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1、计算机及视频监控系统在芦苞水闸的应用摘要：芦苞水闸计算机监控系统采用分布开放式系统结构，按照“无人值班、少人值 守”的原则设计。通过计算机及视频监控系统，实现了闸门、配电系统的远方控制和数据采 集记录，水闸工程范围的视频监控，并将监控数据及视频上传至北江大堤计算机监控中心。 芦苞水闸计算机及视频监控系统的建成和运用减轻了运行管理人员的劳动强度，地提高了工 程运行管理水平。关键词：芦苞水闸 PLC 计算机监控 视频监控 数据采集1.工程概况芦苞水闸于 20074 月建成投入运行使用，位于北江下游左岸佛山市三水区芦苞镇芦苞 涌入口处。洪水期，芦苞水闸为北江承担分洪任务，设计分洪流量1200m3/s
2、,以减轻北江大 堤及北江下游的防洪压力；平水期，水闸向芦苞涌内引水，为农田灌溉和改善环境创造有利 条件。水闸按百年一遇洪水位13.24m设计，布置4孔潜孔式闸孔，工作门为平面滑动钢闸 门，不设检修闸门及门槽。启闭机采用液压启闭机， 4台液压启闭机各配置1 座泵站，每座 泵站配2 台液压泵（完全备用）。水闸南端设有配电房及二次设备室，配电房内设变压器室、 高压开关柜室、低压配电室和柴油发电机室；二次设备室设有配电LCU屏、直流屏、UPS及 电池柜等设备。中控室位于水闸南端二楼，设有工作站、服务器、视频监控及网络设备等。2.系统结构2.1 计算机监控系统采用分层分布式的计算机监控系统，由现场控制层
3、和监控层两部分组成。闸室现场控 制层设备通过用光纤以太网与中控室工业交换机连接，配电LCU使用双绞线与中控室交换机 直接连接。监控层设备布置于中控室，配置有设置一主一备的2 台操作工作站、数据服务器、 GPS 时钟以及网络打印机等设备。（详见计算机监控系统框图）。配电房现地层接液压缸编码器接液压系统接多功能电度表接液压缸编码器接液压系统接多功能电度接液压缸编码器接液压系统接多功能电度 表接液压缸编码器接液压系统接多功能电度表 接水工安全监测机械格雷码 上下游水位计及变压器控制番 低压配电-高压环网柜计算机监控系统框图2.2 视频监控系统水闸上、下游及闸室区摄像机视频信号通过一对光端机接入视频分
4、配器，配电房及中控 室视频信号直接接入视频分配器。视频分配器输出三组视频信号分别用于录像、图像监示及 图像上传。（详见视频监控系统框图）。配电房中控室等离子屏控制键盘视频监控系统框图3.系统配置与功能3.1 现场控制层现场控制层闸门LCU、配电LCU及水工安全监控LCU等设备组成。每扇闸门由一个LCU 屏进行独立控制，每套闸门 LCU 配 1块触摸屏，用于现地控制、运行参数设置及启闭设备实 时工况监视；每个闸门LCU旁设1个常规控制柜，该控制柜可在PLC发生故障时独立运行， 使用现地手动方式对完成对闸门的启闭操作。配电 LCU 放置在二次设备室，通过配电 LCU 对高压开关柜、低压配电柜、变压
5、器进行控制和监视。闸门 LCU水闸采用液压启闭机进行闸门启闭操作，配备两台油泵（互为备用），使用比例阀控制 纠偏，设备控制较一般卷扬机复杂。闸门 LCU 需采集液压系统油泵压力、液压缸有杆腔、无 杆腔压力、液压油温度、电流、电压及液压缸编码器开度等数据；控制软启动器、旁路接触 器、电磁阀、放大板等设备，控制及数据采集点较多。闸门LCU选用GE90-30 PLC，选用374CPU, 每套PLC配置有DI、DO、Al、AO、PCM、HSC等模块。模块功能如下：I用于系统的数字 量输入采集，如：控制系统电气设备工作状态、油位状态（过高/低）、油泵碟阀状态、闸门 极限工作位置、电动机过载等信号。VI模
6、块用于模拟量输入采集（4-20mA）,女口：液压系 统压力、油温。DO模块用于继电器输出，用来控制系统设备的运行。AO模块用于模拟 量输出（0T0V）,控制液压系统放大板驱动比例阀工作。PCM模块与多功能电度表使用 modbus RTU 通讯协议连接，采集系统电气参数，如：电流、电压、功率等。其中 4闸门 LCU 另与水工安全监测系统系统使用 modbus RTU 通讯协议连接，采集渗压计、引张线、三 向测缝计、静力水准仪等仪器读数并上传至监控层。HSC模块用于采集集成在液压缸上的 CIMS MKII 编码器输出的液压杆行程脉冲编码信号，通过程序对闸门两侧液压杆行程运算 比较，当发现闸门两侧开
