水闸的维护-水闸自动化监控系统

水闸自动化监控系统目录1324系统概述系统结构自动化监控系统构成与工作原理自动化监控系统的功能及应用系统概述011.系统概述闸门自动化控制系统能够实现远程自动控制及现地控制相结合的方式，由于部分闸门距离水库管理所较远，为了及时进行配水调度工作，有必要对相应的闸门实现自动控制，同时对多孔闸门中使用较频繁闸门实现自动控制，因此，为逐步实现罐区配水调度的高效性，有必要建设闸门自动控制系统。水闸的自动化监控是建立在现代通信技术、自动化控制技术、计算机技术、自动控制设备及现代量测技术基础上的。1.系统概述

东谷软件的闸门自动化控制系统，以“无人值守”为设计原则，采用SCADA系统结构，通过传感技术、自动化控制技术、物联网技术、网络通信技术等，为用户提供了一套既可现地对闸门进行控制，也可远程通过计算机进行闸门启闭的自动化控制系统，该闸控系统可接入渠道水位信号、流量信号，或现场视频信号等，能够将水位、流量、视频画面等于闸控系统集中显示在一个软件画面中，使得远方操作更加可视，达到无人值守、统一调度的目标。系统结构022.系统结构闸门自动控制系统主要包括控制中心站、现场监控单元和监控终端，实现闸门实时信息自动采集、传输和控制。1）监控中心站：采用工业计算机，进行数据存储；为管理人员提供人机操作界面，实时显示闸门启闭机、出口工作阀等机电的工况；实时显示闸门的开度；实现数据查询及报表输出；通过授权的操作人员可通过工控机的人机界面远程控制闸门启闭。2）现场监控单元：主要有机柜、PLC（可编辑逻辑控制器）电源、继电器、交流接触器等构成。2.系统结构闸门自动控制系统主要包括控制中心站、现场监控单元和监控终端，实现闸门实时信息自动采集、传输和控制。3）监控终端：实时监测采集工况数据（水位、水情、流量、闸门开度、电压、电流）；在设备工作异常时自动保护；控制机电设备合理运行；接受中心发出的控制命令，根据命令向中心传输系统运行参数。4）现场控制屏：现场控制屏相当于闸门控制按钮，它直接对闸门上升、下降、停止进行控制。也是闸门控制的采集部分，负责将闸门开度值传到下位机中，将开度传来的模拟信号装换成RS-485信号传到下位机中，完成开度采集传输工作。2.系统结构图6-1系统结构图自动化监控系统构成与工作原理033.自动化监控系统构成与工作原理水闸自动化监控系统主要由中心监控室与现场测控站组成，见图6-1闸门控制系统硬件结构图。中心监控室称测控调度中心，一般设在水闸管理处，由测控计算机、网络设备、及其他计算机设备等组成；现场测控站是水闸监控系统的主要信息源及命令执行者，其主要任务是根据中心监控室的遥测查询指令，自动采集本站点的水情或工情数据，并发送给控制中心，或根据控制中心调度指令控制闸门运行。现场测控站一般设在启闭机房内，由各类传感器、通信设备、主控设备（如PLC、人机界面HMI）、中间继电器、电机保护及配电设备等构成。3.自动化监控系统构成与工作原理图6-2闸门控制系统硬件结构图3.自动化监控系统构成与工作原理从图中6-1中，水闸自动化控制系统中水位、闸位、闸门启闭电流与电压以及荷重的监测大都采用各类传感器。传感器的作用与功能主要是：测量与数据的采集、检测与控制、诊断与监测以及辅助观测等，以满足信息的传输、处理、记录、显示和控制要求。水闸自动化监控系统中采用的各类传感器与监测设备包括：（一）现场水位监测系统简介水闸的水位监测主要是将上、下游水位，通过传感器（压力式传感器或浮子码盘式传感计）将探出的现地水位变化物理量转换为电信号后，经传输将水位信号，送入水位测量仪进行电平隔离，A/D转换，由微处理机进行数据处理后分别送至各显示器显示，并根据各预置数值输出控制信号。3.自动化监控系统构成与工作原理水闸自动化监控系统中采用的各类传感器与监测设备包括：（一）现场水位监测系统简介

