（1）系统介绍

闸门监控系统主要是对闸门进行远程、现地操作控制。

现有的闸门监控站设在配水中心，由闸门系统控制柜组成，闸位信号取自现场轴编码器，传输到测控终端机，通讯信号经光纤与监控中心上位机进行数据传输。闸门启闭可由上位机远程控制，也可在闸门控制柜上通过按钮控制，并且在通讯故障时不受影响。

控制权分为监控中心和就地两级，控制可以进行切换，优先顺序为“就地，中控室”。监控系统将保证在进行控制权切换时闸门运行无扰动。监控中心控制是指在控制室操作员工作站上的操作，就地控制指在现场控制柜上的操作。

监控系统应简单可靠，高度冗余，操作灵活，维护方便；系统应实时性好，抗干扰能力强；人机接口功能强，操作方便。

（2）设计方案

2.1系统设计原则

（1）系统设计遵循“技术先进成熟、实时快速、安全可靠、经济实用、便于扩展、容易升级”的基本原则。

（2）采用全计算机监控并后备手动集中控制方式。

（3）采用先进、成熟的全开放、分层、全分布系统结构，系统配置和设备选型便于硬件和功能的扩充，并适应计算机技术发展迅速的特点，充分利用计算机领域的先进技术，使系统性能达到国内一流水平，确保软、硬件安全可靠、长期连续运行，以实现“无人值班，少人值守”的目标。

（4）操作系统采用Windowsserver2008，SCADA软件采用我公司自主研发的监控软件，控制器也采用我公司自主研发的控制器，数据库软件采用SQLSERVER2008,系统更适应功能的增加和规模的扩充；软件采用成熟的标准汉化系统，人机界面友好，操作方便，显示的画面和打印的文件清晰醒目。网络接口采用符合国际标准化组织ISO的开放系统互联模型OSI,采用TCP/IP协议组，执行IEEE802标准。

（5）系统响应速度快，实时性好；具有可靠接地和防雷保护措施，抗干扰性能强，可利用率高，可维护性好。

（6）系统高度可靠，不会因局部故障而影响现场设备的正常运行，而且系统的MTBF、MTTR及各项性能指标均达到或超过部颁《水电厂计算机监控系统基本技术条件》的规定。

2.2监控系统功能

2.2.1监控中心可以实现的功能

(1) 在监控中心通过上位计算机应可以实时监控现场设备的运行情况，并集成视频监控系统实时监控现场的视频图像，可实时显示监控计算机界面，为用水调度、闸门监控、数据显示及图形监控提供了最现代化的手段。

(2) 在监控中心，利用光缆和屏蔽双绞线应实现对各总干渠及分干渠水位和输水流量进行远程监控

(3) 在监控中心通过视频监视、远程监控闸门。在远程控制状态下完成成组设定、闸高设定、成组对称运行和单闸门运行，对所辖区内的闸门状态应进行监控并监测其整个启闭过程。

(4) 在上位机上通过应用软件应实现对闸门、水位、流量的图形显示，远程设置，数据管理，故障报警，报表打印，趋势曲线及数据分析等。

(5) 将上位机监控界面、视频监控界面、流量分析界面等显示在液晶电视上。

(6) 可把每个测点指定在地图位置，双击地图测点，弹出详细闸门界面，界面集成闸门信息和视频。

2.2.2闸门监控站实现的功能

对闸门实现就地按钮控制和远程控制

（1）现地控制

现地控制：现场已安装控制柜。

（2）远程控制

远程控制：即在监控中心控制室，监控计算机远程对闸门自动进行闸门升、降、停操作，同时闸位及闸门状态等数据以图形或数表方式显示在彩色显示器上。远程控制操作由设在现地柜上的现地/远程转换开关转换控制。运行时，闸位有不间断反映，当闸位达到上、下限闸位或设定闸位时，自动停机。

远程控制与现地控制相互闭销，并在现地进行切换，仅当现地控制柜上的控制方式开关打向远程时，上位机才能进行远程控制。一般地，系统经调试正常运行时，以远程控制为主。现地控制柜的测控终端可脱离上位机及现场总线独立进行操作控制，主要用于设备投运初期、闸门检修及主控级故障或通信中断等情况。

