水闸防洪排涝综合管理系统_力控组态软件/SCADA/实时数据库

一、行业背景

1.1．现状

我国地形复杂，降雨多集中在夏季，且雨量大。由于历史原因，防洪排涝管、渠网缺乏总体规划，设施陈旧、闸站分散，主要靠人工观察雨量和水情，人工控制闸门，手抄记录数据，资料整理繁琐，当大潮、暴雨袭击时，排涝往往顾此失彼，防洪排涝工作十分被动。闸门作为水利系统基层工程之一在防洪抗灾中扮演了重要角色，在防洪、保护工农业生产和人民生命财产安全以及环境保护等诸多方面都发挥了巨大的积极作用，但由于我国闸门综合自动化监控技术比较落后，每年因防洪不利、排涝不及时造成巨大的经济损失。

1.2．需求分析

为了进一步发挥泵站闸门的综合利用效益 ,尽可能减少洪涝灾害的损失，提高调度管理的决策水平，建设闸门综合自动化监控信息系统必不可少。闸门综合自动化监控信息系统通过计算机监控系统检测所到达的闸门上/下游水位、闸门荷重、闸门启闭状态与开度、图像信息自动化采集与传输，达到能够在监控中心远程控制闸门启闭以及闸门自动控制和系统联动；通过实时图像可以直观了解闸门的运行工况以及周边环境。现场通过PLC来控制闸门启闭设备，通过闸门开度仪实时确定闸门的开度，通过闸门荷重仪实时确定闸门荷重，并通过水文水利计算，根据实测水文资料，自动设定闸门开度，提高自动化控制程度，减少人工误差。通过设立保护装置，对执行过程中发生的意外情况进行及时处理。在闸门自动化监控中心结合远程图像监控系统、地理信息GIS系统，实现了无人值守闸门自动化控制。本文结合某市闸门控制的实际情况，采用力控科技自主开发的大型SCADA软件ForceControl、实时数据库pSpace建设大型闸门综合自动化监控信息系统。

二、河道闸门综合管理系统方案

2.1 方案简介

结合该市具体情况，本着安全可靠的设计原则采用分散控制、分层管理、集中调度的设计原则，该闸门综合自动化监控信息系统由三级网络组成，分为调度中心站、分中心站、闸门本地控制站。

调度中心站以河道堤防管理处为中心站，承担着计算机网络的管理以及与上级市水利局联网的任务。中心站对整个系统各个闸站具有管理、调度控制权，并对闸控全过程和视频图像进行实时监视，实现远程遥视、遥测、遥调、遥控和“遥诊”；沿堤设立的分中心站，完成对所控闸门(闸站)闸控和视频监视，并通过网络向调度中心传送各闸站的信息；各工作闸站为该网络的终端，负责对各种数据的采集以及本地手动/自动控制功能。中心站、分中心站和闸站间通过光纤或无线网络连接。全网计算机可实时观察各闸站闸门状态和监视视频图像画面，并可进行其他信息的传输和共享。

2.2方案设计原则

自动监控系统符合国际开放系统标准，以分层分布式监控系统为主、常规设备控制为辅的监控方式，并预留功能接口，以保证系统的扩展、设备更新的可移植性。

Ø 实用性与先进性

采用成熟的自动化监控系统、视频系统、地理信息系统、计算机安全技术及计算机网络等技术，力求与国际新技术同步。

Ø 开放性与标准化

采用开放的网络体系，提供Base-API、COM-SDK、OPC Server、OlE DB、ODBC Router、.Net API、Java API等多种数据访问方式，兼容国际化标准的软硬件产品。

Ø 经济性和可扩展性

选用性价比高的软件产品、通信设备，充分考虑易升级换代，且升级时可保护原有硬件设备和软件的投资。

2.3系统网拓扑图

闸门信息化管理系统根据功能分为：闸门信息化调度中心、闸门监控分中心站、闸门本地控制站3个层次（如图示）。

三、闸门数据采集现场控制站

闸门数据采集现场控制站通过各种传感器等检测设备，负责采集水情、工情、雨情、墒情、地理数据、用户数据，以及沿线引水闸、节制闸、上下游水位、闸门开启高度、设备运行状态等参数，通过无线网络GPRS或光纤网络将现场采集的数据传回闸门监控分中心站。

闸门数据采集现场控制室，由监控计算机、可编程控制器、智能闸门测控仪、控制电器、逻辑保护电路、操作按钮、状态指示灯、电流电压显示表等组成，成套于一台机柜内，通过接线端子与闸位传感器、荷重传感器、机械限位、闭锁保护、启闭机电机、三相交流电源进线等连接。监控计算机运行力控监控组态软件ForceControl，通过PLC与现场智能仪表完成现场数据的采集，通过动态画面、实时曲线、数据报表等各种功能完成本地控制闸门。  

