桃山水庫閘門自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及技術(shù)應(yīng)用

□ 杜紀(jì)奎 周 蕾

桃山水庫閘門自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)溢洪道工作閘門（3孔弧形門、卷揚(yáng)啟閉機(jī)）、輸水洞出口工作閘門（1孔弧形門、液壓?jiǎn)㈤]機(jī)）的現(xiàn)地控制與遠(yuǎn)方自動(dòng)控制，是一套具有“可靠性、先進(jìn)性、實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性”的系統(tǒng)，本系統(tǒng)是一個(gè)集管理、操作和分散控制為一體的三級(jí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。它是由計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信、信號(hào)處理、測(cè)量控制、系統(tǒng)分析以及人機(jī)接口等技術(shù)相互滲透、相互支持構(gòu)成的典型的分布式控制系統(tǒng)。

一、系統(tǒng)基本組成

桃山水庫閘門自動(dòng)控制系統(tǒng)主要由監(jiān)控工作站、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、現(xiàn)地控制單元、PLC（雙CPU）、液晶觸摸屏、閘門開度儀、水位傳感器等部分組成。

閘門自動(dòng)控制系統(tǒng)為分層分布開放式結(jié)構(gòu)，采用冗余光纖快速以太網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，分為三級(jí)，即遠(yuǎn)控級(jí)、主控級(jí)與現(xiàn)地級(jí)。控制權(quán)分“遠(yuǎn)方、控制室、現(xiàn)地”三級(jí)，可以進(jìn)行無擾動(dòng)切換。系統(tǒng)的控制權(quán)限越接近設(shè)備，控制權(quán)限越高?？刂茩?quán)順序?yàn)椋含F(xiàn)地、控制室與遠(yuǎn)方。遠(yuǎn)方控制經(jīng)相關(guān)授權(quán)方可進(jìn)行操作。控制系統(tǒng)中設(shè)置帶密碼的授權(quán)、核對(duì)程序。

溢洪道啟閉機(jī)房設(shè)有1套PLC控制柜，3套現(xiàn)地控制箱。輸水洞出口工作閘門啟閉房設(shè)有1套PLC遠(yuǎn)程IO控制箱，1套液壓?jiǎn)㈤]機(jī)動(dòng)力控制柜。配套由主控制器和備用控制器組成，包括電源模塊、熱備CPU模塊、以太網(wǎng)通信模塊、遠(yuǎn)程I/O主控模塊、開關(guān)量輸入/輸出模塊和模擬量模塊。

PLC控制柜裝有閘門開度顯示儀表，具有閘門狀態(tài)指示、閘門開度顯示，控制柜面板上裝有現(xiàn)地／遠(yuǎn)方切換開關(guān)、按鈕與信號(hào)燈等，內(nèi)部裝有防雷保護(hù)器、隔離變壓器組成I/O電源、傳感器電源、中間繼電器、遠(yuǎn)程I/O光端機(jī)、光纖收發(fā)器等。

二、系統(tǒng)中的關(guān)建技術(shù)

（一）數(shù)據(jù)采集與處理

1、模擬量的采集與處理

對(duì)上下游水位、閘門開啟高度、電氣系統(tǒng)電量等參數(shù)、越限位報(bào)警進(jìn)行周期采集，最后經(jīng)格式化處理后形成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并存入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，信號(hào)量值及狀態(tài)設(shè)定。

2、開關(guān)量的采集與處理

（1）對(duì)事故信號(hào)、開關(guān)量信號(hào)等，閘門自動(dòng)控制系統(tǒng)能以中斷方式迅速響應(yīng)這些信號(hào)，并作出一系列必要的反應(yīng)及自動(dòng)操作。

（2）對(duì)各類故障信號(hào)、輔助設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)、手動(dòng)自動(dòng)方式選擇的位置信號(hào)等非中斷開關(guān)量信號(hào)，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)這些信號(hào)的采集方式為定期掃查。對(duì)信號(hào)的處理包括光電隔離、接點(diǎn)防抖動(dòng)處理、硬件及軟件濾波、基準(zhǔn)時(shí)間補(bǔ)償、數(shù)據(jù)有效性合理性判斷、啟動(dòng)相關(guān)量功能(如啟動(dòng)事故順序記錄、發(fā)事故報(bào)警音響、畫面自動(dòng)推出等)，最后經(jīng)格式化處理后存入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫。

