水閘自動化監控系統目錄1324系統概述系統結構自動化監控系統構成與工作原理自動化監控系統的功能及應用系統概述011.系統概述閘門自動化控制系統能夠實現遠程自動控制及現地控制相結合的方式，由于部分閘門距離水庫管理所較遠，為了及時進行配水調度工作，有必要對相應的閘門實現自動控制，同時對多孔閘門中使用較頻繁閘門實現自動控制，因此，為逐步實現罐區配水調度的高效性，有必要建設閘門自動控制系統。水閘的自動化監控是建立在現代通信技術、自動化控制技術、計算機技術、自動控制設備及現代量測技術基礎上的。1.系統概述

東谷軟件的閘門自動化控制系統，以“無人值守”為設計原則，采用SCADA系統結構，通過傳感技術、自動化控制技術、物聯網技術、網絡通信技術等，為用戶提供了一套既可現地對閘門進行控制，也可遠程通過計算機進行閘門啟閉的自動化控制系統，該閘控系統可接入渠道水位信號、流量信號，或現場視頻信號等，能夠將水位、流量、視頻畫面等于閘控系統集中顯示在一個軟件畫面中，使得遠方操作更加可視，達到無人值守、統一調度的目標。系統結構022.系統結構閘門自動控制系統主要包括控制中心站、現場監控單元和監控終端，實現閘門實時信息自動采集、傳輸和控制。1）監控中心站：采用工業計算機，進行數據存儲；為管理人員提供人機操作界面，實時顯示閘門啟閉機、出口工作閥等機電的工況；實時顯示閘門的開度；實現數據查詢及報表輸出；通過授權的操作人員可通過工控機的人機界面遠程控制閘門啟閉。2）現場監控單元：主要有機柜、PLC（可編輯邏輯控制器）電源、繼電器、交流接觸器等構成。2.系統結構閘門自動控制系統主要包括控制中心站、現場監控單元和監控終端，實現閘門實時信息自動采集、傳輸和控制。3）監控終端：實時監測采集工況數據（水位、水情、流量、閘門開度、電壓、電流）；在設備工作異常時自動保護；控制機電設備合理運行；接受中心發出的控制命令，根據命令向中心傳輸系統運行參數。4）現場控制屏：現場控制屏相當于閘門控制按鈕，它直接對閘門上升、下降、停止進行控制。也是閘門控制的采集部分，負責將閘門開度值傳到下位機中，將開度傳來的模擬信號裝換成RS-485信號傳到下位機中，完成開度采集傳輸工作。2.系統結構圖6-1系統結構圖自動化監控系統構成與工作原理033.自動化監控系統構成與工作原理水閘自動化監控系統主要由中心監控室與現場測控站組成，見圖6-1閘門控制系統硬件結構圖。中心監控室稱測控調度中心，一般設在水閘管理處，由測控計算機、網絡設備、及其他計算機設備等組成；現場測控站是水閘監控系統的主要信息源及命令執行者，其主要任務是根據中心監控室的遙測查詢指令，自動采集本站點的水情或工情數據，并發送給控制中心，或根據控制中心調度指令控制閘門運行。現場測控站一般設在啟閉機房內，由各類傳感器、通信設備、主控設備（如PLC、人機界面HMI）、中間繼電器、電機保護及配電設備等構成。3.自動化監控系統構成與工作原理圖6-2閘門控制系統硬件結構圖3.自動化監控系統構成與工作原理從圖中6-1中，水閘自動化控制系統中水位、閘位、閘門啟閉電流與電壓以及荷重的監測大都采用各類傳感器。傳感器的作用與功能主要是：測量與數據的采集、檢測與控制、診斷與監測以及輔助觀測等，以滿足信息的傳輸、處理、記錄、顯示和控制要求。水閘自動化監控系統中采用的各類傳感器與監測設備包括：（一）現場水位監測系統簡介水閘的水位監測主要是將上、下游水位，通過傳感器（壓力式傳感器或浮子碼盤式傳感計）將探出的現地水位變化物理量轉換為電信號后，經傳輸將水位信號，送入水位測量儀進行電平隔離，A/D轉換，由微處理機進行數據處理后分別送至各顯示器顯示，并根據各預置數值輸出控制信號。3.自動化監控系統構成與工作原理水閘自動化監控系統中采用的各類傳感器與監測設備包括：（一）現場水位監測系統簡介