从图中可以看出，由水位传感器探出的水闸上、下游水位的变化量由现地水位变送器将测出的水位模拟信号，经A/D转换为数字信号后送入微处理器，经数据处理后输出的信号，可以在水位监测仪上直观地显示出水位数值，也可将信号输入到计算机内进行管理，对水位数据进行存储、查询、水位报表打印、人为设置水位报警信号等。图6-3水位监测系统工作原理结构图3.自动化监控系统构成与工作原理水闸自动化监控系统中采用的各类传感器与监测设备包括：（二）现场闸门测控系统现场闸门测控系统由闸门位置传感器、闸门启闭荷重传感器、电机电流传感器、三相数字电流表和闸门电器控制等部分组成。1）闸位传感器闸位传感器又称闸门开度传感器（其原理很大程度上与水位传感器相似）或闸位计，闸门开度传感器是将传感器接收到的闸门开、关行程信息，经放大处理后能使水闸管理人员通过显示屏，直观地观察到闸门的实时高度。闸门开度传感器可根据输出信号的类型不同，分为模拟式和数字式闸门开度传感器。3.自动化监控系统构成与工作原理水闸自动化监控系统中采用的各类传感器与监测设备包括：

2）闸门启闭荷重传感器闸门启闭荷重传感器又称电阻应变式称重传感器，常用的有压阻式传感器与压电式传感器，见图6-1闸门荷重传感器安装示意图。图6-4闸门荷重传感器安装示意图3.自动化监控系统构成与工作原理水闸自动化监控系统中采用的各类传感器与监测设备包括：（二）现场闸门测控系统

3）电动机电流、电压传感器电动机电流、电压的测量是电量测量中最基本的参数之一，电参数的测量，由于显示环节不同，而分成模拟式和数字式两种方式。首先由电量传感器将被测电流与电压进行转换和处理，得到量程适当并与被测电流隔离的电流信号。水闸启闭电动机大都采用三相交流电，产生的是三相正弦交流信号。传感器采集到的信号，经AC/DC转换器转换成直流信号，再经A/D转换成数字信号后直接显示，下面以电流传感器为例进行介绍。3.自动化监控系统构成与工作原理水闸自动化监控系统中采用的各类传感器与监测设备包括：（二）现场闸门测控系统

4）闸门电器控制部分闸门电器控制设备分为一次设备和二次设备，一次设备是指生产和分配电能的设备，二次设备是指对一次设备进行测量、控制、监视和保护用的设备。常用的二次设备有互感器、测量仪表、继电保护及自动装置、直流设备等。（三）计算机远程监控与视频系统3.自动化监控系统构成与工作原理水闸自动化监控系统中采用的各类传感器与监测设备包括：（三）计算机远程监控与视频系统1）计算机远程监控现场配置一个总线接口模块和一台计算机，可实行计算机的远程监控。闸管所计算机监控系统由一台工控计算机（上位机）、一个总线接口模块、一个远程监控模块和一台打印机组成。它通过RS-485总线网络与现场数字设备进行数据通信，采集监测数据，发送控制指令。图6-1水闸自动控制系统的原理和内部结构。除此之外，计算机还可与内部局域网和Internet网连接，实现水闸的远程监控。当用户通过中心站的监控计算机实现远程操作时，可在闸门启闭过程中随时观察闸门运行的状况、水流的变化。3.自动化监控系统构成与工作原理图6-5水闸自动控制系统原理图3.自动化监控系统构成与工作原理水闸自动化监控系统中采用的各类传感器与监测设备包括：（三）计算机远程监控与视频系统2）视频系统结构、工作原理及其用途（1）视频系统结构在水闸现场通常共安装四台彩色摄像机，用作观察上、下游河道，岸边及水闸周围的图像。其余两台是室内摄像机，用于监视启闭机房的启闭机工作状况。为了能在阴天或夜晚看清机房设备，配置了两盏遥控照明灯。现场有两个云台控制器和一个照明控制器，它们能够通过RS-485总线接受来自闸管所视频监控计算机的控制指令，控制上、下游全景摄像机云台作水平或竖直方向转动。3.自动化监控系统构成与工作原理水闸自动化监控系统中采用的各类传感器与监测设备包括：（三）计算机远程监控与视频系统2）视频系统结构、工作原理及其用途（1）视频系统结构

