亞控科技——節制閘、船閘SCADA系統解決方案

一、市場需求

節制閘　多為開敞式水閘,由包括閘底板、閘墩、閘門、啟閉設備等的閘室段及上下游連接段組成。利用閘門的啟閉，控制渠道水位及下泄流量。節制閘是橫跨河流或渠道修建的，主要用以控制和調節水位、流量以利引水灌溉、排澇或改善航運條件的水閘。

船閘  由閘室、上下游閘首、閘門、*道及相應設備組成。利用向兩端有閘門控制的航道內灌水、泄水，以升降水位，使船舶克服航道上的集中水位落差的通航建筑物。船只上行時，先將閘室泄水，待室內水位與下游水位齊平，開啟下游閘門，讓船只進入閘室，隨即關閉下游閘門，向閘室灌水，待閘室水面與上游水位相齊平時，打開上游閘門，船只駛出閘室，進入上游航道，下行時與上述過程相反。船閘是在水位集中跌落的情況下（例如，建造閘、壩處），用以保證通航的水利工程建筑物。船閘須設有專門充水、放水系統及操縱閘門的設備。根據地形以及水位差的大小，船閘可做成單級或多級的。

圖1 多級船閘

目前我國節制閘、船閘等現有控制設備，大多僅停留在控制閘門運行層面上，維護和管理自動化水平低，缺少對運行過程和設備狀態的遠程實時監控功能，加上節制閘、船閘控制的分布距離較遠等特點，使得各個閘門的過程控制與管理信息化之間存在數字鴻溝，無法將信息管理與節制閘、船閘程監控信息緊密結合起來。難以做到信息資源共享，監控和管理的聯動。這種傳統的節制閘、船閘控制運行方式已不能適應現代水利和內河航運發展的需求，因此建設新型的節制閘、船閘自動化網絡監控系統是歷史發展的必然趨勢，是當前一項十分緊迫的任務。

構建節制閘、船閘中心監控SCADA系統的目的是：

實時監測閘門上下游及閘室水位、雨量、流量、閘門開度、閘門啟閉狀態、附屬設備狀態、各設備的三相電壓電流、功率、耗電量、設備運轉故障等信息；通過SCADA系統遙控操作閘門等設備啟閉，節省現場操作所耗費的人力物力，提高工作人員的安全性。

發生事故時現場事故信息實時傳送到監控中心，在SCADA系統中以圖形警示報警、語音報警、視頻報警、短信報警等方式做出提示，使工作人員能夠及時發現事故并做出相應處理。

建立完整的歷史數據庫和報警事件數據庫，對閘門上下游及閘室水位、雨量、流量、閘門開度、閘門啟閉狀態、附屬設備狀態、各設備的三相電壓電流、功率、耗電量、設備運轉故障等信息進行歷史存儲，通過對歷史數據的回放、分析統計為設備維護、事故分析和追憶提供依據。利用歷史數據和歷史報警進行分析，實現事故預警功能。

解決目前大部分節制閘、船閘信息化水平低，設備運行安全問題較突出，運行管理和技術分析受技術條件限制較大的問題，保證泵站更加安全、可靠、經濟地運行。

二、解決方案

1.系統解決要點

a）對現場設備實時可靠的操控

-保證SCADA系統對設備操控的高度正確性與可靠性，操作結果的實時反饋

-通過SCADA系統對設備的操作須對不同權限的操作者分配不同的權限級別

b）實時數據采集的速度、可靠性與數據的完整性

-實現大點數實時數據高速數據采集，實時數據處理與展示，數據展示應具

-有圖形動畫、趨勢、報表等多種可視化途徑

-應保證從現場采集數據的完整和準確，提供可靠的實時數據

c）歷史數據存儲、查詢與分析統計

-按時序存儲水情、閘門及所有附屬設備運行過程數據

-數據存儲應具有的存儲壓縮性能

-數據檢索應具備快速的響應速度

-提供快捷的分析工具使操作人員可以方便地完成數據存儲、查詢、分析、統計

-多客戶端并發訪問數據不應影響系統性能

2.解決方案架構圖

圖2 解決方案架構圖

三、產品組合

該方案使用亞控科技軟件產品包括：

-KingSCADA3.0全開發版

-KingSCADA3.0運行版

-KingHistorian3.0

-KingPortal

-KingGraphic+KingCalculation+KingA&E+KingModel

四、方案分析

節制閘、船閘SCADA系統解決方案分為三層：*層為現場控制層，包括現場傳感器、儀表、PLC等硬件設備；第二層設置在中控室，SCADA軟件監控層，包括SCADA系統工程師站和操作員站；第三層設置在閘管所，包括工業數據庫服務器、調度分析工作站、web發布服務器、大屏幕顯示等。