從圖中可以看出，由水位傳感器探出的水閘上、下游水位的變化量由現地水位變送器將測出的水位模擬信號，經A/D轉換為數字信號后送入微處理器，經數據處理后輸出的信號，可以在水位監測儀上直觀地顯示出水位數值，也可將信號輸入到計算機內進行管理，對水位數據進行存儲、查詢、水位報表打印、人為設置水位報警信號等。圖6-3水位監測系統工作原理結構圖3.自動化監控系統構成與工作原理水閘自動化監控系統中采用的各類傳感器與監測設備包括：（二）現場閘門測控系統現場閘門測控系統由閘門位置傳感器、閘門啟閉荷重傳感器、電機電流傳感器、三相數字電流表和閘門電器控制等部分組成。1）閘位傳感器閘位傳感器又稱閘門開度傳感器（其原理很大程度上與水位傳感器相似）或閘位計，閘門開度傳感器是將傳感器接收到的閘門開、關行程信息，經放大處理后能使水閘管理人員通過顯示屏，直觀地觀察到閘門的實時高度。閘門開度傳感器可根據輸出信號的類型不同，分為模擬式和數字式閘門開度傳感器。3.自動化監控系統構成與工作原理水閘自動化監控系統中采用的各類傳感器與監測設備包括：

2）閘門啟閉荷重傳感器閘門啟閉荷重傳感器又稱電阻應變式稱重傳感器，常用的有壓阻式傳感器與壓電式傳感器，見圖6-1閘門荷重傳感器安裝示意圖。圖6-4閘門荷重傳感器安裝示意圖3.自動化監控系統構成與工作原理水閘自動化監控系統中采用的各類傳感器與監測設備包括：（二）現場閘門測控系統

3）電動機電流、電壓傳感器電動機電流、電壓的測量是電量測量中最基本的參數之一，電參數的測量，由于顯示環節不同，而分成模擬式和數字式兩種方式。首先由電量傳感器將被測電流與電壓進行轉換和處理，得到量程適當并與被測電流隔離的電流信號。水閘啟閉電動機大都采用三相交流電，產生的是三相正弦交流信號。傳感器采集到的信號，經AC/DC轉換器轉換成直流信號，再經A/D轉換成數字信號后直接顯示，下面以電流傳感器為例進行介紹。3.自動化監控系統構成與工作原理水閘自動化監控系統中采用的各類傳感器與監測設備包括：（二）現場閘門測控系統

4）閘門電器控制部分閘門電器控制設備分為一次設備和二次設備，一次設備是指生產和分配電能的設備，二次設備是指對一次設備進行測量、控制、監視和保護用的設備。常用的二次設備有互感器、測量儀表、繼電保護及自動裝置、直流設備等。（三）計算機遠程監控與視頻系統3.自動化監控系統構成與工作原理水閘自動化監控系統中采用的各類傳感器與監測設備包括：（三）計算機遠程監控與視頻系統1）計算機遠程監控現場配置一個總線接口模塊和一臺計算機，可實行計算機的遠程監控。閘管所計算機監控系統由一臺工控計算機（上位機）、一個總線接口模塊、一個遠程監控模塊和一臺打印機組成。它通過RS-485總線網絡與現場數字設備進行數據通信，采集監測數據，發送控制指令。圖6-1水閘自動控制系統的原理和內部結構。除此之外，計算機還可與內部局域網和Internet網連接，實現水閘的遠程監控。當用戶通過中心站的監控計算機實現遠程操作時，可在閘門啟閉過程中隨時觀察閘門運行的狀況、水流的變化。3.自動化監控系統構成與工作原理圖6-5水閘自動控制系統原理圖3.自動化監控系統構成與工作原理水閘自動化監控系統中采用的各類傳感器與監測設備包括：（三）計算機遠程監控與視頻系統2）視頻系統結構、工作原理及其用途（1）視頻系統結構在水閘現場通常共安裝四臺彩色攝像機，用作觀察上、下游河道，岸邊及水閘周圍的圖像。其余兩臺是室內攝像機，用于監視啟閉機房的啟閉機工作狀況。為了能在陰天或夜晚看清機房設備，配置了兩盞遙控照明燈?，F場有兩個云臺控制器和一個照明控制器，它們能夠通過RS-485總線接受來自閘管所視頻監控計算機的控制指令，控制上、下游全景攝像機云臺作水平或豎直方向轉動。3.自動化監控系統構成與工作原理水閘自動化監控系統中采用的各類傳感器與監測設備包括：（三）計算機遠程監控與視頻系統2）視頻系統結構、工作原理及其用途（1）視頻系統結構

