基于新疆南岸干渠工程閘門自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

任 軍，趙 倩

(新疆伊犁河流域開發(fā)建設(shè)管理局，烏魯木齊 830000)

1 工程概況

新疆南岸干渠，全長(zhǎng)168.84 km。干渠沿線主要有渠首分水、節(jié)制、退水、支渠分水、干管分水閘房48座;各閘房有1至5面閘門不等，閘門包括裝配式平板閘門和蝶閥。閘門自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)(下稱自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng))就是針對(duì)以上水閘實(shí)現(xiàn)調(diào)度、現(xiàn)地/遠(yuǎn)程操作控制、運(yùn)行狀態(tài)與參數(shù)監(jiān)測(cè)、故障報(bào)警與記錄、水位、雨量監(jiān)測(cè)等，以達(dá)到現(xiàn)地?zé)o人值守的運(yùn)行管理要求。

2 技術(shù)要求

2.1 總體要求

自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)按“無(wú)人值班，少人巡視”進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，本著安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.2 啟閉機(jī)及蝶閥要求

各卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)安裝主令控制器、絕對(duì)編碼傳感器、機(jī)械過載負(fù)荷控制器、電動(dòng)/機(jī)械手動(dòng)轉(zhuǎn)換接點(diǎn)以及荷重傳感器等。各電動(dòng)蝶閥安裝開/關(guān)向行程限位開關(guān)、開/關(guān)向轉(zhuǎn)矩控制開關(guān)、閥門位置反饋信號(hào)器、電機(jī)內(nèi)部的溫度保護(hù)開關(guān)、手電動(dòng)切換互鎖開關(guān)等;閥體安裝開、關(guān)閥現(xiàn)場(chǎng)操作開關(guān)等。

2.3 通訊系統(tǒng)要求

沿渠線建設(shè)622M的SDH光傳輸網(wǎng)，渠道各閘站通過光纖接入光傳輸網(wǎng)，基于以太網(wǎng)技術(shù)解決干渠沿渠各閘房和調(diào)度中心之間的通訊問題。

2.4 現(xiàn)地控制單元設(shè)計(jì)原則

控制單元要求設(shè)計(jì)高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求和高起點(diǎn)。遵循先進(jìn)性、可靠性、安全性、經(jīng)濟(jì)性相結(jié)合等原則。

3 水閘運(yùn)行控制方式

水閘控制方式，分為兩種:①人工控制:分為現(xiàn)地控制和遠(yuǎn)程控制，現(xiàn)地控制指操作人員在閘房?jī)?nèi)控制閘門;遠(yuǎn)程控制指操作人員在遠(yuǎn)程控制臺(tái)上通過顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)等設(shè)備來(lái)控制閘門。②自動(dòng)控制:通過預(yù)先設(shè)定控制要求和其他限制條件，系統(tǒng)自動(dòng)完成對(duì)各閘房?jī)?nèi)閘門的啟閉控制。

水閘控制分為3級(jí):①第一級(jí)為遠(yuǎn)程控制:操作人員可通過調(diào)度中心監(jiān)控計(jì)算機(jī)，遠(yuǎn)程查看全部的報(bào)表數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)所有閘門的遠(yuǎn)程調(diào)度、遙測(cè)、遙信、遙控等功能。②第二級(jí)為現(xiàn)地觸摸屏控制:操作人員可通過現(xiàn)地PLC控制柜上觸摸屏等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)本座閘房所有閘門的控制。③第三級(jí)為現(xiàn)地動(dòng)力柜控制:操作人員可通過閘門現(xiàn)地動(dòng)力柜，實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)閘門的控制，此時(shí)遠(yuǎn)程命令被閉鎖，但不影響單元控制器上送信息?？刂苾?yōu)先權(quán)為現(xiàn)地動(dòng)力柜最高，現(xiàn)地觸摸屏控制次之，遠(yuǎn)程控制最低。

4 系統(tǒng)性能

系統(tǒng)的各種設(shè)備要完全能滿足實(shí)時(shí)性、可靠性、可維護(hù)性、可用率、安全性、可擴(kuò)展性等性能要求。

1)控制響應(yīng)時(shí)間:①接收控制命令到執(zhí)行控制的響應(yīng)時(shí)間≤1 s;②調(diào)度中心控制命令的響應(yīng)時(shí)間能滿足調(diào)度要求。

