水電站閘門啟閉機(jī)控制中DCS技術(shù)的應(yīng)用

張理科

摘 要：水電站閘門啟閉機(jī)DCS控制技術(shù)融合了計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，能夠提供給操作人員一個友好的人機(jī)界面來實現(xiàn)對水電站閘門啟閉機(jī)迅速、準(zhǔn)確的控制，有效的保證了水電站閘門的安全性與可靠性。本文主要針對水電站閘門啟閉機(jī)DCS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成以及系統(tǒng)優(yōu)異性進(jìn)行了分析研究，包括系統(tǒng)的分層式結(jié)構(gòu)設(shè)計、系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)傳輸與操作等方式。最后對DCS系統(tǒng)的開放性、可靠性以及今后的功能擴(kuò)展應(yīng)有技術(shù)層進(jìn)行了展望。希望本文所涉及的DCS相關(guān)理論與技術(shù)能夠為水電站閘門啟閉機(jī)的實際控制中起到一個指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：DCS技術(shù)；水電站閘門；流量控制

為確保水電站發(fā)電與防汛的要求，切實的解決好水電站發(fā)電與防汛二者間的矛盾，通過實行先進(jìn)的現(xiàn)代化技術(shù)與水電站閘門啟閉機(jī)的自動控制，根據(jù)分散控制，集中管理的構(gòu)思方式[1]，采用DCS系統(tǒng)作為水電站閘門啟閉機(jī)的自動控制裝置，在確保水電站的安全防汛前提下，通過對水電站閘門的控制來實現(xiàn)電站流量的控制，為水電站的安全運(yùn)行以及取得更大的經(jīng)濟(jì)效益提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

1.閘門DCS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計

閘門啟閉機(jī)的DCS系統(tǒng)結(jié)合了先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、自動控制技術(shù)來實現(xiàn)對監(jiān)控閘門的啟閉、水電站水位控制、圖像信息的數(shù)據(jù)采集與傳輸，最終實現(xiàn)對閘門啟閉機(jī)的遠(yuǎn)程控制；而操作人員利用圖像信息數(shù)據(jù)采集與傳輸設(shè)備能夠?qū)λ娬局苓叚h(huán)境進(jìn)行了解，并對可能發(fā)生的事件進(jìn)行預(yù)防。

閘門啟閉機(jī)的DCS系統(tǒng)主要分為中央控制系統(tǒng)以及閘門現(xiàn)場監(jiān)控兩個部分，中央控制系統(tǒng)中包括系統(tǒng)的操作員站、系統(tǒng)的組態(tài)工程師站、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊平臺以及各個應(yīng)用軟件等構(gòu)成。閘門現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)包括圖像以及數(shù)據(jù)信息的采集、數(shù)據(jù)的傳輸通道、基于PLC的可編程控制器等部分構(gòu)成[2]。對于大型的水電站，由于其樞紐閘門布陣較為分散，因此，為了方便操作人員進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，以及有效的對水電站周圍環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控，一般在現(xiàn)地控制上裝設(shè)切換開關(guān)來實現(xiàn)現(xiàn)地控制與遠(yuǎn)程控制鍵的閉鎖。而相對于一些中小型水電站閘門的DCS系統(tǒng)中，一般由主控級以及現(xiàn)地控制單元來構(gòu)成分層分布式控制。當(dāng)系統(tǒng)某處出現(xiàn)故障時，并不會對其他設(shè)備的運(yùn)行造成影響，確保了系統(tǒng)安全、簡單運(yùn)行。

1.1 DCS系統(tǒng)的集散型分布式架構(gòu)

水電站閘門啟閉機(jī)的分布式遠(yuǎn)程群閘控制，要求對閘門啟閉能夠進(jìn)行實時控制，并將監(jiān)控得到的閘門實時狀態(tài)信息傳輸?shù)讲僮髦鹘缑?。因此，要確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咚佟?zhǔn)確傳輸圖像信息的可靠性，必須構(gòu)建起可靠的傳輸架構(gòu)。相對于遠(yuǎn)程分散化的監(jiān)控系統(tǒng)，一般采用總站與分站的架構(gòu)形式，對于一些特大型的水電站閘門啟閉機(jī)的DCS系統(tǒng)，可能還要運(yùn)用多級分站處理。光纖由于其數(shù)據(jù)傳輸行強(qiáng)、可靠性高、維修管理費(fèi)用低等特點，在這個方面獲得了很大優(yōu)勢，在對DCS系統(tǒng)進(jìn)行架構(gòu)時一般可采用如下系統(tǒng)構(gòu)架：

