东河水利枢纽船闸自动监控系统设计

制。 ４ ２ 控 制 系统 主要设 备 的选 型 ．
６ ）船 闸 室 内水 位 数 据 采 集 采 用 康 宇 测 控 仪 表 Ｋ Ｂ０ Ｙ ９０压力 式 水 位 传 感 器 。上 下 游 水 位 考 虑 到 进 出 船 只造 成 的影 响 ，采 用 的是 德 国 Ｖ Ｇ 超 声 波 液 位 ＥＡ
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２１ ０ ２年 ８月
广 东水利水 电
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东河 水 利枢 纽 船 闸 自动 监 控 系统 设 计
黄志 明
（ 中顺 大 围工程 管理 处 东河水 利枢 纽管理 所 ，广 东 中山 ５ ８３ ） ２ ４ ７
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图 １ 船 闸平 面 结 构 示 意
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２ 系统 的设计 原 则和 目标
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增刊 １
黄 志 明 ：东 河 水 利 枢 纽 船 闸 自动 监 控 系统 设 计
信 号接 人 到数字 图像 编码 器 ，再 通 过 交换 机 传 到监 控 中心 ，中心 通过 视频 管 理 服 务器 、解 码 器 、客 户 端 进
行视 频监 控 、应用 。监 视 系统结 构见 图 ２所示 。
与 Ｔ ２ ０显示器 通信 ，另 一个 串 口用 来 编 程 ，系 统 通 Ｄ０ 过 Ｃ ２ ３—１的 以太 网 口，采用 Ｔ Ｐ Ｉ Ｐ４ Ｃ ／Ｐ协议 与上 位 机
２ ９ｍ（ 基 ） ．７ 珠 ，闸门 内外 水 位差 大 于 ２ｃ ０ ｍ，系统 不 能 操作 闸门开 启 ，否 则 系统 报 警 锁 定 操作 功 能 实 现 自锁
包 括主 档水 闸 门 １扇 和 ２扇输 水 廊 道 闸 门 组成 ，因 主
档 水 闸门和输 水廊 道 闸 门的 电路 构 成 原 理 相似 ，本 文
为德 国西 门子公 司生 产 的 Ｓ ７—２０系列 。具 体 配 置 如 ０
下 ；Ｃ Ｕ：Ｃ Ｕ ２ （４点 Ｄ ，ｌ Ｐ Ｐ ２６ ２ Ｉ ６点 Ｄ ；Ｄ ：Ｅ ２ １ Ｏ） Ｉ Ｍ ２ （ ８点 ） Ｏ：Ｅ ２ ８点 ） Ｉ Ｍ２ １ ４路 ） 以 ；Ｄ Ｍ２ ２（ ；Ａ ：Ｅ ３ （ ； 术 网模块 ：Ｃ ２ ３—１ Ｐ４ ；中 文 文 本 显 示 器 ：Ｔ ２ ０；编 Ｄ０ 程 软件 ：Ｓ Ｅ ７一Ｍｉ ｏ ＷＩ 。该 型 号 Ｃ Ｕ 具 有 ２个 ＴＰ ｃ／ Ｎ ｒ Ｐ
收 稿 日期 ：２ １ ０ ２ ；修 回 日期 ：２ １ ０ ０ ２— ６— ４ ０ ２— ７—１ ７
满 足高 质 量 监 控 管 理 的需 求 ，其 图 像 数 字 化 、传 输 、 存储 、管 理 系统构 建 在 Ｉ 网 之 上 ，网络 支 持 组 播 ， Ｐ专 保证 高清 晰度 、实 时性 以及 高 可 靠存 储 。本 系统 由前
现 地操 作单 元 、数 据采 集 系统 及 执 行 机 构 、上 下游 水
位 传感 器及 闸位 传 感 器 等 设 备 组 成 。系 统 构 成 见 图 ３
所示 。
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增刊１
广 东 水 利 水 电
ＴＤ
作
图 ３ 控 制 系统 构 成 示意
４ １ 系统 的监 控范 围及控 制参 数 ． 控 制 系 统 监 测 到 外 江 水 位 达 到 防 洪 最 高 水 位