闸门数据采集现场控制站具有以下功能：

1、显示功能:数字显示闸位、荷重、行程设定值、荷重两极报警设定值、电网电压、运行电流等参数；提升、降落等各种运行状态指示。

2、参数设定:通过按键设定行程值、上下限位值、荷重两级报警设定值等参数。

3、操作闸门：通过按键可提升、降落闸门到指定位置。

4、安全保护：具有数字电子限位、机械限位、负载过荷、工作超时、闸门启闭机过电流、方式闭锁等多重保护功能，确保闸门运行安全可靠。

5、通讯功能:

•可远程修改参数，遵循最后一次有效原则；

•实时过程参数、运行状态上传；

•接收并执行远程遥控控制命令，精确提升、降落闸门到指定位置。

6、多种控制方式:

•手动控制：在智能闸门测控仪、PLC、计算机等设备发生故障的情况下，可手动提升、降落闸门。

•自动控制：预置闸门行程设定值，可精确提升、降落闸门到指定位置。

•远程控制：接收并执行远程遥控命令，精确提升、降落闸门到指定位置。

三种控制方式的优先级依次是手动控制、自动控制、远程控制。

四、闸门监控分中心站

闸门监控分中心站向下管理所属区域的闸门数据采集现场控制站，进行数据汇集与处理，并将汇集处理的数据通过网络传送到监控管理中心，为监控中心提供安全、可靠的数据。闸门监控分中心站作为二级管理站一方面负责监控中心与闸门现场控制站的联络，另一方面又独立于中心站，在与监控中心网络出现故障时，可以直接完成对所属闸门的控制，保证整个系统的安全稳定。整个系统采用分散控制、分层管理、统一调度的设计方案，减轻了监控管理中的负担。

闸门监控分中心站负责监控所属闸门节制闸、进水闸、分水闸的启闭高度。同时监控系统监测各级渠道的流量，并反馈给调度中心，形成闭环控制系统。

闸门现场测控网由各泵站、变电站、水管站现场工作站及与之连接的各个现地监控单元组成，以现场总线方式连接，闸门监控分中心系统软件采用力控FCPower电力电气监控软件实现。

力控电力电气监控组态软件FCPower结合了通用组态软件和电力专业技术，是使用先进的计算机软件编程技术开发的专业电力系统自动化组态软件，适用于变电站综合自动化、电厂电气监控（ECS）、企业供配电自动化、水电站综合自动化及楼宇配电自动化等后台监控系统。

五、智能化调度中心

生产调度层主要由工程师站、工厂办公室终端、办公自动化系统等组成。调度中心是整个闸门监控信息化的核心，接收各分中心站上传的各种信息，并存入实时数据库，用于画面更新、控制调节、操作指导及事故记录和分析等。采集数据可周期性进行，即在所有时间内，由运行操作人员或应用程序下达命令采集任何一个现地控制单元的过程输入信息。在智能化调度中心选用力控实时数据库软件pSpace，这是力控科技自主研发的大型工业数据库，过程数据平台选择实时历史数据库pSpace，其优点是灌区管理中心和各分中心平台统一，采集接口丰富，可以适应不同数据源的采集；实时性高；可以存储大批量的过程历史数据；结合关系数据库可完成管理类数据库的构建。而单独采用关系数据库，对多种数据源（ACCESS、OPC、GPRS）的采集难以实现，基本不具备采集功能，对整体系统的兼容性和扩展性有影响，并且实时性较差，闸门监控管理中心和各分中心做不到无缝连接。

调度中心的客户端软件采用力控eForceCon，eForceCon监控组态软件构成的控制系统是先进的、分布式冗余、容错架构，该产品采用分布式组件设计，适应网络多人协作与并行开发，软件的可“伸缩性”非常强，适应了“e”时代的要求，结合. NET平台技术，集成web service技术，轻松构建小区实时信息门户，开发过程采用了先进软件工程方法，使产品品质得到充分保证，该产品的设计避免了目前市场上各类软件不是操作过于复杂就是功能过于简单的弊病。

强大的分布式报警、事件处理，支持报警、事件网络数据断线存储，恢复功能并增加声音、邮件和短信报警通知方式，全新的多线程IO调度程序，使通讯效率更高、速度更快。

支持脚本在线调试，支持变量智能搜索，变量构件模板保证快速生成网络工程，支持多语言切换，保证多语言版本稳定内核，海外扩展更方便，可以充当力控小区实时历史数据库pSpace的客户端，与pSpace系统无缝集成，可以和地理信息系统（GIS）、ERP系统等诸多第三方软件系统进行无缝连接与集成，支持PDA掌上终端和IE浏览器来访问力控的WEB服务器。

