新疆额尔齐斯河流域开发建设工程管理局 新疆乌鲁木齐 830000
摘要：闸门自动化联动系统是水利枢纽供水、发电的执行系统，在供水和发电期间闸门联动、监控系统的稳定、安全、可靠性直接影响渠道水位及所属渠道段内供水安全。文中主要介绍闸门计算机监控及联动系统在北疆某水利枢纽系统中的应用。
关键词：闸门自动化；闸门计算机监控系统；闸门联动
1、引言
北疆某水利枢纽为Ⅱ等大（2）型水利工程，由拦河大坝、导流兼泄洪排沙洞、开敞式溢洪道、坝后式电站、总干进水闸等建筑物组成。其中总干进水闸位于水库左副坝处，分为工作闸门和事故检修门。工作闸门采用5×4m三孔平板钢结构闸门，由三台卷扬式启闭机控制；事故检修门共用一扇5×4m平板检修门，由QM2×250KN-22m单向门机控制。在库水位645m总干渠进水闸设计引水流量120m3/s,加大流量140m3/s，死水位632.00m时，引水流量为30m3/s。
总干渠进水闸承担着向干渠输水任务。总干进水闸与干渠之间新建一座贯流式水电站，总干进水闸由只向总干渠输水的工作性质转变为同时承担输水和发电两大任务。电站利用总干进水闸右侧孔作为电站进水口，在总干进水闸运行期间，利用总干进水闸闸前水位与总干进水闸消力塘水位之间17米的落差发电，因此电站与总干闸1、2号闸联动时，电站发电提供总干渠部分或全部需水，不足部分由总干进水闸调节补充。为保证发电和渠道输水的安全可靠性，建设了一套总干进水闸与电站联动控制系统。
2、设计方案
2.1监控画面
操作界面设计采用全新图形技术，功能齐全、美观，主要画面包括画面索引、闸门控制操作图、历史一览表、报警信息查询、报表查询等。画面中设计以动态数据、曲线图等模拟闸门真实运行开度情况，以不同颜色的字符串显示设备状态或故障，以系统中固有的一些控件来显示当前的水位、流量。在各监控画面中集成了现地CPU控制柜上所有的开度、把手的模拟图标，运行值班人员可直接通过此画面查看到各控制设备当前的运行状态及运行参数。
2.2数据库组态
数据库组态软件提供了丰富的界面、简单快捷的手段给用户以生成NC 2000的实时数据库系统。用户以对象树的方式生成和编辑数据库系统，软件还提供了丰富的设备驱动库以及用户可以自定义的设备库供选择使用。
2.3网络通信及电源等
系统主要包括现场传感器、现地控制单元和中心站上位机三部分，系统主要节点包括总干进水闸、节制闸、退水闸及水电站。
考虑通信安全，现地系统采用双光纤环网设计，网络结构如下图：
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后备电源配置：为保证自动化系统的连续可靠运行，在总干进水闸及节制闸各配置1套UPS不间断电源，UPS电源为闸门监控系统和视频监控系统设备及网络设备供电，后备时间为8小时。
3、硬件配置
3.1数据的存储及通信：
系统软件具有设备管理、录像管理、流媒体管理、报警管理、文件管理、视频分发管理、网络管理、链路查询管理、日志管理、安全管理等功能。
系统能保证主控级能迅速可靠、准确有效地完成对各闸门的安全监视和控制，以及对整个系统的运行管理，包括历史数据存档、检索；运行报表生成与打印；对外通信管理等。闸门现地控制级主要完成对闸门的控制、操作显示及与主控级的通信。各闸门现地控制LCU具有通过光纤环网与管理站、调度中心应用系统进行数据通信的功能。接收并调度中心下发的流量指令，经计算自动执行各类控制指令。
3.2运行监视:
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。
系统建设主要分为系统中央控制室（监控中心）和闸门现场监控装置两部分，监控中心由系统前置机、系统组态平台、计算机网络平台及应用软件组成，闸门现场监控装置由图像部分的摄像头机位布置、闸门监控部件PLC的布置以及信息传输通道的建设。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，并通过水利计算，根据多年实测水文资料，自动计算闸门开度，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。闸门自动化监控系统由开度传感器、现场控制单元（LCU）、信号传送线缆及中心控制站组成。可以根据用户要求和系统特点在现地单控、群控，也可在异地远程遥控
3.3数据采集与处理:
总干进水闸、节制闸、退水闸能自动采集被控对象的各类实时数据，包括闸门开度、消力塘水位、渠道水位、过机流量等实时数据，接收来自调度中心的命令信息和数据，处理调度中心下发的渠道流量指令，并在事故或者故障情况时自动采集事故或者故障发生时刻的相关数据，进行语音报警。
3.4联动控制：
总干进水闸LCU根据各现地LCU采集的闸门开度、消力塘水位、渠道水位、过机流量等实时数据，按照调度要求，总干进水闸PLC自行计算总干渠要求流量与机组过机流量之差，根据给定的曲线转换成闸门需要的实际开度，由启动柜按要求进行启闭闸门，最终实现对总干渠流量的调控。联动控制系统还包括对节制闸和退水闸的实时监控，出现异常情况，及时报警。
4、联动控制特征
联动控制目标：满足总干供水流量需求。电站机组过机流量Q电、总干渠总的供水需求流量Q总，总干进水闸需调节供应的流量Q调。
Q调=Q总-Q电
联动控制主要对象：总干进水闸（共2孔闸门）。
联动控制重要参数：总干进水闸闸门开度、电站过机流量、发电机组开停机及事故停机信号、消力塘水位、总干渠水位。
联动控制手段及方式：根据电站机组过机流量Q电及总干总的供水需求流量Q总，计算总干进水闸需调节供应的流量Q调，再根据总干进水闸开度-流量关系曲线，换算成闸门开度KS，将闸门调整至开度KS，满足总干渠供水需求。
5、运行模式
5.1系统联动单控模式
联动系统得到供水总量小于30m³/S的指令时时，联动系统开启单孔闸门运行，开启优先动作2#闸门，关闭优先动作1#闸门，具体动作方案如下：
5.1.1当1#均处于全关位置时，开启2#闸门至目标流量开度，如若2#闸门故障，开启1#闸门至目标流量开度；
5.1.2当1#不处于全关位置且大于等于30m³/S时，关闭1#闸门，根据1#闸门停止后的闸门开度，决定2#闸门需达到的开度，如2#闸门故障，再启闭1#闸门需达到的开度；
5.1.3当1#闸门不处于全关位置且小于30m³/S时，开启2#闸门需达到的开度，如2#闸门故障，再开启1#闸门需达到的开度。
5.2系统联动小水电模式
5.2.1联动系统得到供水总量大于等于30m³/S的指令时时，判断小水电是否在过水状态。当小水电在过水状态，即为小水电供水模式：
当小水电不在过水状态（导叶全关信号与流量计流量综合判断，流量异常时报警）时具体动作方案如下：
总干进水闸两孔闸门分别开闸，PLC程序自动将两孔闸门提升至闸门需求流量开度的约1/2处（优先开启2#闸门至1/2处，剩余由1#闸门补齐）。
6、结语
经过试运行，期间电厂突发事故导叶全关，监控系统报警，总干进水闸闸门根据调度流量自行开启补流，未造成渠道水位大幅波动。充分验证了这套闸门联动系统的高度可靠性和精准度。
本文以北疆某水利枢纽工程为例，全面分析了闸门自动化控制系统的整体结构及其应用，对其监控系统进行了全面阐述，并分析了自动化监控系统及联动的方案，为提高现代化管理提供了有力的工具，具有较高的使用价值。