标 准 １０年 一 遇最 高 洪水 位 为 ２ ９ ｍ（ 基 ） ０ ．７ 珠 ，设 计 最
监控 系统在 运行 时 能根 据控 制 要 求用 手 动 或 自动启 闭 闸 门 、监测 上下 游水 位 及 闸 室 内水 位 、监 测 各 闸 门 闸 位 、设 定 开启 闸 门高 度 、监 测 系 统设 备状 态 。船 闸平 面结 构见 图 １ 所示 。
保 护 ，水 位 差 小 于 ２ ｃ 方 可 操 作 闸 门开 启 ；当 电 机 ０ｍ
通信 ，以实现 系统 的远程 自动监 控 。 ４ ）船 闸闸 门现地 监 控 单 元 的操 作 面 板 上 有 手 动 、
自动 、检 修 ３档转换 开关 ，用来 设置 闸 门的控 制状 态 ， 手 动状 态时 闸门 的上 升 、下 降 、停 止 由面板 上按 钮 控 制 ，可 以通过 面板 上 的 中文 显示 器 查 看 各 闸 门 的 当前 开 启高 度及 上下游 和 闸室 内的水位 值 。 ５ ）闸门开度 传感 器选用 雷码 机械式 传 感 器 ，该传 感 器数 据 准 确 、稳定 、误 差 小 、可 靠 性 高 、工 作 寿命
大水 头 差 为 ２ ４ ｍ， 闸 室 净 宽 为 １ ｍ，长 为 １０ ．７ ６ ２ ｍ， 前 、后 闸门采用 １ｍ 钢结 构横 拖 平 板 门 ，启 闭 动 力 为 ６
移动式 启 闭机 ，输 水 廊 道 为 固 定式 启 闭机 。船 闸 自动
包括 泵站 、水 闸 、船 闸 ３部 分 ，集 防洪 、排 涝 、水 体 置换 、航 运 于一 体 ，其 中船 闸 １孔 ，为 四级航 道 ，设 计通 航 能力 为 ５０ 级 ，年 通航 能力 为 １ ０ ０ｔ ０万 ｔ ０ ，防洪
长。
运 行 出现过 流现 象 ，系统 会 发 出 报警 信 号 ，并 且 自动 执 行停 机保 护 以实 现 电 机 过流 保 护 监 测 ；船 闸 上 、下
闸首 主闸 门及输 水 廊 道 闸 门 自动 监 控 ；上 、下 游 及 闸 室 内水 位 自动监 测 ；闸门位置 及状态 的实时 自动监 测 ； 启 闭机 房设 备状 态 的 实 时监 测 ；通 航 信 号 灯 的 自动 控
１ ）主 回路 供 电采用 带 电分励 的空气 开 关 ，可 用 于
现 场 无人值 守 的远 程 操 作方 式 。该 装 置 动 作 可 靠并 有
过载 、欠 压 、短路保 护 功 能 ，且 可 以通 过控 制 回路 分 励 控 制 ，增 加 系统 对 电机 的保 护 措 施 。在 现 场 无 人值
端设 备 、传输设 备 、监视 设 备 ３部 分组 成 。前 端 设 备 由安 装在 各工 程点 的室 内外一 体 化 球 机 和 固定 枪 型 彩 色摄 像机 组 成 ，负 责 图 像 各 数 据 的 采 集 及 信 号 处 理 ，
作者简 介 ：黄志明（ ９ ８一） １６ ，男 ，大专 ，助理Ｔ程师 ，主要从事机电设备维修保养Ｔ作 。
提 出 了利 用 图
摘 要 ：该 文 结 合 东河 水 利 枢 纽 工 程 船 闸 图像 监视 系统 、 闸 门 自动 控 制 系统 的 设 计 、调 试 、运 行 的 过 程
，
像 监 视 系统 、 可编 程 控 制 器 （ Ｌ 技 术 实现 船 闸 自动 监 控 和 设 计 的方 法 。 Ｐ Ｃ） 关 键 词 ： 东河 水 利 枢 纽 ；船 闸 ；监 控 系统 ；设 计
在东 河水 利枢 纽 船 闸范 围共 设摄 像 机 １ ，分 布 ０处
作用 ，具 体 布置及 监视 范 围见表 １ 。
表 １ 摄 像 机 位 置 布 置
４ 闸门控 制 系统 的 组成
机 、２套 由 Ｐ Ｃ可 编 程 控 制 器 组 成 的 现 地 监 控 单 元 、 Ｌ
