1前言

中游渠首是叶尔羌河流域重要的控制性枢纽工程，是实现引、排目标的重要控制建筑物。该工程具有规模大、重要设施繁多、管理涉及面广等特点。在科学技术日益发展的今天，为该渠首配置先进的计算机监控系统，提高该工程的科学运行管理能力，就显的尤为重要。

叶尔羌河中游渠首计算机监控系统采用了南京水利水文自动化研究所自行研制、开发的渠首计算机监控系统。该系统能够实现对渠首工程闸站及其周围的现场情况进行全方位的监视和管理，具有自动监视、自动量水、自动控制等功能，对闸站的运行情况能够做到有效的控制，以增加对突发事件的反应速度，更有效的提高工作效率。通过本系统的建设使用，能够增加该渠首的综合管理能力，为科学地全面地管理发挥重要作用。

叶尔羌河中游渠首工程共设闸门43孔，其中，泄洪闸门33孔，每孔净宽10m，闸门型式为弧形钢闸门，检修门为平板钢闸门，进水闸门共10孔，闸门型式为平面钢闸门，每孔净宽7.5m。闸室上布置有工作桥、检修桥、交通桥和启闭机闸房。

2监控系统功能设计

根据渠首的性质和作用，该设计系统具有以下功能：

（1）闸门上、下游水位与流量实时采集和常规数据处理功能；

（2）闸门启闭机电机正、反转和停机控制；

（3）故障自检功能和水位及闸门超限告警功能；

（4）防雷避雷措施及一定的抗外部干扰能力；

（5）对43孔闸门拉杆和启闭机工作现场进行监视；

（6）渠首上、下游1km范围内实现远方遥控监视；

3监控系统设计

闸门监测控系统中央控制室设在东岸，紧靠胜利渠进水闸闸房。控制中心负责系统数据采集、处理，集中监视，控制调度功能。内设大调度屏，模拟显示系统工程的布局和监视点的工况及实时数据，增加系统调控运行的直观性。

3.1闸门上、下游水位、流量实时采集

闸门上、下游水位、流量实时采集设计为独立子系统；采用连续工作方式。在渠首闸门上、下游100-200m范围内分别安装一台LBX-7型浑水流量计。该系统用485通信方式（最大传输距离1200m）传输数据。系统控制中心显示屏实时反映上、下游水位和进水闸流量情况。

3.2闸门监控子系统

系统采用一台工业控制计算机加四个现场PLC（可编程控制器）控制单元组成。四个现场PLC控制单元分设在进水闸及泄洪闸闸室内，分别对左岸3孔进水闸门，右岸7孔进水闸门，左边16孔泄洪闸门和右边17孔泄洪闸门进行测量和控制。监测采集数据包括：

（1）闸门开度：以闸门最大垂直开度均为5m计，闸门开度采集共有开关量430个。平板闸门使用闸位计测量闸门开度；弧形钢闸门使用闸位计在启闭机传动轴测量角位移再换算成闸门垂直高度。闸门开度数据以并行方式送现地监控单元。

（2）监控反馈信号：启闭机运行监控需要的反馈信号包括闸门工作电源开关状态，启闭机正反转状态，行程开关状态，负荷保护继电器状态。它们可分别从执行机构中各个位置的辅助触头上提取。

（3）电压监视：每个闸门设一组相电压监视，直接在磁力起动器送点端子上提取，共计129点。启闭机运行控制用PLC继电器输出模块配合中间继电器完成。每个闸门需设工作电源控制，停机控制，电机正反转控制。远方自控与现场手动操作可兼用。

3.3工业监视

每孔闸门的闸室内装设一台定焦彩色摄像机，监视闸门拉杆和启闭机的工作。在该系统设计中，采用日本进口的原装高分辨率的彩色摄像机WV-CP410及日本松下公司的标准自动光圈镜头WV-LA9C3。

另在闸房顶修建四个了望台，分别安装一台全方位遥控变焦彩色摄像机，用以监视闸上、下游1000m范围及闸区内的情况。配备集彩色摄像、全方位云台、防尘防潮保护罩为一体的可变焦一体化彩色摄像机，其调焦、旋转均可远方控制，有人工操纵和自动扫描监视两种工作方式。全方位摄像机通过全方位云台360o水平垂直旋转和十倍镜头聚焦、变焦及调整光圈大小等，在无遮挡的情况下可实现对监视区域总体观察和局部重点观察。通过如上的设备配置，控制中心能够通过监视器材有效的对闸站及周边地区进行有效的实时监视，了解闸站及周边地区监视范围内动态情况，真正实现集中监控和管理。