整个视频监控系统的硬件结构图如图6-1所示，由现场和闸管处中心监控室两大块构成。视频信号分四路送到闸管所监控室，一路是上游全景摄像机信号，一路是下游全景摄像机信号，另外两路是启闭机房摄像机信号。在闸管所监控室，有一台视频矩阵，其中输入端接现场摄像机信号、另一个输入端接电视信号。该视频矩阵的输出，分别接电视机、大屏幕投影机和计算机视频采集卡。视频矩阵具有RS-485接口，可接收计算机指令，控制任一个输入到任一个输出。3.自动化监控系统构成与工作原理图6-6视频监控系统硬件结构图3.自动化监控系统构成与工作原理水闸自动化监控系统中采用的各类传感器与监测设备包括：（三）计算机远程监控与视频系统2）视频系统结构、工作原理及其用途（2）视频系统工作原理所有视频信号经中心站的画面分割器输入监控计算机，监控计算机通过RS-485总线操作解码器，实现云台不同方向的转动以及摄像头聚焦、变倍的变化。闭路电视监视系统采用先进的电子科技手段，对远端场景进行传感成像、信号传输、集中监视、图像记录以及联动控制的安全技术防范和管理系统。良好的人机交互界面，便构成了以计算机为核心的数字式监控系统，详见图6-1水闸自控及视频系统流程图。3.自动化监控系统构成与工作原理图6-7水闸自控及视频系统流程图3.自动化监控系统构成与工作原理水闸自动化监控系统中采用的各类传感器与监测设备包括：（三）计算机远程监控与视频系统2）视频系统结构、工作原理及其用途（3）视频系统主要用途

①闸门状态监视：监视闸门运行状态、门体止水、漏水情况，结构异常振动和闸门内杂物堆积情况等；②上、下游水面监视：监视上、下游水面上的公共设施、船只、漂浮物、水流和水位等情况；③两岸观察：观察岸边的公共设施（如水位测量设备等）、堤坝情况、车辆以及行人等。3.自动化监控系统构成与工作原理水闸自动化监控系统中采用的各类传感器与监测设备包括：（三）计算机远程监控与视频系统2）视频系统结构、工作原理及其用途（3）视频系统主要用途

④水闸周围观察：观察闸上设备运行情况、照明、公共设施和过闸车辆与行人等。

⑤监视启闭机房：观察启闭卷扬机运行情况和启闭机房的其他情况；3.自动化监控系统构成与工作原理水闸自动化监控系统中采用的各类传感器与监测设备包括：（四）闸门启闭荷载监测

安装在启闭机转筒轴承支座一端的荷重传感器，在起吊闸门时，传感器受力，将测得的电压或电流信号，经双绞电缆线引至单片机测控调度中心系统，单片机系统对此信号经模数转换和线形变化后，形成闸门荷重值。一方面把此值送入调度中心操作台上的面板进行集中显示，另一方面把此值与面板上输入的荷重预报警和荷重超载值进行比较，当闸门大于或等于预报警时，荷重预报警灯亮。蜂鸣器响，以及告知操作人员此时闸门已经超负荷运行，需排除故障，详见图6-1数字式闸门荷重测量原理图。

3.自动化监控系统构成与工作原理图6-8数字化闸门荷重测量原理图3.自动化监控系统构成与工作原理水闸自动化监控系统中采用的各类传感器与监测设备包括：（五）闸门启闭电动机的电流、电压监测

