水闸闸门监控系统

水闸闸门遥控与监测系统方案

1、概述

某水闸共5孔平板闸门，闸门宽度8米，闸身长40米。目前使用的水闸监控系统已经完全损坏，使用中存在以下问题：（1）不能实现定点控制闸门开度。目前各闸门的定点控制均由值班人员手动完成。由于现场控制站在闸顶楼上，值班人员只能凭现场聆听闸门与卡位相接的声音实现定点控制闸门开度，在下雨等噪音严重的情况下往往会因无法听到声音而难以定位，监控效率低，且存在安全隐患；

（2）闸门现场控制站的PLC坏掉，工作不稳定，其他装置是否损坏不确定；

（3）无法实现远程监控功能，不能满足监控管理自动化的要求。2、

2.1 系统工作范围

本系统功能的实现：

（1）五孔平板闸门的自动控制：通过工控机现地实现左右四扇闸门的全开、全关控制和中间闸门的全开、半开、全关控制。也可在监控室上位机远程控制闸门开度；

（2）五孔平板闸门的手动控制：在工控机故障或其他特殊情况下，采用手动控制方式实现各种控制；

（3）主要参数的采集与显示：采集各孔闸门位置及状态信号、上下游水位和闸基扬压力信号，并在控制面板和上位机上显示；

（4）视频监控功能：设多台定点视频监控摄像头对闸门进行监视，在监控

室可以实时对闸门进行监控。

3.2 系统监控内容

输入/输出信号统计

序号信号内容信号类型I/O点数

1 闸门开度数字信号 1

2 闸门上升状态开关量输入1×5

3 闸门下降状态开关量输入1×5

4 闸门停止开关量输入1×5

5 全开限位开关量输入1×5

6 危险限位开关量输入1×5

7 半开限位开关量输入1×1

8 电机开关开关量输出1×5

9 电机方向开关量输出1×5

10 LCD显示开关量输出11×5

闸门监控系统报警信号统计

序号报警内容

1 闸门上升故障

2 闸门下降故障

3 闸门停止故障

4 闸门上升卡滞

5 闸门下降卡滞

6 闸门超速

闸门监控系统

视频信号R S－485控制信号定点摄像机 5

三可变摄像机 1 1路

3.3 系统设计

考虑到水闸五孔闸门和启闭机分组监控的特点，本方案根据要求设计一套以工控机为主控设备并配置手动操作与执行设备组成的分层分布式计算机监控系统，该系统由一台上位机、一台现地工控机单元、摄像头、视频显示器等组成。在监控室可以通过显示器远程监视闸门的运行状况，并实现远程发送控制指令；现场控制站能接收来自上位机的控制指令进行控制，也可以单机独立控制，特殊情况下实现手动控制。

3.3.1 系统总体结构

监控系统总体由闸门监控子系统和视频监控子系统构成。总体框图如图1所示：

图1 水闸监控系统总体框图

闸门监控子系统由一台上位机、一套现地工控机监控单元、五套卷扬机专用变频器、现场传感元件和执行机构等设备组成。现地监控单元采用工控机作为主控设备，各单元配有一个操作员手动控制面板，可独立操作执行自动化操作，同时保留手动操作键。操作员盘具有二行液晶显示屏可显示闸位及运行信息。各单元可在脱网时独立自动操作与运行。闸门框上装设限位开关，实现闸门开度的定点控制。在现场控制站装指示灯，在半自动方式下给值班员闸门到位信息提示。闸门位置和上下游水位信号的采集采用先进的专用传感器。在闸身的安装两个水位计，测量水位高度。