所有的视频信号通过国产优质同轴电缆传输至控制中心室。在控制中心室设置：

（1）三台十六画面分割器。每台画面分割器可同时监视十六画面，也可选单画面放大显示。用于显示来自前端43路监控点图像的画面，实现43孔闸门现场监视画面一同实时显示。

（2）一台视频矩阵切换系统。主要用于视频图像的切换和管理。

（3）一台长延时录像机，能够对重要的情景进行自动录像，使重要的场景能够进行回放，便于浏览和观看。

（4）一台网络交换机，能够使所有与该机连接的计算机均能互相显示，以使整个系统易于管理和控制。

（5）数据库服务器；图像控制主机；水位、流量监测前置机；闸门、水情工作站；闸门控制前置机，同时内插RS-485卡，使相关的具有RS-485接口的设备都能够连接同一条总线上运行，专门用于图像处理。每台机均内置网卡，使任意一台计算机所显示、控制及管理的信息，在其他计算机上都能够显示，以便控制和管理。

（6）图像处理卡。内插在图像控制主机内，进行视频信号的处理，既能够视频压缩，又能够解压缩，同时也能够将压缩的视频信号通过WAN/LAN、ISDN、DDN电话线等方式进行传输。

（7）大屏幕。主要用来显示渠首上下游水情数据、闸门监控的数据和由摄像头传回的闸门开闭的图像。

（8）监视器。专门用来显示摄像头传回的闸门开闭的图像。

（9）不间断电源(UPS)。在停电情况下仍能给比较重要的设备供电。

4.系统传输

体统中心站与四个现场监控单元的通信距离在250m以上，最大通信距离为700m。而现场施工条件不具备，本系统用485通信方式。每个MODICONTSXCOMPACT控制器通过RS-232/485转换器进行数据指令传输。

系统的传输分布于各个摄像点、报警点和监控中心之间，主要完成视频信号、控制信号的传送。在工程施工中采用结构化的布线方式。结构化布线遵循国际工业标准的设计原则，采用了标准的补线规范，开放式的体系，灵活的模块化结构，并采用了既能适用于现在又能面向未来的先进技术。因此，它能方便的扩容，变更以适应不断发展的需要，从而保证了投资的长远利益和合理性。

5系统可靠性设计

（1）系统的设备平均无故障工作时间（MTBF）为：

中心站控制机MTBF＞20000h；

现场控制设备MTBF＞40000h；

视频监视设备MTBF＞20000h；

（2）防雷安全措施

中心站电源上设置电源避雷器，其接地端与避雷器地网良好连接。电源设备具有很强的抗干扰能力。

（3）在闸门运行执行系统中设置完善的闸门继保措施。

（4）为了处置突发事件，在控制中心设置人动急停按钮，可紧急切断闸门的工作电源，防止故障的扩大。

6软件可靠性设计

软件分为中心站监控软件和PLC控制软件，PLC控制软件用梯形逻辑图编写，可根据实际情况进行多种连锁，当出现控制闸门不同步、卡滞、自动下落、越速等故障时，均能发出故障告警并立即停机。中心站监控软件当发出闸门启闭命令时，PLC采用多数表决法和数据的合理性判决数据的正确性，并返回中心站得到认可后方可进行闸门的启闭操作。

系统的操作方式多样，以保证系统的可靠运行。系统具有两种运行方式：手动与自动。操作既可在中心监控站操作，也可在现场手动操作，当在检修或意外情况下，可在现场手动操作。

由于控制软件采用PLC可编程序控制器提供的专用梯形逻辑图编写，监控软件用专用组态软件编程，使软件只可能出现容易发现的逻辑错误，不会出现不宜发现的编程错误。由于系统软件用的是专用工具软件编程，不但软件的开发周期大大缩短，而且工具软件各种的可靠性措施能有效地防止死机现象出现，大大提高了系统软件的可靠性。

现场监控单元的控制软件用组态软件编写。现场监控软件按人工指令与自动判断互校的方法设计。电机正反转控制互锁。上电、断电和电机正反转切换均设延时保护；在整个控制过程中对闸门卡滞的监视始终跟随，一旦故障发生就自动停机。

(由新疆水利水电科学研究院和新疆喀什供电分公司供稿）

作者简介

柯春光（1979-），男，汉族，新疆博乐市人，助理工程师，大学本科，农业水利工程专业毕业，主要从事水利水电工程设计工作，现在新疆水利水电科学研究院工作。