擋潮閘閘門自動化控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

潘忠寶+王玉珍

摘 要 針對連云港市某沿海擋潮閘，設(shè)計了基于PLC，工業(yè)以太網(wǎng)，WinCC6.2、ActiveX的閘門自動化控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對閘門啟閉自動控制、閘門運行實時視頻監(jiān)控、滲透壓等各種數(shù)據(jù)監(jiān)測和采集，網(wǎng)絡(luò)集成與共享。

【關(guān)鍵詞】擋潮閘 PLC 閘門自動化控制系統(tǒng)

隨著水利科技快速發(fā)展，閘門自動化控制系統(tǒng)已成沿海擋潮閘的標(biāo)配，無論是科技含量，還是工作效率，較以前都有大幅提升。連云港市某沿海擋潮閘共有4個閘孔，采用平面直升式鋼閘門，啟閉機執(zhí)行機構(gòu)為卷揚式啟閉機，采用基于PLC，工業(yè)以太網(wǎng)，WinCC6.2、ActiveX的閘門自動化控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對閘門啟閉自動控制、閘門運行實時視頻監(jiān)控、滲透壓等各種數(shù)據(jù)監(jiān)測和采集，網(wǎng)絡(luò)集成與共享，系統(tǒng)操作簡單，集成度高。

1 擋潮閘自動控制系統(tǒng)組成

計算機自動控制系統(tǒng)主要由監(jiān)控工作站、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、現(xiàn)地控制單元、閘門開度儀、水位傳感器、閘區(qū)滲透壓檢測系統(tǒng)、視頻監(jiān)視系統(tǒng)等部分組成。

網(wǎng)絡(luò)通信采用以態(tài)網(wǎng)總線，主站與各二級站之間采用以態(tài)網(wǎng)絡(luò)連接，抗干擾能力更強。根據(jù)操作控制層次和業(yè)務(wù)信息流程，主要由現(xiàn)地控制單元和上位機兩部分構(gòu)成，采用分層分布式結(jié)構(gòu)形式?，F(xiàn)地控制單元包括：前端采集和后端控制兩個區(qū)域，前端采集主要有水位計、閘位編碼計等傳感器和閘位開度儀等設(shè)施，后端控制區(qū)域則是由包含可編程控制器（PLC）、微電腦保護器、智能數(shù)字儀表、通信模塊、數(shù)字采集卡、輸入/輸出模塊、I/O電源模塊、機電保護電子器件、運行操作鍵鈕、控制切換開關(guān)和狀態(tài)指示器具等設(shè)施構(gòu)成的分布式LCU現(xiàn)地控制柜。上位機主要由監(jiān)測監(jiān)控工作站、網(wǎng)絡(luò)交換機、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、監(jiān)測監(jiān)控軟件等構(gòu)成。遠控查詢單元主要是利用中心控制室內(nèi)的信息查詢工作站、網(wǎng)絡(luò)匯接交換機、激光打印機和計算機操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理軟件、遠程客戶端訪問軟件等構(gòu)成。主機控制單元可以通過Internet采用TCP/IP規(guī)約與上級管理部門鏈接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)與圖像遠程傳輸瀏覽。

2 自動控制系統(tǒng)設(shè)計

2.1 監(jiān)控工作站

啟閉機房集中控制室監(jiān)控主機是計算機自動控制系統(tǒng)的上位機，其主要功能如下：

（1） 聯(lián)網(wǎng)功能；

（2）數(shù)據(jù)采集與處理功能：現(xiàn)地控制單元巡測閘上各種實時數(shù)據(jù)與狀態(tài)信號，最后經(jīng)格式化處理后再通過以太網(wǎng)送至主控級計算機，在顯示終端顯示和處理。進行數(shù)據(jù)預(yù)處理并建立實時數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫。對斷路器及重要繼電保護的動作信號等中斷開關(guān)量信號，監(jiān)控系統(tǒng)以中斷方式迅速響應(yīng)這些信號并作出必要動作及自動操作。監(jiān)控系統(tǒng)通過定期掃查對手動和自動方式選擇的位置信號等非中斷開關(guān)量信號進行采集。

（3）系統(tǒng)可在線對運行狀態(tài)判別條件、預(yù)置參數(shù)和計算公式進行在線修改。

（4）控制與調(diào)節(jié)功能，系統(tǒng)設(shè)手動操作，自動控制和優(yōu)化調(diào)度自動運行方式選擇功能。

（5）設(shè)備運行統(tǒng)計記錄及生產(chǎn)管理，系統(tǒng)對各設(shè)備的運行情況進行統(tǒng)計記錄，某些信息自動提示給運行人員。對設(shè)備狀態(tài)進行變位及變位時間的統(tǒng)計，必要時產(chǎn)生報警。系統(tǒng)還將對參數(shù)越限及定值變更等情況作出統(tǒng)計記錄，并自動生成各類報表、日志，進行打印操作。

