水闸管理中的信息化应用

水闸管理中的信息化应用

袁绪彪

安徽省淮河河道管理局，安徽省 蚌埠市 233000

摘要：水闸信息化的实现是水利行业的进入全面信息化的重要标志。本文通过对水闸信息化中常见的视频监控系统、现地控制系统、水工情观测系统进行描述。水闸信息化的建设对于水闸单位管理能力的提升、反应速度的提升等方面做了分析，为下一步水闸信息化的发展建设作为参考意见。

关键词：水闸信息化；视频监视；系统集成；

1、引言

水闸是水利事业中的一个重要单位。水闸修建在河道和渠道上利用闸门控制流量和调节水位的水工建筑物。关闭闸门可以拦洪、挡潮或抬高上游水位，以满足灌溉、发电、航运、水产、环保、工业和生活用水等需要；开启闸门，可以宣泄洪水、涝水、弃水或废水，也可对下游河道或渠道供水。按照承担的主要任务划分，水闸可分为：节制闸、进水闸、冲沙闸、分洪闸、挡潮闸、排水闸等，一些大型水闸在拦水蓄水的基础上，利用上下游的水位差来修建水电站，如三峡水电站、葛洲坝水电站。[1]

在水利行业中，水闸的特点是管理范围小，以点带面。水闸管理单位按照规模大小承担水闸上下游1000米范围内的管理事务。某些上规模的大型水闸，从生态角度考虑，可能会划分更多范围的水域管理。但是从其影响的上下游水位而言，一般要在几十到上百公里左右。这就决定了水闸的管理要注重精细实用。

2、水闸视频监视系统

视频监控在现代管理模式中，是一个非常直观且有效的管理手段。视频监控包括前端摄像机、传输线缆、视频监控平台。现在的主流视频监控网络以IP高清摄像机为前端摄像机，光缆或者网线为传输介质，后端以硬盘录像机为主架设视频监控平台。技术的发展决定了前端摄像机的性能参数提升，同时带来了传输带宽的提升。而水闸管理在本地集中中控室管理模式的优势在于基本上IP摄像机从前端到后端的传输都是光缆或网线直接连接的方式，较少利用互联网的VPN通道、4G或5G通信运营商模式、无线或微波信号直传等对带宽限制较大的方式。

从水闸管理的功能需要，需要在重点区域设立视频监控点。以某水闸节制闸为例，为了24小时监视水闸上下游水位及其他情况，需要在上下游建设智能黑光级户外球机，在异常情况下可以自动提醒水闸单位管理人员在管理区域内的异常事件。在每个闸门前后安装星光级户外枪机，可以做到每次开关闸门时不留死角，防止人员靠近或者漂浮物对闸门本身造成影响。在提升机房、发电机。变电室内安装室内枪机或半球机，适当减轻管理人员的巡检工作。

3、闸门现地控制系统

以卷扬提升为例，闸门提升的原理是利用电机带动卷扬，钢丝绳拉动闸门进行闸门的关闭。水闸单位通过提升闸门来进行闸门内外的水位调节。对于水库单位的闸门起到蓄水和放水的作用，对于河道管理单位起到调节不同河段的河床高度的作用。实现闸门提升的自动控制，就是通过PLC控制卷扬电机，在实际应用中，往往会会出现PLC控制柜1控4，有些地方出现PLC柜1控2。在PLC控制柜上有控制启停的按钮，可以通过按钮控制，也可以通过PLC柜上的触摸屏来控制。大型水闸通过多台PLC控制柜控制闸门卷扬电机，再集中到闸门集控中心，通过集控中心的工程师站/操作员站来实现“一键提闸”。[2]

4、水工情观测系统

一般的水闸管理中，水闸的水情信息主要包括工程闸前水位、闸后水位信息；工情信息主要对象包括0.4kV开关柜、闸门启闭机控制柜，柴油发电机组，1卷扬式闸门启闭机，具体的工情信息主要包括各开关柜状态、重要回路开关位置，各重要回路的电压、电流、功率等电气量，变压器温度，柴油发电机组频率、电压、功率等电气量及温度、油位、油压等非电气量，闸门开度、荷重，闸门启闭机电流、电压、功率，以及操作权限状态、针对各机电设备的操作开关量等。对于水工情的观测可以更清楚的了解本地水闸单位的功能实现状态。水工情信息采集基本上和水闸现地控制系统合一，通过同一套PLC采集系统系统完成，工勤信息主要通过室内的传感器或者辅助触点采集，室外的水位通过水位传感器采集。

