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    數據采集系統負責上下游水位、閘位、閘門位置等開關量和模擬量的采集；啟閉控制系統負責閘門升降停的控制；安全保障系統則是為了確保閘門在啟閉運行時，無論出現任何非正常工況都可以迅速地安全終止操作，保護設備安全；前臺計算機監控系統主要負責對數據的處理、分析、判斷，提供較為直觀友好的人機界面；語音報警系統除了對設備運行異常情況進行報警外，還可以在閘門啟閉前進行語音提示，對上下游起到告知作用；WEB發布系統則可以對閘門的運行工況，如水位、流量、開高、開孔數、荷重等參數進行對外發布，以供其它人員瀏覽；視頻監視系統負責采集存儲啟閉機房內外、上下游河道等重點監控點的運行情況 ，并同時具備通過IE進行遠程WEB瀏覽功能。

    其中數據采集系統、啟閉控制系統由PLC完成，安全保障系統由數字電子限位、機械限位、負載過荷、工作超時、啟閉機過流、方式閉鎖等多重保護功能組成，確保閘門運行安全可靠。計算機監控系統、語音報警系統、web發布系統由前臺監控計算機完成，視頻監視系統及遠程瀏覽可以通過硬盤錄像機來輕松實現。

5  兩種遠程監控方式比較

    5.1 通過RS485與閘位計實現

    閘門遠程集中控制可以通過閘位計來實現，如DZK-B、XDZC-100型閘門測控儀等，其本身具備閘門啟閉控制、上下限位設置、開高模擬跟蹤顯示、荷重監視等功能，但一般閘門測控儀與上位機的通訊是通過基于MODBUS RTU 485標準串行通信總線實現的，實現近地控制沒有問題，但要實現遠程控制，必須設置近地監控計算機，遠程計算機以光纖以太網為傳輸介質，通過IEC60870-5-103、IEC60870-5-104協議來啟動近地計算機進行控制，近地計算機將監控信息通過協議通訊方式反饋給遠方計算機。這種方式要求近地計算機必須長時間不間斷運行，而且現地通訊要可靠。這種方式以前在沙集節制閘應用過，通過在近地監控計算機上設置閘門開高、流量等參數，計算機通過485通訊的方式驅動DZK-B閘門測控儀對閘門進行啟閉停的控制，無須人工進行操作，從實際多次應用來看，458近地控制方式比較可靠，遠程控制沒有做過試驗。

    沙集閘站監控拓撲結構圖（RS-485）
    

    優點：投資小，可以實現近地控制，無須人工參與。

    缺點：設備MTBF無法保障，485通訊受環境傳輸距離等影響，可靠性較差，數據響應速度較慢。實際應用僅適用于近地控制，不適合遠程控制。

    5.2 通過以太網與PLC實現

    PLC作為工業控制的現場重要單元（LCU），其強大的邏輯功能、穩定性、抗干擾能力遠非計算機可以比擬。通過PLC來實現閘門的遠程監控，無論從技術上還是遠期投資上看都遠非其它設備可比。另外工業以太網的日趨成熟應用，基于MODBUS TCP/IP協議的工業以太網工控產品的不斷推出，更是極大地推動了工業領域的遠程監控革命的發展。在進行六塘河閘自動化監控設計時，就采用了以太網加PLC的組合監控方式。
    

    上下游水位、閘門開高、荷重等以4-20mA模擬量格式送至PLC，閘門位置等開關量信號同樣由PLC采集。；視頻監控采集傳輸發布由硬盤錄像機；這種控制方式遠程計算機可以通過IEC60870-5-103、IEC60870-5-104控制現地計算機完成閘門控制調度，但鑒于PLC與硬盤錄像機具備了以太網通訊接口，因此推薦遠程計算機直接控制PLC的方式更直接、更可靠。

    優點：安全可靠、自動化遠程實時監控、無人值班、無人值守、節約管理費用。

    缺點：先期投資較高，應具備以太網通訊條件。

6 閘門自動化監控測點表

7  遠程監控主要設備選擇

    7.1 以太網交換機

    從工程運行可靠性上考慮，以太網交換機建議選擇工業級以太網交換機，可靠性高、抗干擾，如CISCO、MOXA等，最好支持環網。

    7.2 PLC（可編程序控制器）

    鑒于閘門控制的測點較少，邏輯控制較為簡單，在PLC的選擇上趨于小型化、智能化產品，僅需配置必要的I/O模塊、模擬量模塊即可。如GE FANUC 的VERSAMAX，simens 的S7-200，Schneider Modicon M340都是配置以太網通訊的小型工控產品。六塘河閘加固自動化改造選擇的是VERSAMAX。

    7.3 水位計

    從產品的可靠性、技術性能上來看，雖然VEGA水位計的價格較高，但鑒于其高性能、高精度，建議選擇。

    7.4 閘位計及編碼器

    建議選擇GP-1312通用位移控制儀，與高精度HEIDENHAIN旋轉編碼器配合使用，可實現對閘門的高精細控制。支持4-20mA標準電流信號和4-8個開關量輸出。

    7.5 硬盤錄像機

    嵌入式硬盤錄像機無論從易用性、還是可靠性上來講都較PC式硬盤錄像機性能優越，可以方便地實現圖像MPEG-4格式的采集、存儲、發布。如sumsung SHR-2040P。

    7.6 攝像機

    閘門上下游可以選擇球形一體化帶紅外的彩色機，便于監視上下游廣角范圍的情況，閘門啟閉機房內則設置固定式攝像機即可。

8  遠程監控系統的應用

    閘門自動化遠程監控系統主要用于水電廠、水庫、河道、供水渠的閘門控制。被控閘門可以是平板門、弧型門、液壓門或快速門。制動方式可以是卷揚方式自動化、液壓方式或螺桿方式。系統由閘位傳感器、現場控制單元（LCU）、信號傳送線纜及中心控制站組成。可以根據用戶要求和系統特點在現地單控、群控，也可在異地遠程遙控。系統采用高可靠性的硬件設備和工業控制專用組態軟件平臺，具有可靠性高、操作簡單之優點，為防止誤動作和誤操作，一般系統應具有連鎖控制，中心站操作具有操作等級設置及操作自動記錄備查。該監控系統一般采用分布控制，信號傳輸采用光纜或其它避雷性能良好的傳輸方式，使系統遠方控制可達數公里以外，系統同時具有現場圖像監視功能，使用安全可靠。

9  結語

    閘門的遠程自動化監控設計理念已經日趨成熟，隨著工業技術的快速發展，基礎設施的逐步改善、光纖的逐步普及，閘門控制將逐步實現“無人值班、無人值守”，遠程監控將變成現實。筆者從實際應用情況出發，提出了一些自己的看法，僅供借鑒參考。

參考文獻：

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    [3] SL75-94，水閘技術管理規程 [S]。1994年。

    [4] 劉柏青，水利工程管理自動化 [M].武漢: 武漢大學出版社，2002年。

    作者簡介：莫兆祥（1974-08），男，江蘇宿遷人，江蘇農學院水利水電動力工程專業，工程師。江蘇省駱運水利工程管理處工管科，主要從事泵站水閘管理、技術改造、自動化控制設計等工作