（6）安全管理功能。用戶實施分類別，分權(quán)限管理，不同類別的用戶擁有不同的管理權(quán)限。

（7）遠程訪問和網(wǎng)絡(luò)接口。該系統(tǒng)與水利網(wǎng)連接，支持基于IE方式的遠程訪問功能。經(jīng)身份驗證后，可以查看任何一張現(xiàn)場的監(jiān)控畫面、遠程控制、視頻同步、視頻圖像云臺焦距控制等現(xiàn)場監(jiān)控功能。

2.2 現(xiàn)地控制單元

現(xiàn)地控制單元選用PLC可編程控制器，采用以太網(wǎng)方式與監(jiān)控主機進行通訊，接受上級操作指令，同時上傳各種設(shè)備的狀態(tài)和運行數(shù)據(jù)，其功能有：

（1）與監(jiān)控主機通訊，接收上級開、停、關(guān)等命令；

（2）巡測各種電量和非電量參數(shù)以及設(shè)備狀態(tài)；

（3）根據(jù)操作指令，實施自動開、停、關(guān)等操作；

（4）向上位機發(fā)送實時運行信息；

（5）數(shù)據(jù)采集、處理和系統(tǒng)診斷；

（6）通過人工輸入指令，實施自動開、停、關(guān)操作，顯示各種運行參數(shù)；

（7）具有運行狀態(tài)識別、故障多重保護功能。

現(xiàn)地控制單元是控制啟閉機運行優(yōu)先級最高的自動控制單元，即便在監(jiān)控主機出現(xiàn)故障時，它也能保證啟閉機正常運行和程序控制的各種運行操作。

2.3 數(shù)據(jù)庫軟件

數(shù)據(jù)庫采用分布式關(guān)系型數(shù)據(jù)庫 Microsoft SQL Server2005，數(shù)據(jù)庫由以下幾個部分組成：

2.3.1 實時數(shù)據(jù)庫

存放數(shù)據(jù)是由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)。保存每次采集得到和操作人員錄入的數(shù)據(jù)、狀態(tài)和編碼信息。

2.3.2 參數(shù)數(shù)據(jù)庫

存放包括常數(shù)、曲線和操作員手動輸入的數(shù)據(jù)，存取頻次較高的數(shù)據(jù)常駐內(nèi)存中。

2.3.3 歷史數(shù)據(jù)庫

存儲歷史數(shù)據(jù)，供閘門調(diào)度信息管理和數(shù)據(jù)表子系統(tǒng)使用。

2.4 系統(tǒng)接地

PLC系統(tǒng)屬高速低電平控制裝置，采用直接接地方式。由于信號電纜分布電容和輸入裝置濾波等影響，裝置之間的信號交換頻率一般都低于1MHz，所以PLC設(shè)備接地線采用一點接地和串聯(lián)一點接地方式。集中布置的PLC系統(tǒng)并聯(lián)一點接地方式，各裝置的柜體中心接地點以單獨的接地線引向接地極。用一根大截面銅母線（或絕緣電纜）連接各裝置的柜體中心接地點，然后將接地母線直接連接接地極。接地線采用截面大于25mm2的銅導(dǎo)線，總母線使用截面大于60mm2的銅排。接地極的接地電阻小于1Ω，接地極埋在距建筑物10至15米遠處，而且本系統(tǒng)接地點與強電設(shè)備接地點相距10米以上。信號源接地時，屏蔽層在信號側(cè)接地；信號線中間有接頭時，屏蔽層牢固連接并進行絕緣處理，避免多點接地；多個測點信號的屏蔽雙絞線與多芯對絞總屏電纜連接時，各屏蔽層相互連接好，并經(jīng)絕緣處理。

3 結(jié)束語

本系統(tǒng)實時采集上下游水位、揚壓力等監(jiān)測數(shù)據(jù)，達到遠程監(jiān)控、數(shù)據(jù)共享目地。系統(tǒng)配置和設(shè)備選型適應(yīng)計算機迅速發(fā)展的特點，采用基于工業(yè)以太網(wǎng)的分布式控制系統(tǒng)，便于硬件和功能的擴充。軟件采用模塊化、結(jié)構(gòu)化設(shè)計理念，能更好適應(yīng)規(guī)模擴充。系統(tǒng)主要軟硬件設(shè)備均采用知名產(chǎn)品，并已成熟應(yīng)用于水利行業(yè)，確保計算機監(jiān)控系統(tǒng)安全可靠地投入運行。

參考文獻

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作者簡介

潘忠寶（1983-），男，江蘇省灌南縣人。大學(xué)本科學(xué)歷?，F(xiàn)為連云港市市區(qū)水工程管理處工程師，從事閘門自動化控制系統(tǒng)維護管理和水利工程管理。

作者單位

1.連云港市市區(qū)水工程管理處 江蘇省連云港市 222006

2.江蘇省農(nóng)墾農(nóng)業(yè)發(fā)展股份有限公司東辛分公司 江蘇省連云港市 222248