2)可靠性:設(shè)備在設(shè)計(jì)、制造、裝配上都是高質(zhì)量、高可靠的，系統(tǒng)中單個(gè)元件故障將不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。

3)可維護(hù)性:可維護(hù)性指標(biāo)為平均維修時(shí)間(MTTR);按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的高端要求為1 h，這是指扣除管理和備品備件運(yùn)送時(shí)間外的維修時(shí)間。

4)可用率:在系統(tǒng)正式投入運(yùn)行后的一年保證期內(nèi)，該系統(tǒng)的可用率不低于99.95%，即系統(tǒng)的停機(jī)時(shí)間每年不多于4.5 h。

5)系統(tǒng)安全:①操作安全性:具有防誤操作和自動(dòng)、手動(dòng)報(bào)警功能。人機(jī)接口設(shè)備需操作員控制權(quán)限及口令。②軟件和硬件的安全性包括:電源具有故障保護(hù)和自動(dòng)重啟動(dòng);能設(shè)置和重新設(shè)置初始狀態(tài);能實(shí)現(xiàn)自檢，并具有故障檢測(cè)、清除、切換、以及報(bào)警等功能;具備軟件故障自診斷和故障消除功能。

6)備用能力:系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有合理的軟件和硬件結(jié)構(gòu)，足夠的冗余能力、存貯容量和接口，方便的擴(kuò)充能力，系統(tǒng)的擴(kuò)充和設(shè)備的增加將不會(huì)影響原系統(tǒng)的工作性能及響應(yīng)時(shí)間。

5 屏柜結(jié)構(gòu)及功能

5.1 卷?yè)P(yáng)啟閉機(jī)PLC現(xiàn)地控制柜

自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)在每個(gè)閘房設(shè)置一套PLC現(xiàn)地控制柜，以實(shí)現(xiàn)本閘房所有啟閉機(jī)的現(xiàn)地控制及遠(yuǎn)程控制?，F(xiàn)地PLC主要完成數(shù)據(jù)的采集及數(shù)據(jù)預(yù)處理功能，同時(shí)也具有控制操作和監(jiān)視功能，支持遠(yuǎn)方監(jiān)控系統(tǒng)的接入。

PLC具有與調(diào)度中心進(jìn)行通信的功能，定時(shí)向調(diào)度中心傳送所需要的過程信息，也可根據(jù)調(diào)度中心指令隨時(shí)上送要求的信息。故障或事故情況下，及時(shí)向調(diào)度中心傳送故障及事故信息。并接受調(diào)度中心發(fā)來(lái)的控制指令，并將執(zhí)行情況和結(jié)果回送到調(diào)度中心。

PLC以Modbus協(xié)議或現(xiàn)場(chǎng)總線的方式與其它設(shè)備如電機(jī)綜合保護(hù)測(cè)控裝置等進(jìn)行通信。

5.2 卷?yè)P(yáng)啟閉機(jī)現(xiàn)地動(dòng)力柜

每臺(tái)卷?yè)P(yáng)啟閉機(jī)設(shè)置動(dòng)力柜一套，動(dòng)力柜是控制啟閉機(jī)運(yùn)行的最高一級(jí)自動(dòng)控制單元，除實(shí)現(xiàn)啟閉機(jī)的所有控制操作外，還必須保證當(dāng)本地PLC與主機(jī)系統(tǒng)脫離后，能實(shí)現(xiàn)對(duì)水閘進(jìn)行獨(dú)立的監(jiān)視、控制和故障保護(hù)等功能，并且當(dāng)其與主機(jī)恢復(fù)聯(lián)系后又能自動(dòng)地服從上位機(jī)系統(tǒng)的控制和管理。

5.3 電動(dòng)蝶閥PLC及動(dòng)力現(xiàn)地控制柜

對(duì)于獨(dú)立布置的電動(dòng)蝶閥分水閘，將PLC、觸摸屏、電機(jī)保護(hù)裝置、動(dòng)力控制元件等統(tǒng)一組成一面柜。

[1] 陳忠華.可編程序控制器與工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

[2] 劉柏青.水利工程管理自動(dòng)化[M].武漢:武漢大學(xué)出版社，2002.