（3）数据的采集与处理

★数据量采集

a. 各个闸门的位置；

b. 上、下游水位；

c. 电压、电流检测采集。

★状态量采集

a. 闸门上升或下降接触器状态；

b. 闸门全开、全关状态；

c. 操作方式状态；

d. 闸门启闭机保护装置状态；

e. 控制电源状态；

f. 有关操作状态。

（3）监控中心设备及软件功能介绍

3.1监控中心硬件设备

u 服务器：推荐配置，4G以上内存，1T以上硬盘，4核CPU。

u 网络设备：包括光纤收发器、交换机等。

u 视频存储设备：海康威视硬盘录像机。

u 大屏幕：根据用户需求可以选配。

3.2监控中心软件

操作系统软件：windowsserver2008

数据库软件：sqlserver2008

河道水闸监控系统软件：见功能说明。

3.3河道水闸监控系统软件

软件采用CS架构，可以实时接收每个闸站的安全运行数据，与视频图像，进入某一个闸门的运行界面时，可以同时查看该闸门的闸前、闸后水位、闸门高度、控制状态、故障状态与该闸门处的视频图像。对设备的运行进行实时监视及参数在线修改、状变监视、越限检查、过程监视、趋势分析和监控系统异常监视。

◆实时运行监视与保护

1）运行实时监视及参数在线修改：运行值班人员通过显示器对系统内各主设备的运行状态和运行参数进行实时监视控制及在线修改参数。对职责不同的各级运行人员，其操作权限的内容也各不相同。对监控系统监控的所有设备，具有一定操作权限的运行值班人员能在线修改运行参数。

2）越限检查：检查设备异常状态并发出报警，异常状态信号在显示器上显示并记录。当控制器发出控阀指令，经过设定时间，阀门反馈信号未返回动作，则控制器停止控制阀门。

3）阀门主回路接线错误保护：当阀门主回路线序接反时，控制阀门动作随之相反方向动作，如：控制器发出开阀命令时，阀门实际是关阀门，这时根据控制器发出的是开阀指令，而阀门反馈的开度值变小，则控制器会断开命令且发出报警，本控制系统有这种保护报警功能，另外阀门还具有三重保护，1、第一重保护为模拟量输出保护（AO输出到达20Ma阀门不在动作）；2、第二重保护为到位保护（阀门自身给出限位开关）；3、第三为过力矩保护（阀门自身给出过力矩保护信号）；

4）过程监视：当闸门上升或下降指令下达后，监控系统能自动显示相应的设备操作监视画面。画面以流程框图的形式实时显示全部工况执行过程中每一步骤及执行情况，提示在工况执行过程受阻时的部位及其原因，进行开环运行指导甚至闭环自动控制操作。

5）趋势分析：对某些运行参数的变化进行趋势分析，及时发现故障征兆，越限报警，自动显示、记录和打印。

如闸门监控中心可对如上、下游水位、泄洪流量等还进行监控和趋势分析。对这些参数量值可预先设定其限制范围，当它们越限或复限时可作相应处理，如越限报警，越复限自动显示、记录和打印。

6）监控系统异常监视：监控系统的硬件或软件发生事故则立即发出报警信号，并在显示器及打印机上显示记录，指示故障部位。

◆记录、报告

对所有监控对象的操作、报警事件及实时参数报表等应记录下来，并能以中文格式在显示器上显示，在打印机上打印。打印记录分为定时打印记录、事故故障打印记录、操作打印记录及召唤打印记录等工作方式。

1）报告

按时、日、月生成各种统计报表，也可根据操作员的指令随时生成各种报表。

2）趋势记录

记录重要监视量的运行变化趋势等。

◆数据通信

预留与上级防汛调度中心的通讯接口。

主控级单元与各现地控制单元通信，向各现地控制单元发送指令，并接收各现地控制单元上送的各种信息。

1) 监控中心与现地监控单元计算机之间的通信采用屏蔽双绞线和光纤，通信介质为单模光缆。

2) 就地控制单元与现地各监控设备采用RS-485通讯方式，通讯介质为屏蔽双绞线。

监控中心交换机预留以太网端口(RJ45)或工控机预留串行通信口，用以与上级防汛调度中心的通讯接口或相关系统进行通信。

◆管理

★在监控中心计算机显示器或大屏幕电视上能以数字、文字、图形、表格、棒图、动画等多种形式组织画面对以下信息进行动态显示；

上、下游水位显示(趋势图)