1.在節制閘、船閘SCADA系統中，實現對設備的遠程操控首先要保證實時數據信息的實時性與準確性、操作命令的可靠性，SCADA系統準確無誤的反映出現場實時狀態，才能指導操作員對現場設備進行遠程操控。

為了保證系統采集控制的可靠性，閘門中控室采用雙機熱備、雙網冗余配置。雙機熱備主從機采用獨立于數據傳輸的冗余探測通道，能夠保證當主機出現異常時，從機會在1秒鐘內代替主機工作。雙網冗余實現SCADA系統與硬件設備兩條物理網絡的鏈接，以防單一網絡系統中網絡出現故障則所有站點癱瘓的弊端，保證通訊鏈路不中斷，為系統的可靠通訊提供保障。

圖3 冗余功能

2.隨著SCADA軟件技術的不斷發展，用戶已不再滿足于監控系統單調的二維圖形與動畫效果。本方案采用的新一代組態軟件KingSCADA，該軟件采用了先進的GDI+繪圖技術，可以將現場的景象以三維效果生動的表現在監控畫面上，讓工作人員體會到身臨其境的效果。KingSCADA軟件開發環境為組態開發人員提供了大量的水利行業精靈圖庫和DEMO，可以大大縮短組態系統開發時間，提高工作效率。

圖4 組態畫面展示

圖5 精靈圖庫

3.由于節制閘、船閘自動化系統中會涉及很多種類不同型號的硬件PLC、儀表、變頻器等設備，遠程監測點數據多以無線電臺、GPRS等方式向中心傳輸數據，隨著需求的變化還會進行系統改造或擴建，這就對SCADA系統軟件對硬件設備的兼容性有*的要求。

方案中采用的KingSCADA3.0軟件支持與國內外1500多家近3000種硬件設備實現快速可靠的通訊，支持GPRS/CDMA、無線電臺等通訊方式，通過簡單的設置即可實現與硬件設備的通訊，具有通訊調試與在線監視功能。

圖6 驅動支持列表

4. 目前水利行業的發展趨勢是自動化與信息化的“兩化融合”，節制閘、船閘作為水利系統中重中之重的環節，“兩化融合”有著極其重要的意義。

圖7 工業庫存儲數據

該方案在閘管所部署工業數據庫服務器，將各類信息綜合匯總存儲到工業數據庫軟件King Historian3.0中。閘管所工業數據庫服務器通過磁盤陣列的方式實現歷史數據的冗余，防止因硬件問題導致重要歷史數據被破壞。

圖8 數據應用過程

實現水利信息化，需要實現節制閘、船閘管理綜合調度、信息共享。例如船閘的運行管理還會關系到流域的的交通管理、通航效率分析、抗洪排澇等至關重要的工作。

方案中KingCalculation調度計算軟件可嵌入各種復雜的模型算法，例如船閘管理中的補水運行判定數學模型，實現對船閘運行的信息化調度；KingA&E可實現預警功能，在抑制閘室超灌超泄可發揮重大作用。利用工業數據庫中存儲的基礎數據與調度分析計算平臺的數據應用相結合，形成優化的資源調度方案，在節制閘、船閘信息化管理中起到至關重要的作用，可以推動水利信息化水平的不斷提升。

圖9 計算模型展示

5.移動辦公不斷應用到各行各業，管理者需要隨時隨地都可以通過不同的上網方式即可了解到現場狀態，制定決策。方案中的web發布服務器部署KingPortal軟件，可將現場SCADA系統的所有信息和調度分析計算平臺信息進行發布，可以查看實時信息，用戶通過瀏覽器在權限允許的情況下可以訪問SCADA系統、調度分析系統、工業庫數據，可實現現場設備操控，實現跨平臺數據訪問。Web發布提供完善的安全角色管理，保證了系統的安全性。

圖10 數據應用

五、方案亮點

“雙機雙網”保證系統穩定、安全可靠。

“緩存技術”保證數據完整無損。

“兩化融合”、信息共享、優化調度。

六、成功案例

-江都水利樞紐工程

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