涿鹿县桑干河治理工程一期橡胶坝监控系统设计

涿鹿县桑干河治理工程一期橡胶坝监控系统设计

李连全

河北省水利水电勘测设计研究院 天津 300250

摘要：城市河道治理中多采用橡胶坝来维持河道水位平衡以满足河道景观要求，本文通过对橡胶坝进行监控，实现了多级橡胶坝间数据的采集、分析、上传，提升了河道管理水平，减轻了人员巡查巡检负担。

关键词：河道治理；橡胶坝；控制系统

1.概述

涿鹿县桑干河河道综合开发治理工程一期工程共有4道橡胶坝，1#橡胶坝距离2#橡胶坝约为1000米，2#橡胶坝距离3#橡胶坝约为1000米，3#橡胶坝距离4#橡胶坝约为1000米，4道橡胶坝泵房均位于桑干河左岸。监控系统站设置2#橡胶坝控制室，在控制室内实现4道橡胶坝工程监控数据及视频监控数据的采集、传输、控制，降低管理成本，实现自动化控制。

2.微监控系统结构

根据监控系统机构设置及橡胶坝的分布特点，本站计算机监控系统采用开放式全分布系统结构，由橡胶坝控制层和现地控制层组成。橡胶坝控制层设1台主机兼操作员工作站，采用1台服务器，布置在2#橡胶坝控制室内。现地控制层设1套LCU柜(主要由PLC构成)及若干智能仪表，4道橡胶坝的LCU柜分别布置在低压配电室。另外在泵房设现地控制箱，以方便设备启停、检修及调试。

1) 操作员工作站的主要功能：完成4道橡胶坝的运行自动化、监测泵站运行工况及其管理，包括水泵机组运行，历史数据存档、归类、检索和管理，运行报表生成与打印。操作员工作站还具备人机接口功能，即完成设备运行的实时监视与控制。非运行期间，可对运行人员进行培训。

2) 现地LCU的主要功能：对机组及附属设备进行控制以及信号、参数进行采集。

3.监控系统配置

（1）主控级计算机配置

CPU：P4，2.0GHz；

内存：512MB，7ns；

硬盘：80GB；

软驱：3.5寸1.44MB；

光驱：16倍速DVD-CDR；

图形卡：16MB；

键盘及鼠标等；

22英寸纯平彩显；

网卡：CP5613网卡。

（3）语音报警系统

语音报警系统采用在上位计算机配置声卡、音箱和语言软件的方式，用于当被监控对象发生事故或故障时，发出语音报警提醒运行人员。

（4）集中监控单元(PLC)配置

集中监控单元由PLC模块、相应的I/O电源、中间继电器、按钮、指示灯和机柜等设备组成。2#橡胶坝PLC监控单元采用直接经过现场总线与上位机相连，可有效的提高系统的可靠性、实时性。1#、3#、4#橡胶坝PLC监控单元采用光交换机经光缆将信号传输至上位机。

4.监控系统功能

(1)自动采集每台充水泵、阀组及坝袋的运行状态，对异常操作及各类事故如充水泵(阀组)故障、坝袋压力过高等进行分析处理；并在控制室计算机上显示相关信息，具有画面提示、语音报警及事故打印等功能。

(2)集中控制PLC接收控制室上位计算机的控制信息，并向现地设备发出控制指令，实现自动控制，亦可于现地控制屏上手动操作充水泵和阀组的运行。集中自动或现地手动操作可通过方式开关进行设定。

(3)集中控制PLC具有故障自诊断功能。

(4)在橡胶坝控制室上位机可集中监视坝前水位、坝袋压力等重要数据，自动显示橡胶坝各现地设备状态、故障及故障处理情况，对故障发出语音报警。集中控制计算机显示内容：

①显示现地控制设备运行状态，现地设备故障，充水泵及阀组操作异常等信号；

②显示配电及控制系统接线图，充水泵及阀组控制回路状态；

③显示水流动态、坝前水位数值、坝袋压力及其它有关信息；

④显示各充水泵及阀组故障/正常信息提示栏及其他辅助设备的故障或障碍信号，并随机弹出提示窗；

⑤操作记录。

(5)数据库的查询及维护

①所有数据以记录形式保存于数据库中，查询方式有：

②操作查询；

③故障查询。

(6)密码锁

对充水泵及阀组的控制操作（起动、停止），必须输入密码方可进入操作，以确保橡胶坝安全运行。

(7)打印功能

①打印操作记录报表；

②能打印有关历史数据资料；

③随机打印，事故报警。

5.视频监视系统

本工程在2 #橡胶坝设立1个图像监视站，建立图像监控系统，通过显示屏幕直观了解现场情况，实现4道橡胶坝各建筑物运行状态的集中或远程监视。该系统采用分层分布开放式结构。

（1）图像监视系统构成

本工程图像监视系统由设在现场的多个摄像机将景象视频信号汇集到监控站的多媒体计算机，并能将数字信号经过压缩处理经调制解调器或网卡通过视频电缆和光缆送往上级监控中心的多媒体计算机，再经过解调、解压即可重现现场景象。

（2）主要设备配置

本工程4道橡胶坝均在泵房、高压配电室、低压配电室等处各设置1台固定彩色摄像机，在橡胶坝上游设置1台彩色室外一体化球机。

①主控室图像控制及显示设备：包括计算机、图像捕捉卡、收监两用机等设备。对前端全部监控点的数据进行模块处理,负责正确清晰地提供系统监视范围内的设备运行状况、现场环境等图像信息，保证实现系统范围内的全方位连续的动态监视。主控室另配置一台视频记录显示设备，主要用于对各个监测点同步切换来的图像进行预录。

②系统前端设备：包括室外全方位摄像机和室内固定式摄像机。室外全方位摄像机选择吸顶式彩色半球摄像机。室内固定式摄像机选择超级动态范固定式摄像机。

6.通信

为满足各橡胶坝的整体自动监控、视频监视及调度通信的要求，需建立数据、图像及语音通信系统。由于控制室及其被控设备都设于管理处内，本工程的通信方式采用内部通讯。

在2#橡胶坝管理处内安装一路市话作为本橡胶坝对外行政通信和调度通信的备用信道。

7.结论

通过涿鹿县桑干河治理工程一期橡胶坝监控系统设计，使得4道橡胶坝间监控数据畅通共享，在监控室能够监视异常状态，并能可靠控制各道橡胶的启停，实现了工程监控的自动化需求。

8.参考文献

【1】GB 50395-2007，视频安防监控系统工程设计规范[S].

【2】GB50052-2009，供配电系统设计规范[S].

【3】SL438-2008，水利水电工程二次接线设计规范[S].