1.1.1光纖網(wǎng)絡(luò)的信息傳輸：在各中心站以及閘門啟閉機(jī)間構(gòu)建起完善的局域網(wǎng)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸與通訊。光纖由于其優(yōu)異可靠的性能成為數(shù)據(jù)傳輸中優(yōu)質(zhì)的選材。

1.1.2點對多的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：各分站間以及中心站間實行點對多的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，主機(jī)能夠?qū)θ我夥终净蚪K端上的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行監(jiān)控，從而保證網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的信息共享，構(gòu)成統(tǒng)一的集散結(jié)構(gòu)。

1.1.3高效集成的終端技術(shù)：選用高速率、高強(qiáng)度的芯片來實現(xiàn)對終端或分站端的信息采集與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制，確保功能與信號傳輸?shù)乃俣取?/p>

1.2 信息分層的架構(gòu)

1.2.1.DCS系統(tǒng)的層次開放性

DCS系統(tǒng)在邏輯結(jié)構(gòu)上可分為三層，其中第一層為生產(chǎn)查詢層、第二層為監(jiān)視管理層、第三層為現(xiàn)場的控制層。各層之間采用以太網(wǎng)或通訊網(wǎng)絡(luò)之間來實現(xiàn)信息的傳輸與共享[3]。而位于DCS系統(tǒng)主站的計算機(jī)與各分站間的信息傳輸通過通信控制器以及相應(yīng)的通信設(shè)備來進(jìn)行數(shù)據(jù)的實時。

1.2.2.系統(tǒng)的開放性和可擴(kuò)展性

水電站閘門啟閉機(jī)的DCS系統(tǒng)中的分站部門由具備邏輯控制功能的PLC以及相應(yīng)的控制儀表構(gòu)成。主要針對現(xiàn)場的工藝、電氣等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集以及對設(shè)備進(jìn)行控制，同時將收集到的數(shù)據(jù)向上傳輸?shù)街髡局?，報告各分站的實時狀況。在DCS系統(tǒng)的建設(shè)過程中，為了考慮到系統(tǒng)后續(xù)的功能擴(kuò)展，對系統(tǒng)進(jìn)行開放式結(jié)構(gòu)設(shè)計，并對系統(tǒng)的資源留有余量，以便今后實現(xiàn)附加功能的無縫對接。

2.閘門啟閉機(jī)DCS控制系統(tǒng)的性能特點

2.1 閘門 DCS 的可靠性

水電站閘門不僅關(guān)乎到電站的發(fā)電效益，同時在地區(qū)的防洪抗災(zāi)中起著至關(guān)重要的作用，因此，水電站閘門一旦發(fā)生問題，對于周邊人員與財產(chǎn)造成不可估量的損傷。閘門啟閉機(jī)的DCS系統(tǒng)采用可靠性極高的分層網(wǎng)絡(luò)體系[4]，同時選用合理的通信設(shè)備、傳感設(shè)備、控制設(shè)備來保證控制系統(tǒng)的可靠性以及安全性。閘門 DCS系統(tǒng)較高的抗干擾能力和自動化控制能力確保了水電站能夠長期可靠地運(yùn)行。

2.2 閘門 DCS 的開放性、合理性

水電站閘門啟閉機(jī)DCS系統(tǒng)采用開放的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、對采集的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理來實現(xiàn)DCS系統(tǒng)功能的升級與擴(kuò)展。在進(jìn)行設(shè)備選型時，應(yīng)充分考慮到設(shè)備的更新?lián)Q代[5]，避免產(chǎn)生不必要的資金投入。DCS系統(tǒng)的參數(shù)配置少、自動化程度高、操作方便，設(shè)備的維護(hù)與保養(yǎng)工作也相當(dāng)少。

3.結(jié)論

水電站閘門啟閉機(jī)中DCS控制技術(shù)的應(yīng)用，并與水電站水情信息結(jié)合，有效優(yōu)化了水電站閘門的開啟，在確保水電站安全度汛的情況下，也為水電站創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益；同時，國內(nèi)水電站正朝著自動化、智能化控制，而為了對水資源的充分利用，一些水電站正探索這流域集中調(diào)度的全新運(yùn)行模式，這樣為企業(yè)單位創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)利用，而閘門啟閉機(jī)DCS技術(shù)的有效運(yùn)用為保證這樣模式的應(yīng)用提供了一個技術(shù)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]湯法利，胡建躍.水利信息化建設(shè)新技術(shù)研究[J].中國水運(yùn)，2009.07：23-26

[2]吳蘇琴，解建倉，馬斌等.水利工程建設(shè)管理信息化的支撐技術(shù)[J].武漢大學(xué)學(xué)報（工學(xué)版），2009.01：43-45

[3]徐寧斯.PLC閘門控制系統(tǒng)常見故障及其解決方法[J].工程管理與施工.2006.（4）：48-50