5.1调度中心功能简介

5.1.1闸门优化调度

闸门优化调度主要内容是当洪水来临时在确保闸门防洪安全的条件下，根据下游河道的泄洪能力，为灌溉用水提供支持，制定洪水调度计划。利用计算机水文遥测系统提供的水文资料和坝体渗压自动监测系统关于堤坝的安全参数作为闸门防洪的决策。完成对各泵站机组、各支斗口闸门、各变电站开关的远动程序化操作控制，实现对泵站出水流量、闸门开度、水位高程的闭环调节调整，保证各类设施设备高效运行，基本实现各泵站、变电站、闸站“无人值班、少人值守”，从而大幅提高灌区运行效率，降低工人劳动强度；可及时了解掌握各设施设备的安全动态，自动判断设施设备的不正常工作状态，准确进行故障及事故的紧急处置，减少事故的范围及损失，提高灌区运行的可靠性和经济性。

5.1.2办公自动化系统

根据闸门各办公室职能分配其各自权限，在闸门信息化信息系统中对共享的数据分别进行查询。通过局域网络共享系统外设资源，如打印机、扫描仪、数字化仪等，实现文件共享服务、FTP文件传输服务、Email电子信箱服务、网络信息发布、局域网通讯服务等，可按信息化建设进程分步实现财务电算化、人事劳资管理、物资管理、公文流转、财务电算化等。

5.1.3 Web综合信息发布系统

闸门信息化系统中各子系统之间相互独立，又有信息相关性，通过设立一个中心数据库服务器，把各子系统中的信息经过整理、提炼、挖掘后存放到数据库中，减少了信息冗余度，并提高了信息的可靠性和科学性。采用Web综合信息发布系统，根据各子系统的数据组织成相应的Web页面发布信息，由静态和动态页面两部分组成。静态页面是一些不变的信息，如工程概况、建筑物布置图、系统构成图等，动态页面即把服务器中存放的数据按照业务逻辑组织，以数据表格、图形的方式显示，达到实时、直观的效果。其中，Web综合信息发布系统由下列内容组成：

• 闸门工程概况

• 主要建筑物、仪器、设备图片

• 闸门安全监测仪器分布图

• 闸门安全监测数据日报表

• 闸门安全监测数据月报表

• 闸门安全监测各测点空隙水压力计水位过程线

• 坝体内部水位浸润线

• 闸门气象数据

• 降雨量分布和降雨量过程线

• 闸门报表和水位过程线

• 闸门电气主接线图

• 闸门系统配置图

• 闸门事件记录

• 闸门监控报表查询

• 图像监控浏览

5.1.4 与GIS系统的无缝集成

力控eForceCon监控组态软件具有丰富的组件接口，软件可通过GIS组件实现与GIS系统无缝集成。GIS组件支持Mapinfo与ArcGIS的地图文件格式，支持组件方式集成GIS-GPS的功能，利用脚本和VBA调用可充分互动。利用力控eForceCon监控组态软件与GIS系统无缝集成能够把灌区灌溉业务和水利防汛抗旱业务中的各种信息与反映空间位置的图形信息有机地结合在一起，根据用户的需要对这些数据进行处理和分析，并提供决策支持。

5.1.5与视频系统无缝集成

系统采用先进的数字处理技术，图像质量更高，更易于保存，通过网络设备可以远程传输图像，实现远程监视、远程控制图像等功能。

系统软件可以提供强大的图像处理功能，调节图像的亮度和对比度等，即使在很低照明度的情况下，也能得到高质量的被监控对像的图像，并且可以将图像保存成通用格式，在专业图像处理软件中进行进一步处理。

结合当前先进的IT技术，基于SOA架构、结合. NET平台技术的力控eForceCon监控组态软件支持B/S和C/S混合模式，实现了与视频监控、多媒体无缝集成，数据和视频有机结合。

 六、总结

采用国内先进监控组态软件力控eForceCon、力控实时数据库pSpace激励数据平台，利用自动控制、网络通信、计算机、GIS等信息技术构建大型闸门信息化系统，建设能够掌握灌区雨情、工情、水情、墒情、灾情的信息基础平台和重点信息化应用系统，实现了防洪、排涝和市区内沟河系纳潮冲污的自动化集中监控运行管理，使分布广泛的河道水闸运行和管理可以通过远程调度控制实现，大大节约了工程管理和运行成本，实现了“少人值守”的要求，提升了闸门运行的安全性、可靠性和科学管理水平，为江河水闸、城区防洪排涝工程远程计算机自动化集中控制提供了很好的借鉴。