闸门开度模拟显示(动画)

各种事故、故障统计表

历史记录查询

进洪闸景观效果图

★人机对话：运行人员通过操作台上的标准键盘可输入各种数据以更新修改各种文件，人工置入各种缺漏的数据，输入各种控制命令等，以监视和控制各扇闸门的运行。

★计算

计算各闸门过流量、各泄水建筑物累计过水总量；

★查询、检索

a. 具有历史数据查询、检索功能；

b. 具有操作过程查询、检索功能。

（4）闸门监测站设备介绍

闸门监测站现场有单孔闸门、多孔闸门。而且启闭机也有螺杆启闭机，液压启闭机及卷扬启闭机。所以闸门的高度测量需要根据各种不同的闸门选择不同的闸位计。

闸门现地控制单元主要完成数据采集与处理、事件检测、控制与调节、人机接口与通信等功能。闸门现地控制单元可手动实现闸门控制，也可实现与闸门监控中心进行网络数据通信，接收控制指令并对闸门发出启闭信号；并通过传感器接收闸门现场信息，向闸门监控中心反馈闸门现场运行工况、故障信号等信息。

4.1闸门远程测控终端设备的介绍

●硬件设备：

由唐山平升公司设计的闸门远程测控终端机、传感器等设备构成。负责采集、传输系统的各种参量，并对机电设备进行控制。闸门的开度通过专用传感器设备组网与测控终端进行通讯，数据在显示屏上显示。采用这种结构可以减少投资和提高数据采集的精确度。测控终端通过网口接入到光纤网络中与上位机进行通讯。测控终端负责采集数据和实现控制，可根据监控终端的采集数据和控制设备的数量不同而配置相应的规模，也利于将来系统的扩展。

●软件设备：

主要是指测控终端内的程序设计，具体功能描述如下：

(1)数据采集功能

①可采集闸门开度信号

测量范围：0-20M；分辨力：1CM；

②可采集每孔闸门开关量输入：闸门行程开关限位接点、闸门开度测量仪位置接点、控制开关转换接点及故障信号引入接点；

③状态量采集

a.闸门上升或下降接触器状态；

b.闸位行程开关状态；

c.启闭机保护装置状态；

d.操作按钮和开关状态；

e.电动机过流和缺相故障；

f.闸门上限、下限限位信号。

(2)闸门控制功能

①手动控制：将现地控制柜上的操作模式转换开关打到“手动控制”，即可通过机旁控制箱面板上面的“上升”“下降”“停止”按扭对闸门进行操作，此种模式下只有按扭限位开关参与控制。优先于“自动控制”和“远程控制”

②自动控制：将现地控制柜上的操作模式转换开关打到“自动控制”，该状态下开度仪、测控终端等现场自动化设备参与逻辑控制。在闸门运行过程中，现场操作员可通过开度仪和相应指示灯实时观测闸门运行状态。当闸门出现越限（超越上、下限）、电机过流、缺相等故障时，闸门自动停止运行。“自动控制”优先于“远程控制”；

③远程控制：测控终端通过以太网接收闸门监控中心工控机的指令，自动完成闸门的开启或关闭。将现地控制柜上的操作模式转换开关打到“远程控制“，即可通过上位机操作闸门自动开启/关闭到指定位置。操作人员将通过计算机的操作界面发布闸门运行指令，并通过网络接口下达到相应闸门监控站的。测控终端在接到传来的控制命令后，自动启动闸门运行，并控制闸门运动到指定值。在闸门运行过程中，上位机可实时采集闸位信息及查询来自测控终端的闸门运行状态信息，使中心站操作员在计算机上实时掌握闸位信息，以便实现定闸位控制，并可实时掌握闸门在运行过程中的状态。

