1 概況
西江大堤（鶴山段）位于珠江三角洲西北部，西江下游右岸，大堤從鶴山市古勞鎮(zhèn)石巖頭山腳開始至沙坪鎮(zhèn)杰州圍與江門市天河圍交界止，全長(zhǎng)16.35公里。西江大堤為2級(jí)堤防，是鶴山市最重要的堤防工程。鶴山西江大堤沿堤有7宗主要小型涵閘，為了提高現(xiàn)代化管理水平，減少運(yùn)行管理人員，選取沿線兩宗主要的排水涵閘新竇和紙廠排水涵進(jìn)行自動(dòng)化改造，結(jié)合視頻監(jiān)控系統(tǒng)傳回的2處閘門的實(shí)時(shí)圖像，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班遠(yuǎn)程運(yùn)行及監(jiān)視。
2 系統(tǒng)組成
系統(tǒng)由現(xiàn)地控制單元、網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)和管理樓控制中心上位機(jī)組成。現(xiàn)地控制單元包括PLC控制柜、水位監(jiān)測(cè)單元、視頻監(jiān)視單元組成；網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)分為無(wú)線傳輸和光纜有線傳輸?shù)葍刹糠纸M成混合以太網(wǎng)絡(luò)；管理樓控制中心由一臺(tái)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)運(yùn)行閘門遠(yuǎn)程控制、運(yùn)行日志、水位采集等軟件組成遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)。
本系統(tǒng)通過(guò)以太網(wǎng)絡(luò)方式在西江大堤管理樓控制中心實(shí)現(xiàn)對(duì)西江上游2.5km的新竇閘門和下游7.5km的紙廠閘門進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，在管理樓控制中心的上位控制計(jì)算機(jī)上執(zhí)行對(duì)兩處閘門的上升、下降、停止操作，并實(shí)時(shí)返回閘門的運(yùn)行狀態(tài)，響應(yīng)故障報(bào)警信號(hào)于遠(yuǎn)程監(jiān)控人員，結(jié)合視頻實(shí)時(shí)圖像直觀顯示閘門工況，遠(yuǎn)程操控就像現(xiàn)地操作一樣。
2.1 現(xiàn)地控制單元
現(xiàn)地控制單元由PLC控制柜執(zhí)行上位機(jī)下達(dá)的控制命令完成相應(yīng)的閘門動(dòng)作，并反饋閘門運(yùn)行狀態(tài)信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)返回給上位機(jī)系統(tǒng)，同時(shí)執(zhí)行閘門運(yùn)行的邏輯閉鎖。采用性能可靠的三菱FX2N系列PLC和施耐德繼電器等元器件。通過(guò)行程開關(guān)反饋的限位信息由PLC控制開關(guān)閘回路。
閘門西江側(cè)通過(guò)一根Φ250mm的鋼管安裝浮子式水位計(jì)采集西江水位，以格雷碼數(shù)據(jù)格式與PLC通訊采集水位。在啟閉機(jī)室底部正對(duì)閘門處安裝一套球型攝像機(jī)，控制球型云臺(tái)實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)鏡頭的水平0-360o垂直0-90o旋轉(zhuǎn)以及鏡頭的變倍聚焦，獲得閘門全方位圖像，滿足不同角度和不同部位的細(xì)部監(jiān)視要求。球型云臺(tái)選用國(guó)產(chǎn)高性能品牌YAAN，攝像機(jī)選用晝夜型22倍變焦的三星攝像機(jī)。
2.2 網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)
所選的2處閘門距離管理樓分別有2.5km和7.5km，突破了雙絞線以太網(wǎng)的傳輸距離，所以網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)采用無(wú)線或光纜。新竇閘門距離管理樓直線距離2.5km沿途基本上順著堤頂公路，利用移動(dòng)公司的通訊線桿架設(shè)專用光纜。紙廠閘門距離管理樓的直線距離7.5km，中間穿過(guò)沙坪河，沿途還有2個(gè)村莊，架設(shè)光纜比較困難，成本較高。通過(guò)觀測(cè)周圍地形，管理樓與紙廠閘門中間地勢(shì)比較平坦，非常適宜于安裝無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。經(jīng)比較選用以色列奧維通的BreezeNet無(wú)線網(wǎng)橋產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)兩處11M帶寬的無(wú)線以太網(wǎng)絡(luò)。
2.3 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)