东河 水 利枢 纽船 闸监 控 系 统监 控 中心 建 在 水 利 枢 纽监 控 中心 室 内。系 统 由 １台远 程 控 制 计 算 机 （ 作 操 员站 ） 、１台 上 位 机 （ 程 师 站 ） 工 、１台 网络 报 警 打 印
中 图 分 类 号 ：Ｕ ４ ． ３ ６ １３ ５
文 献 标 识 码 ：Ｂ
文章 编 号 ：１０ Ｏ １ （０ ２ Ｓ — １４— ４ ０ ８一 ｌ２ ２ １ ） １ ０ ３ ０
１ 概 述
东河 水利 枢纽 是 中山 市 一 大型 水 利 枢 纽工 程 ，座 落在 中山市 东 出 口 ，外 接 横 门水 道 和 小 榄 水道 ，枢 纽
１ 厂—
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图 ２ 监 视 系 统 结 构 示 意
３ １ 摄像 机 的布 置 、选型及 监 视范 围 ．
在各 个工 程 点进行 实 时监 控 ，能有 效 发挥 各 点 的监 视
５ ）计算机 监控 系 统采 用 分 层 分 布 （ 中层 、现 地 集 层 ） 构 ，主 控 级 与现 地 控 制 单 元 之 间采 用 以 太 网 通 结
讯。
２ ）可 靠 性 与 安 全 性 。根 据 《 船 闸 技 术 管 理 规 水
６ ）充分 考虑 系统 的抗 干扰 及 防雷能 力 。 ３ 图像监 视 系统结构 视频 监视 系统 采 用 Ｉ 能 监 控 为 主 体 技 术 架 构 ， Ｐ智
仅 以主 档水 闸 门做 说 明 。
该 系统 可用 手 动 控 制 和 自动 控 制 ２种 工 作 方 式 ， 其控制 原理 说 明如下 ： １ ）手 动控 制 。将 控制 机柜 面板 上 的转 换 开 关置 于 手动位 置 ，当按 下 上 升 按 钮 时 ，交 流 接 触 器 １通 电 ， 其触点 闭合 ，主闸 门启 闭 机 电 路 接通 ，电 机 正 转 ，闸
计 ，输 出 ４— ０ Ａ模 拟量信 号 。 ２ｍ ４ ３ 主 回路与 控制 回路设 计 ． 船 闸分上 闸 首 和下 闸首 ２个 启 闭机 房 ，各 配 备 １ 台闸 门现地监 控 单元 。 由于上 、下 闸首 监 控 单 元 工作
原理 相似 ，本 文仅 对 上 闸 首监 控 单 元 做 介绍 。上 闸 首
守 的情况 下 ，电机 停 机后 接 触 器 触 点异 常 粘 连 时 能 自 动分 断 电机 主 回路 ，起 到保 护 电机 的作 用 。 ２ ）闸 门启 闭机 主 回路 的 电源通 断采用 交 流接 触 器 控制 电机 正转 、反 转 。 ３ ）控制 回路 采 用 Ｐ Ｃ控 制 。本 系 统 采 用 的 Ｐ Ｃ Ｌ Ｌ
程》 Ｌ ５—９ Ｓ７ ４、《 闸 工 程 管 理 设 计 规 范 》 Ｌ ７ 水 Ｓ １０—９ ６ 等规 范要求 ，选用 合 理 的 设 备 ，设计 具有 高 可 靠 性 的 软 、硬件 控制 系统 ，使 船 闸的控 制更 安全 可靠 。
３ ）经 济性 和 可扩 展性 。在满 足 系统设 计要 求 的前 提 下 ，选用 性 价 比高 的 监 控设 备 及 通 信 设 备 。所 采 用 的设 备要 充分 考虑 容 易 升 级换 代 ，并 且在 升 级 时 可 以 最 大 限度地 保 护原 有 的硬件 设备 和软件 投 资 。 ４ ）为 了确 保船 闸运 行正 常 ，除对 各 闸首 的工 作 闸
１ ）实用 性与 先进性 。在方 案设计 中特 别 强调 系 统 的实 用性 与先 进性 相结 合 。在确 保实 用效 益 的基础 上 ， 采用 成熟 的 自动 控 制技 术 、计 算 机 技 术 、安 全 防 范 技
术。
按通 航程 序进行 控 制 外 ， 对 一 些 较 为 重 要 的设 备 及 还 部件 的状 态进行 监测 。