④控制互锁功能：闸门控制时，二次回路中加入必要的互锁条件，同时在测控终端程序中也加入必要的互锁条件，以防止闸门误动作。

(3)信号显示

在现地控制屏面板设置一些相关信号灯

①闸门状态(开、关、停)指示；

②闸门位置(上限、下限)指示；

③控制屏上的开度仪实时显示闸门开度值；

④电机过流、缺相指示

⑤控制柜电源指示

⑥操作模式指示

(4)数据远传

闸门现地控制单元通过网络接口由交换机将有关信息上传。

(5)报警功能设计

在闸门运行过程中，当系统发生故障时，能够立即报警，并可根据需求和实际情况手动或自动终止当前闸门运行操作。闸门现场操作人员通过现场操作控制的相关信号灯可实时掌握故障的发生，并且故障信号通过网口上传。

常见故障内容如下：

Ø 电机过流、缺相。

Ø 闸门运行超上下限

Ø 闸门上限。当闸门到达最高点位置时，安装在闸门上的上位限制传感器应立即断开主回路，同时向测控终端发布信号，使测控终端发布停止指令，并发布报警信号；在现场自动控制时，由开度仪发出停止命令和报警信息，或在发布报警时，手动停止当前闸门操作。

Ø 闸门下限。当闸门到达最低点位置时，安装在闸门上的下位限制传感器应立即断开主回路，同时向测控终端发布信号，使测控终端发布停止指令，并发布报警信号；在现场自动控制时，由开度仪发出停止命令和报警信息，或在发布报警时，手动停止当前闸门操作。

（3）通信系统

Ø 各闸门在现地通过现地控制柜控制闸门启闭。

Ø 闸门开度信息、上下限位信息、电动机过流缺相信息、闸门状态传输到各闸门现地控制单元，通过测控终端将信息传输到闸门监控中心站。在超限时，由现地控制单元自动完成闸门锁定功能。

Ø 闸门监控中心的上位机能通过网络通信方式接收由现地控制单元传输来的各闸门的工况数据。

Ø 闸门监控中心的上位机能通过网络通信方式控制现地控制单元的闸门启闭。

通信接口说明如下：

监控软件与测控终端之间采用网口进行通信；

4.2避雷措施

a.室外接入测控终端的控制信号应加装信号避雷器；

b.信号输入输出均采用光电隔离。

c．电缆铺设采用穿钢管防雷铺设。

4.3系统的安全性和可靠性保障措施

a.保障仪表、仪器的稳定性、可靠性和安全性：仪表、测控终端、PC机、通信器件、小型元器件均采用国际或国内知名品牌;

b.整个系统设计的合理性:系统采用成熟的、高可靠性的以太网作为系统的控制网络,以高可靠性的测控终端控制核心,保障了数据传输、数据处理的可靠性和及时性;

c.软件系统的可靠性:在硬件系统可靠性的基础上,软件系统也要用各种可能的互锁条件进行处理、发送数据。将可预知的和不可预知的错误均进行相应的处理,提高软件系统的可靠性、抗干扰性和模糊分析处理能力;

d.保障电源的稳定性和安全性:二次回路采用直流供电，在闸门启动过程中可能会造成供电回路的电流、电压的波动过大，由此将会导致控制回路中的仪器仪表的故障率增大，使得整个控制系统的可靠性大大降低。为了避免这种情况的出现，为此我们特别设计的控制柜采用直流屏供电，使得整个控制回路的电源和一次回路的主电源完全隔离，大大增加了本系统的稳定性和可靠性。

e.保障电机的可靠性和安全性:用电机保护器实时监测电机的电流,以预防电机过载、过压、欠压、缺相、堵转运行,从而预防闸门发生故障,当发生故障时软件和硬件均进行相应的处理;配置使用智能电机保护器，智能电机保护器在闸门运行过程中可以自动判断电机的荷载，，避免电机的过载、过流、欠压运行，从而最大限度的保证闸门及电机运行的安全性和可靠性。

f.整个系统的有效可靠接地,采取切实有效的防雷措施，保证了系统在恶劣环境下的正常工作。