位于管理樓控制中心的上位計(jì)算機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的中樞，由一臺(tái)運(yùn)行閘門遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件的上位控制主機(jī)、一臺(tái)視頻控制主機(jī)、水位顯示屏及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等組成。采用組態(tài)軟件開發(fā)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)軟件通過(guò)以太網(wǎng)絡(luò)與位于兩處閘門的PLC通訊。上位機(jī)選用基于P4級(jí)CPU的高性能工業(yè)型控制主機(jī)，保證長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠運(yùn)行。操作人員通過(guò)上位機(jī)發(fā)送控制閘門的命令，由遠(yuǎn)程PLC接受命令滿足條件時(shí)執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作，PLC采集閘門狀態(tài)信息和工況通過(guò)網(wǎng)絡(luò)返回到上位機(jī)，限位閉鎖等信號(hào)和PLC邏輯鏈路控制有機(jī)結(jié)合，進(jìn)行現(xiàn)地保護(hù)。監(jiān)控軟件由閘門控制、運(yùn)行日志、水位顯示、電源控制、故障報(bào)警等部分組成。視頻控制主機(jī)管理、控制位于閘門現(xiàn)地的球型攝像機(jī)，具有網(wǎng)絡(luò)瀏覽操控視頻、視頻錄象回放等功能。水位顯示屏動(dòng)態(tài)顯示西江大堤鶴山段的3處典型水位，直觀了解西江的水位。
3 系統(tǒng)特點(diǎn)
本系統(tǒng)在傳統(tǒng)的閘門手工運(yùn)行的基礎(chǔ)上通過(guò)自動(dòng)化改造，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)以及視頻監(jiān)控等技術(shù)實(shí)現(xiàn)閘門遠(yuǎn)程控制，其特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
3.1 遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控
兩處閘門相距控制中心較遠(yuǎn)，突破了視頻電纜傳輸模擬視頻信號(hào)的極限距離，故不能采用傳統(tǒng)的DVR技術(shù)。我們根據(jù)建立的以太網(wǎng)絡(luò)傳輸通道，建立了基于以太網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)。采用進(jìn)口的Smartsight視頻服務(wù)器把現(xiàn)地球型攝像機(jī)的模擬視頻信號(hào)通過(guò)MPEG4編碼數(shù)字化，通過(guò)以太網(wǎng)絡(luò)傳到控制中心視頻服務(wù)主機(jī)上，通過(guò)軟件方式實(shí)現(xiàn)數(shù)字圖象監(jiān)控。
3.2 控制直觀
閘門的運(yùn)行情況通過(guò)安裝在閘門頂?shù)臄z像機(jī)實(shí)時(shí)傳回管理樓控制中心，在控制中心的視頻監(jiān)控主機(jī)上通過(guò)控制球型云臺(tái)實(shí)現(xiàn)全方位多視角的監(jiān)視，能獲得閘門全景，也能獲得閘門的細(xì)部圖像，對(duì)閘門控制仿佛“身臨其境”，而且還能看到在現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法看到的細(xì)部特征。在閘門遠(yuǎn)程控制主機(jī)上發(fā)出閘門升降動(dòng)作的命令后，可以在視頻主機(jī)上看到閘門的整個(gè)動(dòng)作過(guò)程。
3.3 混合網(wǎng)絡(luò)傳輸
針對(duì)不同的物理位置分布，選擇合理經(jīng)濟(jì)的網(wǎng)絡(luò)傳輸方式，為閘門遠(yuǎn)程控制提供傳輸通道，同時(shí)保證傳輸?shù)目煽啃院统渥愕木W(wǎng)絡(luò)帶寬要求。
3.4 電源遠(yuǎn)程控制
西江大堤的沿線閘門為排水閘，平時(shí)西江水位低于內(nèi)河水位，均為自流排水，閘門常開，只在汛期西江水位高時(shí)關(guān)閉閘門。故閘門運(yùn)行次數(shù)較少，設(shè)備無(wú)需長(zhǎng)期供電，我們?cè)O(shè)計(jì)了電源遠(yuǎn)程控制，只要保證網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和PLC供電，其他設(shè)備的供電均由上位機(jī)遠(yuǎn)程控制PLC投入電源，保證各設(shè)備的使用壽命和安全。
3.5 無(wú)人值班運(yùn)行
針對(duì)西江沿線排水閘運(yùn)行次數(shù)較少、分布散的特點(diǎn)，在自動(dòng)化遠(yuǎn)程監(jiān)控的技術(shù)上，通過(guò)水位監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)圖像傳輸、電源遠(yuǎn)程控制等現(xiàn)代化手段，實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值守運(yùn)行。
4 結(jié)語(yǔ)
新竇閘門和紙廠閘門實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制系統(tǒng)后，達(dá)到了無(wú)人值班的目的。沿江3處水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)時(shí)水位分別顯示在監(jiān)控軟件和壁掛水位計(jì)上，直觀地反映西江鶴山段的江面水位情況，便于決定何時(shí)開閘排水?？刂七h(yuǎn)程監(jiān)控軟件啟動(dòng)閘門動(dòng)作時(shí)，結(jié)合安裝在閘門處的攝像機(jī)傳回的圖像及時(shí)了解閘門工況，確保了閘門無(wú)人值班安全運(yùn)行。該兩處典型閘門遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的成功運(yùn)用，為西江大堤沿線其他幾宗閘涵的自動(dòng)化遠(yuǎn)程監(jiān)控提供了經(jīng)驗(yàn)和應(yīng)用實(shí)例，為全面應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。
作者單位：水利部農(nóng)村電氣化研究所
（轉(zhuǎn)載）