7、度超过允许偏差时，改变AO输出至放大板电压，控制液压缸运行 保持同步，保证闸门两端开度差在允许范围内，防止闸门倾斜发生卡阻。每套闸门 LCU 均配 有一块12寸触摸屏，触摸屏直接使用以太网与PLC的CPU连接，可方便地进行现场设备操 作、状态监视及系统运行参数设置。闸门的控制方式有：1.现地手动控制、2现地自动控制、3计算机集中控制3种控制 方式。控制操作级别：现地手动控制现地自动控制计算机集中控制。在计算机监控系统 正常情况下，运行监控通过计算机监控系统集中控制来实现。在计算机监控系统或网络故障 的情况下，可将闸门LCU上的“现地/远程”开关切换至现地操作位置，使用闸门LCU的触 摸屏进行现
8、地操作。当闸门 LCU 设备出现故障情况时，可通将常规控制柜的“自动/手动” 开关切换至手动操作位置，进行现地手动控制操作。配电 LCU水闸配电系统包括 6 个高压环网柜、6 个低压配电柜、2 台干式变压器及一台柴油发电 机。配电LCU选用GE90-30 PLC,选用374CPU，每套PLC配置有DI、DO、AI及PCM模块。 模块功能如下：DI用于系统数字量输入采集，如：系统设备工作状态及断路器分合闸状 态以及水闸上、下游机械格雷码水位计输出的水位编码信号，通过程序将其转换为上、下游 水位。AI模块用于模拟量输入采集，通过电流（电压）变送器，采集低压I段及II段母 线电流和电压。DO模块用于
9、继电器输出，控制配电系统低压进线及联络断路器的合（分） 闸。PCM模块与高压配电FTU使用modbus RTU通讯协议连接，采集高压电气参数；但对 高压配电设备不控制操作。3.2 监控层监控层设备布置于中控室，配置有设置一主一备的2台DELL操作工作站及数据服务器。 工作站、服务器接收 GPS 时钟脉冲对时信号，保持系统时钟同步。工作站采用操作系统为 WINDOWS XP，运行Cimplicity组态软件，数据库选用微软公司的关系型数据库SQLSERVER， 通过东土电信KIEN9000工业以太网交换机与闸门LCU及配电LCU连接，完成远方监控与 数据采集记录以及数据查询、打印功能。数据服务器
10、操作系统为WINDOWS 2000 SERVER数 据库为微软公司的关系型数据库SQLSERVER，用于历史数据贮存、查询以及数据上传。数据采集与处理功能 系统对水闸上下游水位、闸门开度、液压系统、高低电气运行参数、越限报警等进行 周期采集，对事故信号、开关量信号以中断方式迅速响应。系统对采集到的各种数据、进行 必要处理，生成水位过程线、运行操作记录表、水闸位移、沉降及渗压变化曲线等，建立本 地数据库（监控主机上）和历史数据库（数据库服务器上），并将实时监测数据上传计算机监 控中心。控制功能 自动控制：系统能根据给定指令完成开、关闸及配电系统操作控制。指令执行前会对 系统参数状态进行检测，只有
11、当所有运行参数都满足要求时，才发出指令。可根据运行要求 实现闸门单台及成组控制。急停控制：系统在运行中遇到程序中设定故障情况，立即触发自动紧急停机，隔离故 障设备，保障人员及设备安全。系统另手动急停操作功能，当系统中运行过程中出现意外情 况，但系统仍继续运行时，此时操作人员可远程发送急停指令，终止设备运行。运行监视和事故报警显示模拟闸门运行过程，实时显示运行过程电气及液压系统参数，操作过程中语音同 步提示，并能监视闸门启闭控制流程执行情况。发现异常情况，及时推出报警窗口、报警语 音提示，显示报警原因，等待运行管理人员确认处理。运行参数维护、修改能在线查询及修改闸门启闭运行参数，具有各种整定值、
12、限值设定功能，防止输入超 限及非法运行参数。生产管理能对各设备的运行情况进行统计记录，并能自动生成各类报表、日志，并打印存档。3.3 视频监控 视频监控系统包括：摄像机、硬盘录像机、光端机、矩阵、操作键盘及监视器等设备， 实现对水闸工程区的视频录像、监示及视频编码压缩上传。监视部位能通过控制摄像机对水闸工程上下游侧、启闭机室、变电房、中控室等部位及关键设 备的运行状态进行全方位、多角度监视。报警联动功能系统能根据红外报警装置发出报警信息，及时自动地将摄像机的镜头对准其现场，对 报警点按预定设置进行现场录像。录像及回放系统可将视频图像实时压缩为数字格式（MPG4 ）存储于大容量的硬盘上，并能调出录像资料备份和录像查看。4.结束语芦苞水闸计算机及视频监控系统运行1 年多来，设备运行稳定可靠，实现了“无人值班、 少人值守”的设计要求，减轻了运行管理人员的劳动强度，提高水闸控制的安全性、可靠性， 充分发挥工程效益，促进了工程管理的现代化。参考文献：1 胡洪波. 飞来峡水利枢纽泄水闸计算机监控系统.小水电.2003.022 仲兆峰 .徐其迎等 . 计算机监控系统在峡口水闸中的应用 .自动化技术与应 用.2003.053 王一球，曹宝华. 计算机监控与视频监视系统在二河闸的应用.中国水利水电市场 2008.054 冯冬芹，黄文君等.工业通信网络与系统集成.北京：科学出版社， 2005