整個視頻監控系統的硬件結構圖如圖6-1所示，由現場和閘管處中心監控室兩大塊構成。視頻信號分四路送到閘管所監控室，一路是上游全景攝像機信號，一路是下游全景攝像機信號，另外兩路是啟閉機房攝像機信號。在閘管所監控室，有一臺視頻矩陣，其中輸入端接現場攝像機信號、另一個輸入端接電視信號。該視頻矩陣的輸出，分別接電視機、大屏幕投影機和計算機視頻采集卡。視頻矩陣具有RS-485接口，可接收計算機指令，控制任一個輸入到任一個輸出。3.自動化監控系統構成與工作原理圖6-6視頻監控系統硬件結構圖3.自動化監控系統構成與工作原理水閘自動化監控系統中采用的各類傳感器與監測設備包括：（三）計算機遠程監控與視頻系統2）視頻系統結構、工作原理及其用途（2）視頻系統工作原理所有視頻信號經中心站的畫面分割器輸入監控計算機，監控計算機通過RS-485總線操作解碼器，實現云臺不同方向的轉動以及攝像頭聚焦、變倍的變化。閉路電視監視系統采用先進的電子科技手段，對遠端場景進行傳感成像、信號傳輸、集中監視、圖像記錄以及聯動控制的安全技術防范和管理系統。良好的人機交互界面，便構成了以計算機為核心的數字式監控系統，詳見圖6-1水閘自控及視頻系統流程圖。3.自動化監控系統構成與工作原理圖6-7水閘自控及視頻系統流程圖3.自動化監控系統構成與工作原理水閘自動化監控系統中采用的各類傳感器與監測設備包括：（三）計算機遠程監控與視頻系統2）視頻系統結構、工作原理及其用途（3）視頻系統主要用途

①閘門狀態監視：監視閘門運行狀態、門體止水、漏水情況，結構異常振動和閘門內雜物堆積情況等；②上、下游水面監視：監視上、下游水面上的公共設施、船只、漂浮物、水流和水位等情況；③兩岸觀察：觀察岸邊的公共設施（如水位測量設備等）、堤壩情況、車輛以及行人等。3.自動化監控系統構成與工作原理水閘自動化監控系統中采用的各類傳感器與監測設備包括：（三）計算機遠程監控與視頻系統2）視頻系統結構、工作原理及其用途（3）視頻系統主要用途

④水閘周圍觀察：觀察閘上設備運行情況、照明、公共設施和過閘車輛與行人等。

⑤監視啟閉機房：觀察啟閉卷揚機運行情況和啟閉機房的其他情況；3.自動化監控系統構成與工作原理水閘自動化監控系統中采用的各類傳感器與監測設備包括：（四）閘門啟閉荷載監測

安裝在啟閉機轉筒軸承支座一端的荷重傳感器，在起吊閘門時，傳感器受力，將測得的電壓或電流信號，經雙絞電纜線引至單片機測控調度中心系統，單片機系統對此信號經模數轉換和線形變化后，形成閘門荷重值。一方面把此值送入調度中心操作臺上的面板進行集中顯示，另一方面把此值與面板上輸入的荷重預報警和荷重超載值進行比較，當閘門大于或等于預報警時，荷重預報警燈亮。蜂鳴器響，以及告知操作人員此時閘門已經超負荷運行，需排除故障，詳見圖6-1數字式閘門荷重測量原理圖。

3.自動化監控系統構成與工作原理圖6-8數字化閘門荷重測量原理圖3.自動化監控系統構成與工作原理水閘自動化監控系統中采用的各類傳感器與監測設備包括：（五）閘門啟閉電動機的電流、電壓監測