3、根據(jù)閘門過水?dāng)嗝婧土髁坑?jì)實(shí)測(cè)的流量，計(jì)算出過閘流量和統(tǒng)計(jì)過水量。

4、開關(guān)量輸出

各種操作指令，計(jì)算機(jī)在輸出這些信號(hào)前進(jìn)行校驗(yàn)，經(jīng)判斷無誤后送至執(zhí)行機(jī)構(gòu)。為保證信號(hào)電氣獨(dú)立性及準(zhǔn)確性，輸出信號(hào)具有防抖動(dòng)并光電隔離功能。

5、信號(hào)量值及狀態(tài)設(shè)定

由于設(shè)備原因而造成的信號(hào)出錯(cuò)以及在必要時(shí)要進(jìn)行人工設(shè)定值分析處理的信號(hào)量，計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)允許運(yùn)行值班人員和系統(tǒng)操作人員對(duì)其進(jìn)行人工設(shè)定，并在處理時(shí)把它們與正常采集的信號(hào)等同對(duì)待，計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)可以區(qū)分它們并給出相應(yīng)標(biāo)志。

（二）運(yùn)行監(jiān)視和事故報(bào)警

1、運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視

計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)可以使運(yùn)行人員通過屏幕對(duì)閘門各主設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視。所有要進(jìn)行監(jiān)視的內(nèi)容包括當(dāng)前各設(shè)備的運(yùn)行及停運(yùn)情況，并對(duì)各運(yùn)行的參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。

2、參數(shù)越限報(bào)警記錄

計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)將對(duì)某些參數(shù)以及計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)這些參數(shù)量值可預(yù)先設(shè)定其限制范圍，當(dāng)它們?cè)较藜皬?fù)限時(shí)要作相應(yīng)的處理。這些處理包括越限報(bào)警、越復(fù)限時(shí)的自動(dòng)顯示、記錄和打??；對(duì)于重要參數(shù)及數(shù)據(jù)還進(jìn)行越限后至復(fù)限的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及召喚顯示；啟動(dòng)相關(guān)量分析功能，故障原因提示，對(duì)于一些重要參數(shù)有趨勢(shì)報(bào)警。

3、事故順序記錄

當(dāng)發(fā)生事故造成跳閘動(dòng)作等情況時(shí)，系統(tǒng)立即以中斷方式響應(yīng)并自動(dòng)顯示、記錄和打印事故名稱及時(shí)間；記錄和打印相關(guān)設(shè)備的動(dòng)作情況，自動(dòng)推出相關(guān)畫面，作事故原因分析及提示處理方法，計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)能將發(fā)生的事故及設(shè)備的動(dòng)作情況按其發(fā)生的先后順序記錄下來。

4、故障狀態(tài)顯示記錄

計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)定時(shí)掃查各故障狀態(tài)信號(hào)，一旦發(fā)生狀態(tài)變位將在屏幕上即時(shí)顯示出來，同時(shí)記錄故障及其發(fā)生時(shí)間，并用語音報(bào)警。系統(tǒng)對(duì)故障狀態(tài)信號(hào)的查詢周期不超過2s。

5、事故追憶及相關(guān)量記錄

在發(fā)生事故時(shí)，由各現(xiàn)場(chǎng)控制單元采集各設(shè)備的狀態(tài)量送控制中心，完成事件順序排序排列、顯示、打印和存檔。每個(gè)事件的記錄和打印點(diǎn)名稱，狀態(tài)描述和時(shí)標(biāo)，記錄的分辯率不大于2ms。能記錄事故發(fā)生前10s和后20s時(shí)間內(nèi)重要實(shí)時(shí)參數(shù)的變化情況。事故追憶由自動(dòng)控制系統(tǒng)完成，計(jì)算機(jī)將這些追憶數(shù)據(jù)保存于磁盤中作歷史數(shù)據(jù)，運(yùn)行人員可以召喚、顯示或打印這些數(shù)據(jù)。

三、結(jié)束語

桃山水庫閘門自動(dòng)控制系統(tǒng)投入使用以后，使工作人員全面地掌握和控制水庫運(yùn)行狀況，并應(yīng)用該系統(tǒng)進(jìn)行水資源調(diào)度管理。有效地降低了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度、提高了自動(dòng)控制的精度和穩(wěn)定性, 增強(qiáng)了人性化操作，使工作人員的操作簡(jiǎn)單方便,直觀可靠，真正為桃山水庫的管理帶來巨大的便利和效益。