数据采集系统负责上下游水位、闸位、闸门位置等开关量和模拟量的采集；启闭控制系统负责闸门升降停的控制；安全保障系统则是为了确保闸门在启闭运行时，无论出现任何非正常工况都可以迅速地安全终止操作，保护设备安全；前台计算机监控系统主要负责对数据的处理、分析、判断，提供较为直观友好的人机界面；语音报警系统除了对设备运行异常情况进行报警外，还可以在闸门启闭前进行语音提示，对上下游起到告知作用；WEB发布系统则可以对闸门的运行工况，如水位、流量、开高、开孔数、荷重等参数进行对外发布，以供其它人员浏览；视频监视系统负责采集存储启闭机房内外、上下游河道等重点监控点的运行情况 ，并同时具备通过IE进行远程WEB浏览功能。

    其中数据采集系统、启闭控制系统由PLC完成，安全保障系统由数字电子限位、机械限位、负载过荷、工作超时、启闭机过流、方式闭锁等多重保护功能组成，确保闸门运行安全可靠。计算机监控系统、语音报警系统、web发布系统由前台监控计算机完成，视频监视系统及远程浏览可以通过硬盘录像机来轻松实现。

5  两种远程监控方式比较

    5.1 通过RS485与闸位计实现

    闸门远程集中控制可以通过闸位计来实现，如DZK-B、XDZC-100型闸门测控仪等，其本身具备闸门启闭控制、上下限位设置、开高模拟跟踪显示、荷重监视等功能，但一般闸门测控仪与上位机的通讯是通过基于MODBUS RTU 485标准串行通信总线实现的，实现近地控制没有问题，但要实现远程控制，必须设置近地监控计算机，远程计算机以光纤以太网为传输介质，通过IEC60870-5-103、IEC60870-5-104协议来启动近地计算机进行控制，近地计算机将监控信息通过协议通讯方式反馈给远方计算机。这种方式要求近地计算机必须长时间不间断运行，而且现地通讯要可靠。这种方式以前在沙集节制闸应用过，通过在近地监控计算机上设置闸门开高、流量等参数，计算机通过485通讯的方式驱动DZK-B闸门测控仪对闸门进行启闭停的控制，无须人工进行操作，从实际多次应用来看，458近地控制方式比较可靠，远程控制没有做过试验。

    沙集闸站监控拓扑结构图（RS-485）
    

    优点：投资小，可以实现近地控制，无须人工参与。

    缺点：设备MTBF无法保障，485通讯受环境传输距离等影响，可靠性较差，数据响应速度较慢。实际应用仅适用于近地控制，不适合远程控制。

    5.2 通过以太网与PLC实现

    PLC作为工业控制的现场重要单元（LCU），其强大的逻辑功能、稳定性、抗干扰能力远非计算机可以比拟。通过PLC来实现闸门的远程监控，无论从技术上还是远期投资上看都远非其它设备可比。另外工业以太网的日趋成熟应用，基于MODBUS TCP/IP协议的工业以太网工控产品的不断推出，更是极大地推动了工业领域的远程监控革命的发展。在进行六塘河闸自动化监控设计时，就采用了以太网加PLC的组合监控方式。
    

    上下游水位、闸门开高、荷重等以4-20mA模拟量格式送至PLC，闸门位置等开关量信号同样由PLC采集。；视频监控采集传输发布由硬盘录像机；这种控制方式远程计算机可以通过IEC60870-5-103、IEC60870-5-104控制现地计算机完成闸门控制调度，但鉴于PLC与硬盘录像机具备了以太网通讯接口，因此推荐远程计算机直接控制PLC的方式更直接、更可靠。

    优点：安全可靠、自动化远程实时监控、无人值班、无人值守、节约管理费用。

    缺点：先期投资较高，应具备以太网通讯条件。

6 闸门自动化监控测点表

7  远程监控主要设备选择

    7.1 以太网交换机

    从工程运行可靠性上考虑，以太网交换机建议选择工业级以太网交换机，可靠性高、抗干扰，如CISCO、MOXA等，最好支持环网。

    7.2 PLC（可编程序控制器）

    鉴于闸门控制的测点较少，逻辑控制较为简单，在PLC的选择上趋于小型化、智能化产品，仅需配置必要的I/O模块、模拟量模块即可。如GE FANUC 的VERSAMAX，simens 的S7-200，Schneider Modicon M340都是配置以太网通讯的小型工控产品。六塘河闸加固自动化改造选择的是VERSAMAX。

    7.3 水位计

    从产品的可靠性、技术性能上来看，虽然VEGA水位计的价格较高，但鉴于其高性能、高精度，建议选择。

    7.4 闸位计及编码器

    建议选择GP-1312通用位移控制仪，与高精度HEIDENHAIN旋转编码器配合使用，可实现对闸门的高精细控制。支持4-20mA标准电流信号和4-8个开关量输出。

    7.5 硬盘录像机

    嵌入式硬盘录像机无论从易用性、还是可靠性上来讲都较PC式硬盘录像机性能优越，可以方便地实现图像MPEG-4格式的采集、存储、发布。如sumsung SHR-2040P。

    7.6 摄像机

    闸门上下游可以选择球形一体化带红外的彩色机，便于监视上下游广角范围的情况，闸门启闭机房内则设置固定式摄像机即可。

8  远程监控系统的应用

    闸门自动化远程监控系统主要用于水电厂、水库、河道、供水渠的闸门控制。被控闸门可以是平板门、弧型门、液压门或快速门。制动方式可以是卷扬方式自动化、液压方式或螺杆方式。系统由闸位传感器、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。系统采用高可靠性的硬件设备和工业控制专用组态软件平台，具有可靠性高、操作简单之优点，为防止误动作和误操作，一般系统应具有连锁控制，中心站操作具有操作等级设置及操作自动记录备查。该监控系统一般采用分布控制，信号传输采用光缆或其它避雷性能良好的传输方式，使系统远方控制可达数公里以外，系统同时具有现场图像监视功能，使用安全可靠。

9  结语

    闸门的远程自动化监控设计理念已经日趋成熟，随着工业技术的快速发展，基础设施的逐步改善、光纤的逐步普及，闸门控制将逐步实现“无人值班、无人值守”，远程监控将变成现实。笔者从实际应用情况出发，提出了一些自己的看法，仅供借鉴参考。

参考文献：

    [1] 肖志怀，中小型水电站辅助设备及自动化 [M].北京: 中国电力出版社，2006年。

    [2] 陈忠华，可编程序控制器与工业自动化系统 [M].北京: 机械工业出版社，2006年。

    [3] SL75-94，水闸技术管理规程 [S]。1994年。

    [4] 刘柏青，水利工程管理自动化 [M].武汉: 武汉大学出版社，2002年。

    作者简介：莫兆祥（1974-08），男，江苏宿迁人，江苏农学院水利水电动力工程专业，工程师。江苏省骆运水利工程管理处工管科，主要从事泵站水闸管理、技术改造、自动化控制设计等工作