视频监控系统由五台定点摄像机和一台三可变摄像机、硬盘录像机、视频监控站等组成。

3.3.2 系统控制面板

电源指示自动状态全开限位危险限位

手动上升停止下降急停

自动控制

全开全关

控制面板各按钮功能如下：

电源指示：控制系统的二次回路的电源指示，控制闸门时该灯一定要亮。

自动状态：当系统处于“自动控制”状态时，该灯一定要亮；当系统处于“手动”状态时，该灯一定不亮。

全开限位：当闸门处于全开位置时，该指示灯被点亮，此时闸门停止。 危险限位：当闸门处于最高位置时，该指示灯被点亮，此时闸门无法上升。 手动：当系统处于“自动”状态时（自动状态灯亮），如果需要手动控制闸门，按下此按钮，此时“自动状态”灯灭，可以进行手动操作。

上升：在“手动”状态时，按下该按钮，闸门开始上升，只有按下“停止”按钮，闸门才停止上升；当闸门上升时，该按钮的灯被点亮。

停止：无论何时只要闸门在运行当中，按下此按钮，闸门将停止运行。

下降：在“手动”状态时，按下该按钮，闸门开始下降，只有按下“停止”按钮，闸门才停止下降；当闸门下降是，该按钮的灯被点亮。

急停：无论何时按下该按钮，控制柜内的空气开关将自动脱开，此时闸门控制的一次电源被切断，闸门无法运行，只有把空气开关人工推上后，闸门才开始运行。注意推上空气开关手柄时，要先把手柄拉到最低位置后，才能推上空气开关。

全开：系统工作在“自动”状态，实现闸门的自动全开。 全关：系统工作在“自动”状态，实现闸门的自动全关。

3.3.3 系统监控软件

南冲水闸监控系统

内河水位

外河水位

1#闸门开度5#闸门开度

4#闸门开度3#闸门开度2#闸门开度全开

全关全开

全关全开全关

全开

全关全开

全关

半开12.67米

11.96米

5米 4.3米 5.25米 1.5米 5.31米

正常正常

正常故障正常实

时信号显示

控制按钮

图4 远程监控软件界面图

3.3.4 系统工作原理

1. 现场传感部件工作原理

现场闸门开度传感器采用闸位计。闸位计工作原理如下：由传动部件，编码器等组成。编码盘随水位轮的转动作相应比例的旋转，不同的转角即组成不同的数码。采用齿轮传动，带动闸位计的传动轮运动，传动轮的转动将使编码器的数据作相应变化，通过数据接口将闸位计的格雷码数据经信号电缆传送给现地工控机入模件，完成闸门开度的数据采集工作。

水位计选用超声波水位计。进行液位的数据采集。液位信号可转换为电子信号，通过RS232接口传输到工控机。

2. 工控机工作原理

工控机选用国内著名工控机产品，由ups电源，光电隔离输入模件、输出模件，显示器、键盘鼠标等组成。控制部件经光电隔离输入模件采集现场传感部件的信号，现场执行机构的各种状态信号及现场的操作盘闸门控制信号，控制部件根据上位机传送过来的控制信号及闸门位置检测的信号，经输出模件发出闸门的启闭信号，经rs485接口将信号送给卷扬机专用变频器执行。控制回路具有多级联锁保护，由梯形逻辑进行控制。各单元可独立实现自动操作与运行。

3．限位控制器的工作原理

限位控制器选用法国施耐德XCKJ10541C型。在闸门框上安装限位开关，当闸门运行到定点位置上方12cm时，装于闸门上的模块撞击限位开关，限位开关的触点动作，实现电路的切换，闸门转为下降（或继续下降）10cm，闸门进入卡位，实现定点控制。同时，在现场控制站装设指示灯，限位开关触点动作的同时，指示灯进行指示，保证在半自动方式下，值班人员可以安全可靠的完成定点控制。

4. 中心站工作原理

中心站有一台上位机，上位机可通过tcpip协议远与工控机进行远程数据交换。上位机采集现场各种信号，发出闸门启闭信号，传送到现场的控制部件，由控制部件指挥执行机构作相应动作，达到闸门控制之目的。

5.视频监控系统的工作原理

视频监控系统作为闸门监控系统辅助系统，具有非常重要的意义。它能将