自动化监控控制系统在插花枢纽节制闸闸门启闭及开度控制上的应用效果分析

黄子军

（阜阳市插花枢纽工程管理所，安徽 阜阳 236000）

插花枢纽是茨淮新河第二级控制工程，工程包括节制闸和船闸及两岸堤防等。其中节制闸为17 孔弧形钢闸门，每孔净宽10 m，闸门高8.85 m，设计流量为3000 m3／s，校核流量为3300 m3／s，为大（2）型水闸。工程有蓄水、分洪、排涝、灌溉、航运以及城市供水等诸多功能。为适应现代经济社会的发展需要，提高工程管理现代化水平，插花枢纽节制闸引进闸门启闭及开度自动化监控控制系统，保证了闸门启闭操作安全，提高了闸门启闭工作效率，满足防汛抗旱工作需要。

插花枢纽节制闸自动化监控控制系统主控制室设置在节制闸二楼新建服务器机房内，地埋铺设有静电底板，室内安装有空调，保证室内的温湿度恒定。设有1 套公共LCU 柜，安装有上下游水位显示仪，机房中铺设有互联网专线及架设防火墙路由器等网络设备和通信服务器、数据服务器，配置数字KVM 集中控管系统[1］。

系统通过组态软件的升级改造，增加RTU 远程功能和流媒体采取中端，将闸门已经安装的视频通过有线或无线的网络传输到中心服务器中[2］。闸门操作人员通过系统APP 或网页登陆到服务器，实时浏览查看闸门的实时视频监控情况，系统通过组态平台软件运行服务端、CS 客户端、BS 客户端应用，提供操作员登录信息、实时历史数据、将采集到闸门开度、水位、行程开关状态、断路器和接触器状态等各类设备信息给予处理后上传给控管系统，通过双重权限认证后，实现对闸门的远程操控。

现地控制单元（LCU 柜）共9 套，均布置在启闭机房内，柜内配有照明及通风、防尘、屏蔽设施，主要监控节制闸17孔闸门运行，每套闸门现地控制单元安装有闸门开度、荷重显示仪，在现地LCU 屏上设有现场手动控制按钮，在系统故障或调试、维修时能进行闸门升降停等操作[3］。

（1）主控室计算机自动化监控控制系统远程启闭闸门

客户端之间符合C／S 结构，为远程提供保障，部件均采用工业级产品，可靠性高，稳定性高。

主控室计算机自动化控制系统进行了管理员和操作人员权限预置，进行闸门启闭时，为防止非操作人员误操作，设置有系统登录界面，选中提前预置好的操作人员名单，输入登录密码无误后，才可进行闸门启闭操作，避免了闸门启闭时，非操作人员的误操作。

插花枢纽2022 年8 月13 日上午10 时36 分，接到水旱灾害防御中心闸门开启调度指令。由于上游泉河、黑茨河水位上涨，茨河铺闸开闸流量由原来的33.6 m3／s 增加到82.6 m3／s，插花枢纽节制闸原来已经开启第7 孔、第9 孔闸门，每孔0.3 m、流量为34.5 m3／s，现需要根据上游来水量情况，开启闸门把闸上水位控制在27.50 m 以下，单位领导立即组织单位技术负责人带领机电检查人员和操作人员赶赴节制闸做好闸门启闭前的检查工作，检查配电柜的电流电压正常，接地良好；
预开启闸门现地控制单元开关柜电气设备完好，接线无松动；
启闭机各转动部分、开式齿轮无卡阻障碍物，传动系统螺杆无弯曲变形；
钢丝绳无锈蚀断丝，线端固定牢固；
电动机周围及其控制箱无异常，外壳接地良好，制动器灵活可靠；
通过LCU 屏观察指示灯显示正常，闸门开度仪显示状态良好，闸门上无砂石、杂草、树枝、闸门前后及河道无障碍物等，符合开闸要求，技术负责人迅速向单位领导汇报，填写闸门开启通知单，并下达指令给中控室操作人员，另外开启第5孔、第7 孔和第13 孔闸门，每孔开启高度为0.3 m，闸门开启遵循“对称、均匀、分档”的原则，闸门开启时应从中间向两端对称开启。由主控制室远程操作开启闸门。

中控室操作人员通过预置的操作人员信息登录自动化监控控制系统，首先观察已开启第7 孔、第9 孔闸门水位流量变化信息、闸门抖动正常、钢丝绳松紧适度等运行情况。严格按照闸门开启通知单要求首先开启第5 孔闸门，开启步骤如下：①操作人员点“闸门分控”图标，选择需要控制的第5 号闸门编号，进入到“闸门分控”界面。②在系统APP“通讯状态显示区”查看通讯状态，闸门远控变为绿色，且所有显示数据有“?”变为数字时，说明转换开关已由现地转为远程控制，操作员可以远程操作控制闸门开启。③在开度预置中输入0.3 m。完成按“确认”按钮。④点击“上升”按钮启动闸门。如在启动闸门过程中停止启闭机工作，则点击“停止”按钮。⑤在闸门开启的过程中，操作界面“状态显示区”时时显示闸门的运行状态，“模拟显示区域”时时刷新显示当前闸门开度和水位流量的变化数据，并时时刷新显示闸门的运行动画。