闸门启闭电动机的工作电流与工作电压的数值大小，是反映电动机是否运行在正常范围内的重要依据。以往对运行电动机的电流、电压监测大部分采用模拟式测量仪表，往往是将一个模拟量转换为另一个模拟量。其测量结果需要根据指针在刻度盘上所指示的位置来读出，因此模拟测量仪表又称指示仪表。目前在水闸自动化监控系统中，对电动机电流与电压的测量，通常是采用数字式测量仪表，数字式电流、电压仪表是基于模拟数字转换原理来完成测量任务的，其测量结果用数字形式直接显示出来。数字式仪表的基本工作原理框图，如图6-1。3.自动化监控系统构成与工作原理水闸自动化监控系统中采用的各类传感器与监测设备包括：（五）闸门启闭电动机的电流、电压监测

下图中，主要包括输入电路、A/D转换器、计数器、显示器和逻辑控制电路等部件。输入电路把被测量对象变换成时间（频率）、电流或电压；A/D转换器将变换后的时间（频率）、电流或电压转换成数字量；计数器对数字量进行计数，并将计数结果送往显示器进行数字显示；逻辑控制电路完成整机的控制，使各部件协调工作，并自动进行重复测量。图6-9数字测量仪表的基本原理框图3.自动化监控系统构成与工作原理水闸自动化监控系统中采用的各类传感器与监测设备包括：（六）其他监测设施1）水闸测压系统水闸测压系统由预埋在闸墩、岸墙、翼墙及铺盖里的测压管、液位压力变送器、管口护罩（详见图6-1测压管现场布置图）信号传输电缆、接口装置、计算机及系统软件等组成。3.自动化监控系统构成与工作原理水闸自动化监控系统中采用的各类传感器与监测设备包括：（六）其他监测设施1）水闸测压系统

在各个测压管中，安装投入式液位传感器，当外界水位发生变化时，水压力作用在液位传感器探头上，引起传感器探头内压力敏感元件上的电桥输出电压产生变化，该变化量经信号处理后，测出的电流信号经信号电缆传输给接口装置进行调整，最后送入计算机管理。计算机可以保存检测到的数据，并进行数据处理、编辑、存储、打印、显示测压管水位数、数据查询，生成测压管内水位变化过程线

，用于对水闸渗水进行安全数据分析，发现问题及时处理3.自动化监控系统构成与工作原理水闸自动化监控系统中采用的各类传感器与监测设备包括：（六）其他监测设施1）水闸测压系统图6-11水闸测压系统原理方框图

计算机可以保存检测到的数据，并进行数据处理、编辑、存储、打印、显示测压管水位值、数据查询，生成测压管内水位变化过程线，用于对水闸渗水进行安全数据分析，发现问题及时处理。

3.自动化监控系统构成与工作原理水闸自动化监控系统中采用的各类传感器与监测设备包括：（六）其他监测设施2）雨量的自动化监测

利用高科技手段将降雨量的数据信息经过自动测报系统，进行遥测、通信、计算机管理，从而可以完成对降雨量数据的采集、传输、存储、查询、统计与打印等项工作，并在无人值守的情况下快速准确地掌握所需区域的雨情水文资料，快速传递至决策机构，进行洪水预报和优化调度，最大限度地减少洪涝灾害造成的损失。3.自动化监控系统构成与工作原理水闸自动化监控系统中采用的各类传感器与监测设备包括：（六）其他监测设施3）水质的监测

随着环境污染加重，开闸引水用于灌溉的水质进行现场、实时、连续监测，特别是对水中有机物浓度的监测分析。水体有机物浓度的监测，采用光纤化学传感器。工作原理是在一根长光纤的输出端连接一个专用的换能器（光极），当光束从光纤的输入端照射进去以后，便于光极相互作用，然后又经过光纤返回到输入端进入检测装置。将光纤化学传感器放在远端水体中，从而可获得水体中有关信息，实现对现场的实时监测。自动化监控系统的功能及应用044.自动化监控系统的功能及应用水闸的自动化监控系统，主要是通过计算机监控系统准确监测到闸门上、下游水位，闸门荷重，闸门启闭状态与闸门开度，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到闸门的运行工况及周边环境。（一）数据采