閘門啟閉電動機的工作電流與工作電壓的數值大小，是反映電動機是否運行在正常范圍內的重要依據。以往對運行電動機的電流、電壓監測大部分采用模擬式測量儀表，往往是將一個模擬量轉換為另一個模擬量。其測量結果需要根據指針在刻度盤上所指示的位置來讀出，因此模擬測量儀表又稱指示儀表。目前在水閘自動化監控系統中，對電動機電流與電壓的測量，通常是采用數字式測量儀表，數字式電流、電壓儀表是基于模擬數字轉換原理來完成測量任務的，其測量結果用數字形式直接顯示出來。數字式儀表的基本工作原理框圖，如圖6-1。3.自動化監控系統構成與工作原理水閘自動化監控系統中采用的各類傳感器與監測設備包括：（五）閘門啟閉電動機的電流、電壓監測

下圖中，主要包括輸入電路、A/D轉換器、計數器、顯示器和邏輯控制電路等部件。輸入電路把被測量對象變換成時間（頻率）、電流或電壓；A/D轉換器將變換后的時間（頻率）、電流或電壓轉換成數字量；計數器對數字量進行計數，并將計數結果送往顯示器進行數字顯示；邏輯控制電路完成整機的控制，使各部件協調工作，并自動進行重復測量。圖6-9數字測量儀表的基本原理框圖3.自動化監控系統構成與工作原理水閘自動化監控系統中采用的各類傳感器與監測設備包括：（六）其他監測設施1）水閘測壓系統水閘測壓系統由預埋在閘墩、岸墻、翼墻及鋪蓋里的測壓管、液位壓力變送器、管口護罩（詳見圖6-1測壓管現場布置圖）信號傳輸電纜、接口裝置、計算機及系統軟件等組成。3.自動化監控系統構成與工作原理水閘自動化監控系統中采用的各類傳感器與監測設備包括：（六）其他監測設施1）水閘測壓系統

在各個測壓管中，安裝投入式液位傳感器，當外界水位發生變化時，水壓力作用在液位傳感器探頭上，引起傳感器探頭內壓力敏感元件上的電橋輸出電壓產生變化，該變化量經信號處理后，測出的電流信號經信號電纜傳輸給接口裝置進行調整，最后送入計算機管理。計算機可以保存檢測到的數據，并進行數據處理、編輯、存儲、打印、顯示測壓管水位數、數據查詢，生成測壓管內水位變化過程線

，用于對水閘滲水進行安全數據分析，發現問題及時處理3.自動化監控系統構成與工作原理水閘自動化監控系統中采用的各類傳感器與監測設備包括：（六）其他監測設施1）水閘測壓系統圖6-11水閘測壓系統原理方框圖

計算機可以保存檢測到的數據，并進行數據處理、編輯、存儲、打印、顯示測壓管水位值、數據查詢，生成測壓管內水位變化過程線，用于對水閘滲水進行安全數據分析，發現問題及時處理。

3.自動化監控系統構成與工作原理水閘自動化監控系統中采用的各類傳感器與監測設備包括：（六）其他監測設施2）雨量的自動化監測

利用高科技手段將降雨量的數據信息經過自動測報系統，進行遙測、通信、計算機管理，從而可以完成對降雨量數據的采集、傳輸、存儲、查詢、統計與打印等項工作，并在無人值守的情況下快速準確地掌握所需區域的雨情水文資料，快速傳遞至決策機構，進行洪水預報和優化調度，最大限度地減少洪澇災害造成的損失。3.自動化監控系統構成與工作原理水閘自動化監控系統中采用的各類傳感器與監測設備包括：（六）其他監測設施3）水質的監測

隨著環境污染加重，開閘引水用于灌溉的水質進行現場、實時、連續監測，特別是對水中有機物濃度的監測分析。水體有機物濃度的監測，采用光纖化學傳感器。工作原理是在一根長光纖的輸出端連接一個專用的換能器（光極），當光束從光纖的輸入端照射進去以后，便于光極相互作用，然后又經過光纖返回到輸入端進入檢測裝置。將光纖化學傳感器放在遠端水體中，從而可獲得水體中有關信息，實現對現場的實時監測。自動化監控系統的功能及應用044.自動化監控系統的功能及應用水閘的自動化監控系統，主要是通過計算機監控系統準確監測到閘門上、下游水位，閘門荷重，閘門啟閉狀態與閘門開度，圖像信息自動化采集與傳輸，達到能夠在監控中心遠程控制閘門啟閉以及閘門自動控制和系統聯動。通過實時圖像可以直觀了解到閘門的運行工況及周邊環境。（一）數據采