过视频确定其正常运行。
　　2.2.1.3 定时巡查
　　闸门运行时，将设定时间对设备、上下游工况等重点区域位置进行定点巡查。运检人员通过巡查终端，对设备运行状况进行记录。
　　2.2.2 权限
　　操作控制系统设置不同登入人员的权限，应用程序的调用、操作画面显示、事件调度、配方管理赋予权限管理。除此之外，还可限制某些关键程序的访问，如过程数据库的重装及过程数据库的写入，数据参数修正。需要工作人员通过指纹密码验证通过，才能登入操作运行，做到有迹可循。
　　3 结论
　　本文设计的标准化控制系统的架构，基于先进的CBSC（以计算机监控为主、常规设备为辅的方式）自动化监控系统将计算机技术、网络技术、云计算技术有机融合，实现对闸门标准化运行的实时监控。有利于实现闸门系统标准化运行管理，减少运行人员的技术负担，并能通过标准化控制系统，积累运行经验，使运行不断趋向于更加高效与安全。
　　参考文献
　　[1]
　　徐跃增. 闸门工程远程监控系统的设计与实践[J]. 中国科技信息，2009（01）：133-134.
　　（责任编辑 贾灿）
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