摘 要：把分布在沿江的閘門通過以太網絡的方式在控制中心實現遠程控制，結合視頻系統傳輸閘門實時運行工況圖像，仿佛身臨其境地操控閘門運行，實現閘門的無人看守遠程運行。利用計算機通訊技術、自動化監控技術、視頻監視技術等提高了閘門現代化管理水平。
1 概況
西江大堤（鶴山段）位于珠江三角洲西北部，西江下游右岸，大堤從鶴山市古勞鎮石巖頭山腳開始至沙坪鎮杰州圍與江門市天河圍交界止，全長16.35公里。西江大堤為2級堤防，是鶴山市最重要的堤防工程。鶴山西江大堤沿堤有7宗主要小型涵閘，為了提高現代化管理水平，減少運行管理人員，選取沿線兩宗主要的排水涵閘新竇和紙廠排水涵進行自動化改造，結合視頻監控系統傳回的2處閘門的實時圖像，實現無人值班遠程運行及監視。
2 系統組成
系統由現地控制單元、網絡傳輸系統和管理樓控制中心上位機組成?，F地控制單元包括PLC控制柜、水位監測單元、視頻監視單元組成；網絡傳輸系統分為無線傳輸和光纜有線傳輸等兩部分組成混合以太網絡；管理樓控制中心由一臺工業控制計算機運行閘門遠程控制、運行日志、水位采集等軟件組成遠程監控平臺。
本系統通過以太網絡方式在西江大堤管理樓控制中心實現對西江上游2.5km的新竇閘門和下游7.5km的紙廠閘門進行遠程控制，在管理樓控制中心的上位控制計算機上執行對兩處閘門的上升、下降、停止操作，并實時返回閘門的運行狀態，響應故障報警信號于遠程監控人員，結合視頻實時圖像直觀顯示閘門工況，遠程操控就像現地操作一樣。
2.1 現地控制單元
現地控制單元由PLC控制柜執行上位機下達的控制命令完成相應的閘門動作，并反饋閘門運行狀態信息通過網絡返回給上位機系統，同時執行閘門運行的邏輯閉鎖。采用性能可靠的三菱FX2N系列PLC和施耐德繼電器等元器件。通過行程開關反饋的限位信息由PLC控制開關閘回路。
閘門西江側通過一根Φ250mm的鋼管安裝浮子式水位計采集西江水位，以格雷碼數據格式與PLC通訊采集水位。在啟閉機室底部正對閘門處安裝一套球型攝像機，控制球型云臺實現攝像機鏡頭的水平0-360º垂直0-90º旋轉以及鏡頭的變倍聚焦，獲得閘門全方位圖像，滿足不同角度和不同部位的細部監視要求。球型云臺選用國產高性能品牌YAAN，攝像機選用晝夜型22倍變焦的三星攝像機。
2.2 網絡傳輸系統
所選的2處閘門距離管理樓分別有2.5km和7.5km，突破了雙絞線以太網的傳輸距離，所以網絡傳輸介質采用無線或光纜。新竇閘門距離管理樓直線距離2.5km沿途基本上順著堤頂公路，利用移動公司的通訊線桿架設專用光纜。紙廠閘門距離管理樓的直線距離7.5km，中間穿過沙坪河，沿途還有2個村莊，架設光纜比較困難，成本較高。通過觀測周圍地形，管理樓與紙廠閘門中間地勢比較平坦，非常適宜于安裝無線網絡。經比較選用以色列奧維通的BreezeNet無線網橋產品，實現兩處11M帶寬的無線以太網絡。
2.3 遠程監控系統
位于管理樓控制中心的上位計算機是整個系統的中樞，由一臺運行閘門遠程監控軟件的上位控制主機、一臺視頻控制主機、水位顯示屏及網絡設備等組成。采用組態軟件開發的遠程監控系統軟件通過以太網絡與位于兩處閘門的PLC通訊。上位機選用基于P4級CPU的高性能工業型控制主機，保證長期穩定可靠運行。操作人員通過上位機發送控制閘門的命令，由遠程PLC接受命令滿足條件時執行相應動作，PLC采集閘門狀態信息和工況通過網絡返回到上位機，限位閉鎖等信號和PLC邏輯鏈路控制有機結合，進行現地保護。監控軟件由閘門控制、運行日志、水位顯示、電源控制、故障報警等部分組成。視頻控制主機管理、控制位于閘門現地的球型攝像機，具有網絡瀏覽操控視頻、視頻錄象回放等功能。水位顯示屏動態顯示西江大堤鶴山段的3處典型水位，直觀了解西江的水位。
3 系統特點
本系統在傳統的閘門手工運行的基礎上通過自動化改造，利用計算機技術、網絡技術、自動化控制技術以及視頻監控等技術實現閘門遠程控制，其特點主要體現在以下幾個方面：
3.1 遠程視頻監控
兩處閘門相距控制中心較遠，突破了視頻電纜傳輸模擬視頻信號的極限距離，故不能采用傳統的DVR技術。我們根據建立的以太網絡傳輸通道，建立了基于以太網絡的遠程監控技術。采用進口的Smartsight視頻服務器把現地球型攝像機的模擬視頻信號通過MPEG4編碼數字化，通過以太網絡傳到控制中心視頻服務主機上，通過軟件方式實現數字圖象監控。
3.2 控制直觀
閘門的運行情況通過安裝在閘門頂的攝像機實時傳回管理樓控制中心，在控制中心的視頻監控主機上通過控制球型云臺實現全方位多視角的監視，能獲得閘門全景，也能獲得閘門的細部圖像，對閘門控制仿佛“身臨其境”，而且還能看到在現場無法看到的細部特征。在閘門遠程控制主機上發出閘門升降動作的命令后，可以在視頻主機上看到閘門的整個動作過程。
3.3 混合網絡傳輸
針對不同的物理位置分布，選擇合理經濟的網絡傳輸方式，為閘門遠程控制提供傳輸通道，同時保證傳輸的可靠性和充足的網絡帶寬要求。
3.4 電源遠程控制
西江大堤的沿線閘門為排水閘，平時西江水位低于內河水位，均為自流排水，閘門常開，只在汛期西江水位高時關閉閘門。故閘門運行次數較少，設備無需長期供電，我們設計了電源遠程控制，只要保證網絡設備和PLC供電，其他設備的供電均由上位機遠程控制PLC投入電源，保證各設備的使用壽命和安全。
3.5 無人值班運行
針對西江沿線排水閘運行次數較少、分布散的特點，在自動化遠程監控的技術上，通過水位監測、實時圖像傳輸、電源遠程控制等現代化手段，實現了無人值守運行。
4 結語
新竇閘門和紙廠閘門實現遠程自動化控制系統后，達到了無人值班的目的。沿江3處水位監測點實時水位分別顯示在監控軟件和壁掛水位計上，直觀地反映西江鶴山段的江面水位情況，便于決定何時開閘排水?？刂七h程監控軟件啟動閘門動作時，結合安裝在閘門處的攝像機傳回的圖像及時了解閘門工況，確保了閘門無人值班安全運行。該兩處典型閘門遠程控制系統的成功運用，為西江大堤沿線其他幾宗閘涵的自動化遠程監控提供了經驗和應用實例，為全面應用打下了基礎。
作者單位：水利部農村電氣化研究所
