計(jì)算機(jī)控制和視頻技術(shù)在閘門群控中的應(yīng)用

楊銳輝

【摘 要】隨著我國社會水平的提升，經(jīng)濟(jì)步伐的推進(jìn)，我國的水利事業(yè)也在這個(gè)過程中得到了較大程度的發(fā)展。其中，水閘是我國重要的一項(xiàng)水利基礎(chǔ)設(shè)施，為了能夠使其得到更好的控制，就需要我們能夠在先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)下對閘門進(jìn)行更好的控制。在本文中，將就計(jì)算機(jī)控制和視頻技術(shù)在閘門群控中的應(yīng)用進(jìn)行一定的分析與探討。

【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī)控制 視頻技術(shù) 閘門群控

1 引言

近年來，我國大力發(fā)展基礎(chǔ)水利設(shè)施建設(shè)，為了能夠更好的對資源進(jìn)行綜合規(guī)劃與優(yōu)化、對水資源進(jìn)行更好的利用與調(diào)度，就需要我們能夠在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升水閘控制系統(tǒng)的安全性以及可靠性。其中，計(jì)算機(jī)PLC同顯示儀表相結(jié)合是非常有效的一種方式，能夠有效的滿足我們對水閘的控制需求。在本文中，將以一個(gè)實(shí)例對閘門群控的改造與相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行一定的研究。

2 閘門群控的結(jié)構(gòu)

圖1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖

2.1 控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

根據(jù)水閘控制需求，為了能夠?qū)λl現(xiàn)有控制方式所存在的不足進(jìn)行克服，本系統(tǒng)使用了三級分層分布的控制結(jié)構(gòu)：

2.1.1 計(jì)算機(jī)主控管理層

在該層中，其主要由UPS、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)以及計(jì)算機(jī)工作站等設(shè)備組成，并以此作為系統(tǒng)遠(yuǎn)程操作以及終端打印的操作終端。

2.1.2 觸摸屏就地操作層

對于該層來說，其又分為節(jié)制閘控制單元以及船閘控制單元，主要由觸摸屏、以太網(wǎng)交換機(jī)以及PLC等設(shè)備組成。其中，觸摸屏是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)人機(jī)操作的一個(gè)主要界面。

2.1.3 節(jié)制閘、船閘控制系統(tǒng)

在這兩個(gè)控制系統(tǒng)中，其都保留了應(yīng)急情況以及調(diào)試情況下的手動操作功能。其中，PLC以及中央計(jì)算機(jī)都同交換機(jī)保持連接，并以此在系統(tǒng)中形成了以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的通訊工作。通訊介質(zhì)方面，使用了光纖，且系統(tǒng)能夠通過光纖將其同上級水務(wù)調(diào)度系統(tǒng)的通訊功能進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。另外，在現(xiàn)場也安裝了水位計(jì)、壓力變送器、攝像機(jī)以及閘門編碼器等。

2.2 觸摸屏軟件編程

觸摸屏方面我們使用了組態(tài)軟件Vijeo-Desgner4.1以及XBT-L1000 V3.8進(jìn)行編程：

2.2.1 顯示功能編程

在該環(huán)節(jié)中，主要的編程內(nèi)容為系統(tǒng)模擬量以及開關(guān)量的顯示，即在節(jié)制閘以及船閘的系統(tǒng)操作界面上將系統(tǒng)所有的開關(guān)量以及模擬量組態(tài)都控制在一副畫面上，其主要參數(shù)有電壓、電流、上下游水位以及閘門開度等等。

2.2.2 操作功能軟件編程

操作權(quán)限方面，為了能夠保證系統(tǒng)操作的安全性，我們特在其中設(shè)置了兩級操作權(quán)限密碼：其中，第一級為操作員密碼，能夠進(jìn)入到圖控界面對水閘實(shí)現(xiàn)啟動以及閉合等工作；第二級為工程師密碼，能夠?qū)ο到y(tǒng)的報(bào)警值等一系列參數(shù)進(jìn)行修改。

操作功能確認(rèn)方面，為了能夠?qū)ο到y(tǒng)的可靠性以及安全性作出保證，在系統(tǒng)的閘門操作程序方面專門設(shè)計(jì)了確認(rèn)功能，只有當(dāng)指令輸入、完成確認(rèn)之后，才能夠正式對該指令實(shí)行操作，以此有效的避免了因操作人員誤操作而出現(xiàn)的設(shè)備錯(cuò)誤運(yùn)行。