操作人员依次再开启第11 孔和第13 孔闸门，开启过程中通过彩色显示器对闸门启闭及现场状况进行了实时监视，计算机自动化软件功能模拟现实场景的图形化人机界面，同步实时显示现场视频监控画面，观察到闸上闸下水位分别有启闭前的27.36 m、24.81 m 调整为启闭后的27.28 m、24.86 m，过闸流量由启闭前的34.5 m3／s 调整为启闭后的83.9 m3／s、启闭电压为350 V、启闭电流为166 A。符合闸门启闭机电设备安全规程和闸门开启调度单要求。

自动化控制系统在闸门启闭过程中，可根据闸门工作状态信息、开度数据、预警信息等自动生成工作记录、工作报表，可以自动诊断故障情况，而现场值班人员只需不定期巡视即可，减少了职工劳动强度，提高了工作效率。

（2）现地控制单元触摸屏操作和手动按钮操作启动闸门

现地控制单元设有触摸屏操作和手动按钮操作两种启闭方式，可互相转换，在操作员登录名称输入正确密码登录确认后，便可按照开闸调度单进行相应操作。

操作人员点击触摸屏画面中对应的“2#控制界面”闸门，进入到“闸门控制”界面。

第一，操作员将现地控制柜的转换开关调整到“集中”位置，在“闸门状态”显示区域查看通讯状态，闸门“集中控制”变为绿色，当前状态为触摸屏控制，可以进行闸门的集中控制操作。

第二，闸门开启前在“开度预置”对话框中输入0.3 m。完成后按“确认”按钮。

第三，系统会自动诊断当前闸门处于关闭状态，然后根据开度预置的数据，点击“开闸”操作命令，完成本次操作过程。

第四，在闸门开启的过程中，触摸屏“闸门运行状态”显示区域时时刷新显示闸门的开启的动画过程，模拟显示区刷时时新显示闸门开度数据，直至达到开度预置0.3 m，闸门自动停止，操作完成。

（3）闸门启闭过程中，自动化监控控制系统的保护作用

第一，闸门启闭中出现异常情况系统发出警告，同时启动现地和主控室内的音响报警装置，以声音的形式提醒现场操作人员，并明示出故障设备和故障类型，方便机电检查维修人员及时处理，以免发生事故。

第二，因闸门启闭机或起吊滑轮异物缠绕钢丝绳等造成闸门卡阻，电机超负荷运行，过载保护机构动作，避免系统由于工作电流过大而被烧毁。

第三，闸门高低限位设置有行程开关，保证闸门启闭机能够在启闭高度范围内运行，避免安全事故发生。

第四，针对闸门启闭机在上升或下降过程中有可能发生的受阻现象，设置了闸门过力矩保护，时时监测闸门在上升和下降时的力矩数据，保证闸门在正常的启闭范围内运行，避免因超载而对闸门及启闭设备带来损害。

第五，为了防止过电压对启闭设备的正常运行造成威胁，系统对启闭机的电机三相供电电压设置了实时监测，一旦某一相电压超出正常工作范围，系统将自动切断电机三相电源，以保证电机的安全运行。

（4）在主控制室操作员工作站通过图像监测采集到的闸门启闭机故障报警信息处置方法

因钢丝绳过松或者钢丝绳不平衡，致使闸门倾斜、抖动，不能正常工作，处置步骤：

①根据视频及传感器反馈的信息，由单位技术负责人指挥机电维修小组及相关技术人员赴现场，查看分析卡阻原因，实施对卡阻闸门进行复位前的准备工作，启闭运行人员调整相关闸门开度，使现场具备复位的作业条件；
②机电维修人员现场测量闸门两侧偏差值，并与开度仪表显示数据对比，确定闸门门体偏差实际值；
③机电维修负责调整行程开关，并有专人负责监视闸门启闭机工况、调整至闸门两侧钢丝绳平衡后，手动操作开启闸门至最大开度后全关。反复实施二次操作，确保门体无卡阻现象后，全关此闸门。

主控室开启闸门时，信息反馈现地控制单元LCU 柜内交流接触器通电不吸合，处置步骤：

①技术负责人指挥机电维修小组人员及相关技术人员赴现场，查看分析原因发现控制回路有电压，交流接触器不动作，电气技术人员认为可能是线圈本身开路，用万用表欧姆档进行测量，如果是螺栓松脱，应予紧固，线圈断线，应更换线圈，必要时应更换交流接触器；

②机电维修小组做好交流接触器常闭常开触点及控制回路的恢复工作，主控室及维修现场有专人做好安全监视工作；
③维修结束后要认真清理现场工器具，通过现地控制单元手动控制、触摸屏控制及主控制室远程控制进行闸门启闭机试运行，期间应注意机电维修人员及操作人员的安全防护，技术负责人及机电维修小组验收签字确认；
对于故障信息处理，主控制室彩色显示器实时监控设备故障及现场维修故障的排除过程和历时并生成画面和报表留存，并且保证了任一现地控制单元故障，不影响其他现地控制单元及整个计算机监控系统正常工作。

总之，插花枢纽节制闸闸门启闭操作时，计算机自动化监控控制系统通过图像监控、环境监控（电压、电流、频率、断路器分合状态等）监测或监控闸门操作现场设备及闸门启闭机周围工作环境状况，在出现问题时，可以判断故障位置，还可以根据传感器获取的异常数据，分析判断产生故障的根本原因，值班人员立即查看设备状态并进行检修，保证闸门系统的安全、稳定运行。

随着计算机自动化监控控制系统在插花枢纽节制闸闸门启闭及开度控制上的应用，在未来还需要加强对该系统有关设备技术的创新，进一步提升自动化监控控制系统应用效果操作效率，实现更加安全、可靠的闸门启闭及开度控制的操作系统集成管理。