1.建设背景

钱塘江河口从桐庐富春江电站起至上海芦潮港与宁波镇海连线，全长282km，是闻名世界的强朝河口，涌潮是钱塘江河口的一大特色。钱塘江北岸海塘上游起自杭州市西湖区社井，下游至平湖与上海金山交界的金丝娘桥，全长181.29km。钱塘江北岸海塘是保护杭嘉湖平原乃至苏州、上海松江南缘地区防御台风暴潮侵袭的重要屏障，历代朝政都十分重视海塘的建设。钱塘江古海塘大都建于明清时期，随着江道变迁与河口整治，大部分已退居二线，至今海宁、海盐仍有约40km的古海塘位于临江一线海塘承担着防洪御潮的重任。1949年以来，钱塘江海塘维修和建设经历了1949~1957年、1958~1996年和1997~2003年3个阶段。尤其是20世纪90年代后期，在省政府的部署下，临江一线海塘进行了的标准塘建设，北岸海塘防洪御潮能力有了明显的提高，为保护杭嘉湖地区的防洪潮安全发挥了重要作用。钱塘江北岸海宁段临江一线海塘长55.701km（其中0.56km为山体），分别由盐仓围堤、北岸明清古海塘、尖山围堤等组成，其中省管明清古海塘范围为老盐仓大坝至塔山坝长33.652km。海塘为1级建筑物，按100年一遇洪（潮）水位加12级台风浪设计，允许部分越浪。标准海塘于2003年建成，建成以来运行良好，已成功抵御了“0414”云娜、“0509”麦莎、“0515”卡努等多次强台风的侵袭，以及“0608”超强台风“桑美”与“0713”韦帕、“201211”海葵、2013菲特等强台风袭击，为保护杭嘉湖地区的防洪防潮安全发挥了重要的作用。标准海塘建成以后，河口形势发生了较大变化，尖山河湾整治工程已基本完成，岸线已按规划治导线整治到位。据研究径流在本河段冲刷能力加强，近岸滩地冲淤更加频繁。海宁河段滩地高程随之发生了较大的变化，近几年近岸滩地实测数据表明该段海塘塘前滩地普遍刷深。海塘建设完成运行已多年，部分海塘出现了沉降、位移等问题。海塘沿线有多处人字形钢闸门，相隔距离较远，且多有形变。为了应对上述所出现的问题，本次信息化建设围绕古海塘的安全加固和高效管理，将建设一整套完整的包含软件与硬件相结合的海塘管理机制。本文重点介绍智慧海塘旱闸自动控制系统的研究与实践应用。

2.总体构架

钱塘江北岸海塘沿线堤防目前已安装有人字型钢闸门，主要用作防浪、限行的作用。由于钢结构闸门质量大、且闸门多有变形等因素，造成每次闸门启闭都颇为耗时耗力，而且每个闸门相隔较远，如遇突发情况，无法及时进行启闭。因此，本次项目建设拟定对各个人字型钢闸门进行改造，改造后可实现闸门的电气控制以及远程控制。系统改造部分包括对闸门金属结构的改造以及对新建设备的远程控制增加，建成后可实现现地按钮控制闸门启闭，控制中心远程控制闸门启闭。本次系统建设主要针对海塘堤防沿线8处闸门。旱闸自动控制系统主要包含两级结构，一级为现地控制单元级，一级为远程控制单元级。（1）现地控制单元级现地控制单元级在结构上可在脱离远程控制级的情况下，单独完成对旱闸启闭机的信号采集、状态监测、启闭控制等功能。（2）远程控制单元级远程控制单元级主要完成对现地控制单元级的远程控制，同时实现旱闸启闭机的信号采集、状态监测、远程启闭、图标展示、报表制作等功能。

3.建设方案设计

基于旱闸的基本状况，旱闸自动控制系统的具体建设可分为旱闸的门体改造以及改造后旱闸的电气控制这两部分。门体改造为对闸门增加启闭金属结构，以及闸门形变修复等工作。电气控制主要工作是建设控制回路和搭建远程控制通道和设备，完成现地和远程两种模式对旱闸启闭机进行控制。