3 視頻技術(shù)下閘門群控應(yīng)用方式

在本系統(tǒng)中，使用了PL7pro軟件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的邏輯控制，并負(fù)責(zé)水閘的監(jiān)控、操作功能。而在每個(gè)閘門中，都使用了S7-200作為控制單元，由該單元負(fù)責(zé)對閘門的水位信息、開度信息等參數(shù)進(jìn)行采集，并在采集之后使用EM277在相關(guān)信息進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)的傳輸，將其傳送到視頻控制模塊之中：

3.1 總線布置

rofiBus-DP總線電纜采用RS485傳輸電纜。連接器方面，其使用9針D型連接器，且在總線的安裝布線方面使用的總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。為了能夠?qū)⑵涓玫姆喜僮鞣桨?，對此可以將閘門掛在同一段中，并不在需要對中繼器進(jìn)行加載。DP總線型結(jié)構(gòu)中每個(gè)網(wǎng)段最大可掛載32個(gè)從站，且在無中繼器的情況下每個(gè)網(wǎng)段最長距離能達(dá)到1500m以上。

3.2 數(shù)據(jù)采集

在上位機(jī)對閘門啟閉機(jī)執(zhí)行控制的時(shí)候，需要實(shí)時(shí)地將閘門的閘位信息、閘前和閘后的水位信息上傳至微機(jī)。還需要不間斷地將閘門啟閉機(jī)的荷重告知上位機(jī)，以判斷監(jiān)控閘門是否出現(xiàn)卡滯。在這個(gè)系統(tǒng)中，對閘位的監(jiān)測采用旋轉(zhuǎn)編碼器來實(shí)現(xiàn)。由于旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出信號是16位的數(shù)字信號，所以必須增加一個(gè)PLC的16位數(shù)字量模塊。在實(shí)際應(yīng)用過程中，水位信息則可以由壓力水位傳感器測量之后傳入到系統(tǒng)之中，且不需要再其中加入信號模塊。

3.3 條件判斷

根據(jù)水閘設(shè)計(jì)需求，當(dāng)內(nèi)河水位低于1.5m、高于3.5m時(shí)，以及外河水位低于1m、高于4m時(shí)，系統(tǒng)的船閘控制系統(tǒng)則將停止運(yùn)行，并在視頻系統(tǒng)上第一時(shí)間發(fā)出報(bào)警畫面。同時(shí)，對于節(jié)制閘來說，當(dāng)水位差超出0.5m時(shí)，則需要保證一次閘門的開啟高度應(yīng)當(dāng)小于0.5m；而對于船閘而言，為了能夠?qū)λ嫔舷掠未暗陌踩宰鞒霰ＷC，則應(yīng)當(dāng)保證水位差能夠控制在2m以上，并保證其起落高度應(yīng)當(dāng)控制在0.1m位置。

3.4 報(bào)警參數(shù)設(shè)置

如果系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)超出了預(yù)設(shè)范圍，則會及時(shí)的向外界發(fā)出報(bào)警信號，并以此幫助系統(tǒng)的操作人員能夠?qū)ο到y(tǒng)的目前運(yùn)行情況引起重視與了解。一般來說，系統(tǒng)的報(bào)警信號主要有外河水位過高/過低、內(nèi)河水位過高/過低、液壓系統(tǒng)壓力過高、水位差過大以及閘門開度超出設(shè)定等情況。

4 結(jié)語

在上文中，我們對于計(jì)算機(jī)控制和視頻技術(shù)在閘門群控中的應(yīng)用進(jìn)行了一定的研究與分析，為我們今后類似系統(tǒng)的改造提供了重要的依據(jù)與參考。

參考文獻(xiàn)：

[1] 孔令聰，曾祥東，劉斌.冗余型可編程序控制器在東江與水庫供水水源工程的應(yīng)用[J].自動化博覽，2012（03）：88-91.

[2] 高杏根.自動監(jiān)控系統(tǒng)在河道水閘防洪排澇中的應(yīng)用[J].水利水文自動化，2009（01）：55-57.