5、闸门集中控制中心

闸门集中控制中心的基本功能是根据本地水闸视频监视系统闸门自动提升系统、工勤水情采集的集中显示，并根据要求进行数据集成后上传上级水利管理单位，上级水利管理单位根据多个水闸的水位及水闸状态情况，进行跨地域的水流的集中调度。

闸门集控中心的组成一般为机房机柜内的网络安全设备（防火墙、网闸、数据服务器前置机）、通讯网络设备（可管理交换机、路由器）、服务器存储系统（水工情采集存储、视频管理及存储）等，展示设备包括大屏展示（拼接LCD屏、LED显示屏）、自动化控制工程师站及操作员站、视频监控操作员站等、机房配电（配电屏、UPS、防雷接地）。

（1）网络安全。水利系统中要进行跨地域的集中调度，水闸上级管理单位需要采集闸门的工情水情数据及控制权限等，数据经过VPN接入互联网专线。从信息安全角度评估，不同的水闸单位出现信息泄露及黑客攻击的危险所造成的后果严重程度差异性，评定信息安全保护等级。网络安全设备保障信息数据接入互联网的安全，根据需求的填补信息系统的漏洞。

（2）通讯网络。在本地的网络规划中，从成本考虑，很难将不同内容的信息系统（如视频系统、数据采集、权限控制）分别建设不同的网络结构。因为网络建设一般的做法是划分不同的VLAN，每个VLAN中进行各自信息的通讯，即逻辑隔离非物理隔离的方式。

（3）服务器存储系统。现地水闸监控系统和水闸上级单位远程监测系统均应建立实时数据库，对采集及处理过的实时数据进行存储，实现对系统中任何一个实时模拟量数据（原始输入信号或中间计算值）和开关量进行连续记录。记录的时间间隔（分辨率）可以根据需要设置，最小时间间隔可达到毫秒级。记录的数据应支持实时趋势曲线显示，能够在实时趋势曲线上选择显示任何一个点的数值和时间标签。水闸上级单位远程监测系统应建立历史数据库，能够存储系统中主要的输入信号（模拟量和开关量）以及重要的中间计算数据。记录的时间间隔（分辨率）可以根据需要设置，最小时间间隔可达到1s。历史数据库的数据记录与存储应满足用户对历史数据的多种检索方式，如历史趋势曲线、日报表、月报表、事件查询等。历史数据库应实现自动清理、备份等功能。包括可通过程序设置完成过期数据的自动清理，能够定期或在存储介质空间占用率大于一定值，以一定的方式提醒运行人员将数据转存至外部存储介质，或可自动转存到外部存储介质上。

（4）控制及展示系统。操作员在中控台的操作员站进行水闸的提升操作，切换需要查看的视频信息作为开关闸门辅助信息，操作员的操作权限和操作记录也同时记录在后台数据库中供分析查询。大屏显示可以更直观的查看到管理信息画面。

6、结语

在国家层面，由于南方海拔比北方低，所以水流总体从北方流向南方，故南方的水量充足，北方则相对干旱。南水北调工程，以及作为其中重要组成部分的引江济淮工程，主要原理就是通过水闸单位以及水泵站的运行，实现水流从低处水量充分地域流向高处水量不充分地域。传统的水利工作中，往往存在“养兵千日，用兵一时”的现象，信息化系统保障优先级并不靠前。这是由于水闸管理工作长期处于各自为战的状态，水闸的开启关闭调度可以通过本地低压电气柜直接手动启动单个闸门实现。但随着信息化的全名推进，水闸的调度频率增加，水闸调度反应时间的缩短，要实现水利统一调度，实现全面的水利信息化，水闸信息化的建设已经成为其中重要的环节。

参考文献

[1] 晋浩淼. 小浪底引黄工程水利信息自动化系统的应用[J]. 技术与应用，2019（10）.

[2] 王 岩，尚振兰，周 威. 闸门自动化监控系统在水利工程中的实际应用[J]. 智能水利，2020（3）.