3.1旱闸改造设计

（1）闸门形变修复通过现场勘察，8处旱闸的门体与底部结构存在不同程度的形变。因此，在对闸门的启闭行为进行改造之前，需要将闸门的形变修复，使闸门的启闭正常、通畅、无阻塞。（2）启闭金属结构设计旱闸实现自动化控制的基础是给旱闸增加启闭机等金属结构，实现从人力控制到机械控制。由于每个旱闸开度、尺寸都稍有区别，因此每个旱闸的改造都需要重新制定设计方案。闸门启闭机具体参数如下：启闭力：1.5~30kN，具体某扇闸门启闭机的启、闭力根据现场情况确定；行程：1200~2000mm，具体某扇闸门启闭机的行程根据现场情况确定；启闭速度：2.4~3.2m/min；较高压力：20MPa；每台启闭机配套接近开关2只。

3.2电气控制设计

旱闸自动控制系统电气控制部分设计可分为两个单元级，即前面描述过的现地控制单元级和远程控制单元级，现地控制单元级作为应用层和控制层，远程单元级作为控制层和监控层，两者相辅相成，构成一个整体。（1）现地单元级现地控制单元级主要设备为旱闸控制箱，旱闸控制箱集成有一套PLC模组，以及各种仪表与控制元器件，可实现就地对旱闸的实时监控与数据采集。现地控制单元级集成多个接口，包括与系统内设备的通信口以及与远程控制单元级通信的以太网口等。（2）远程控制单元级远程控制单元级主要包含操作员工作站。为了保障远程控制系统的安全性，通信网络选用运营商专线网络，将操作员工作站与现地控制箱组成一个范围内的虚拟局域网，实现安全控制。操作员工作站安装有上位机软件，在远程控制模式下实际与现地控制单元通信，通过EthernetTCP/IP协议与PLC完成数据对接与控制对接。

4.系统功能与配置

4.1功能设计

（1）身份验证对登录用户进行身份和权限判断，如果是系统的合法用户，则赋予用户合法的管理范围和权限。（2）旱闸信息采集与告警数据信息采集与告警功能完成从旱闸现地数据交换服务器采集实时数据，按照告警设置分级产生告警信息，并将采集的实时数据与告警传送到控制中心，保存在本地数据库中。（3）启闭控制和保护此功能实现接收控制系统操作人员控制指令，并按照此指令进行旱闸开启或关闭操作。系统具备短路保护、过流保护、超压和欠压保护、高低油位保护与紧急开关等保护装置。（4）信息存储该功能将采集的实时数据存储入工业数据库，然后依照自动转存机制转存入普通关系数据库系统形成历史数据。工业数据库按照扫描周期存储实时监测和控制数据，普通数据库以较大的时间粒度存放业务需要的工作数据。需要转存入普通数据库的数据有：旱闸运行数据和旱闸控制数据、用户登录数据等。根据一般对数据粒度的要求，数据时间粒度为30min，旱闸运行数据和旱闸控制数据按实际发生的情况记录。（5）信息查询与检索该功能实现实时数据、历史数据的查询检索与基础信息的查询检索。可以以GIS或者图表的方式，显示旱闸的重要监测数据，如旱闸运行状态、启闭机工作是否正常、告警等。（6）系统管理该功能实现系统的运行管理。包括系统参数设置、用户角色安全管理、系统运行日志管理、以及系统告警信息管理。（7）报表管理系统设置报表管理模块，在报表管理模块中，可以查看历史数据形成的报表，并根据实际需求打印出来后存档。

5.结束语

本系统实现了工程管理范围内的主要旱闸门的自动监测与自动化控制，控制方式可根据管理规范支持人工和自动控制。通过本系统的建设，提升了闸门的安全性能，提高了闸门自动化和现代化水平，节约了人力成本，为整个智慧海塘的建设添砖加瓦，也为其他海塘旱闸的自动化监控提供有益探索，并具有借鉴意义。