关键词：闸门监控、防洪排涝、实时数据库pSpace、地理信息系统GIS 力控监控组态软件、力控eForceCon SD、FCPower水情监测
1.行业背景
1.1．现状
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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，大多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。闸门作为水利系统最基层的工程之一在防洪抗灾中扮演了重要角，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是必不可少的。闸门综合自动化监控信息系统主要是通过计算机监控系
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，能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，可实现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北京三维力控科技有限公司自主开发的大型SCADA软件ForceControl6.1、实时数据库pSpace建设大型闸门综合自动化监控信息系统。
2.河道闸门综合管理系统方案设计
2.1．方案设计简介
结合该市的具体情况，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的手动/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对视频图像画面的监视，并可进行其他信息的传输和共享。
2.2河道闸门综合管理系统系统设计原则
自动监控系统以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。
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。
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。
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，且升级时可最大限度地保护原有硬件设备和软件的投资。
2.3系统网拓扑图
闸门和视频遥控站
闸门和视频遥控站
闸门和视频遥控站
闸门和视频遥控站
水情、工情遥测站
闸门和视频遥控站
闸门信息化管理系统根据功能分为、和闸门监控分中心站、闸门信息化调度中心3个层次如上图所示。
3.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水情、工情、雨情、墒情、地理数据、用户数据、和对沿线引水闸、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ForceControl6.1，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对闸门的本地控制。
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。
钢水取样器
•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。
4.闸门监控分中心站
闸门监控分中心站向下管理所属区的闸门数据采集现场控制站，进行数据的汇集与处理，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对所属闸门的节制闸、进水闸、分水闸的启闭高度的监控。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。
闸门现场测控网是由各泵站、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北京三维力控科技有限公司的力控FCPower电力电气监控软件实现。
密胺粉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的组态软件，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。
5.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。数据的采集可周期性进行，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，力控实时数据库pSpace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 SD，eForceCon SD监控组态软件构成的控制系统可以构成先进的、分布式冗余、容错架构，该产品采用分布式组件设计，适应网络的多人协作与并行开发，保证了软件的可“伸缩性”非常强，适应了“e”时代的要求，结合. NET平台技术，集成了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或者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，支持变量智能搜索功能，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 5.0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闸门优化调度锁架
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
灌溉用水提供最优的支持，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。
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