渠道閘門計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)用及思考

【摘要】隨著計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在渠道的大力推廣使用，對閘門監(jiān)控和管理的自動化水平提出了新的要求，實現(xiàn)閘門智能化監(jiān)控勢在必行。渠道閘門監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計，不但能提高閘門控制的靈活性、快速性，而且可以加強(qiáng)渠道運(yùn)行的可靠性和安全性，為提高渠道的自動化水平和實現(xiàn)電站無人值守或少人值班提供理論依據(jù)和技術(shù)手段。在此背景下，本文就渠道閘門計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)用及思考進(jìn)行詳細(xì)探究，以期為有關(guān)方面的研究提供參考借鑒。

【關(guān)鍵詞】渠道閘門；計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)；計算機(jī)運(yùn)用

1、引言

隨著中國加大對水利工程建設(shè)的投入，促成了水利工程中計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)改造工作。而渠道閘門作為水利工程的重要組成部分，其計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)改造必須要得到高度重視。

2、渠道閘門計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計原則

隨著渠道整體技術(shù)發(fā)展和安全要求的提高，這樣的控制方式已經(jīng)很難滿足發(fā)展的需求，因此，有必要結(jié)合實際情況對機(jī)組進(jìn)水口閘門控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，提高機(jī)組進(jìn)水口閘門系統(tǒng)的自動化水平及運(yùn)行可靠性。

（1） 安全可靠和先進(jìn)實用的原則。選擇成熟的分布式計算機(jī)控制系統(tǒng)。在生產(chǎn)過程中信息集中管理和操作的前提下，使控制危險分散。

（2）信息分層管理和控制權(quán)限分級的原則. 系統(tǒng)分為兩層即中央控制層和現(xiàn)地控制層。中央控制層負(fù)責(zé)信息的集中管理和監(jiān)視，與其他系統(tǒng)通信，提供可視的人機(jī)界面?，F(xiàn)地控制層負(fù)責(zé)采集閘門運(yùn)行狀態(tài)和流量等信息，并根據(jù)采集到的信息和主控指令對現(xiàn)場的各種設(shè)備進(jìn)行自動控制。

（3）閘門監(jiān)控系統(tǒng)高度可靠，各項技術(shù)性能指標(biāo)滿足相應(yīng)各項標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)程的要求，并且與計算機(jī)技術(shù)當(dāng)前的發(fā)展水平相適應(yīng)。

（4）系統(tǒng)配置和設(shè)備選型符合計算機(jī)技術(shù)發(fā)展迅速的特點，既便于功能和硬件設(shè)備的擴(kuò)充，又能充分保護(hù)用戶投資。

（5）軟件采用模塊化、結(jié)構(gòu)化的設(shè)計，使系統(tǒng)更適應(yīng)功能的增加和規(guī)模的擴(kuò)充。

（6）人機(jī)接口功能強(qiáng)，操作方便，顯示的畫面和打印的文件清晰醒目。

（7）監(jiān)控系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程連網(wǎng)功能，系統(tǒng)考慮以后實現(xiàn)與省水利廳的數(shù)據(jù)通信，傳輸實時數(shù)據(jù)及控制指令；此外閘門監(jiān)控系統(tǒng)可實現(xiàn)水情測報系統(tǒng)、大壩監(jiān)測系統(tǒng)和MIS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)。

（8）實時性好，抗干擾能力強(qiáng)。

3、閘門計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

渠道閘門控制系統(tǒng)主要包括溢洪道閘門、放水洞閘門和大嶺隧洞閘門自動監(jiān)控。溢洪道和放水洞距管理處較近，用雙絞線轉(zhuǎn)輸監(jiān)控信號；大嶺隧洞距離管理處較遠(yuǎn)，用無線電臺傳輸監(jiān)控信號。渠道閘門計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要包括：閘門開度傳感器，閘門開度測控儀，閘門保護(hù)傳感器，可編程序控制器P比，電器控制柜，數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳設(shè)備，信號傳輸電纜（或無線電臺）、監(jiān)控計算機(jī)等，實現(xiàn)對閘門開度的準(zhǔn)確控制，做到了防洪供水調(diào)度準(zhǔn)確及時。

3.1 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

渠道閘門計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)由網(wǎng)絡(luò)（兼Web）服務(wù)器 、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、查詢（領(lǐng)導(dǎo)）工作站、閘門監(jiān)控主機(jī)、水情自動測報主機(jī)及通信設(shè)備等組成。

3.2 閘門監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

閘門監(jiān)控系統(tǒng)由閘門監(jiān)控子系統(tǒng)、圖像監(jiān)控子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)及數(shù)據(jù)通信處理系統(tǒng)應(yīng)用軟件等部分組成。1）閘門監(jiān)控系統(tǒng)子系統(tǒng)主要由系統(tǒng)實時監(jiān)控計算機(jī)、計算機(jī)局域網(wǎng)和數(shù)據(jù)服務(wù)器、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信網(wǎng)前置通信處理器、數(shù)據(jù)通信設(shè)備、供電系統(tǒng)、閘門監(jiān)控管理軟件等組成；閘門現(xiàn)地監(jiān)控站由負(fù)責(zé)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、控制、預(yù)處理及傳輸?shù)裙ぷ鞯倪h(yuǎn)程終端單元（PLC）、數(shù)據(jù)通信設(shè)備、相關(guān)傳感器和儀表、供電系統(tǒng)、閘門操作臺等組成。2）圖像監(jiān)控子系統(tǒng)可分為前端設(shè)備、傳輸設(shè)備、中心站設(shè)備三部分，其中前端設(shè)備由攝像機(jī)、電動變焦鏡頭、云臺、解碼器、防護(hù)罩等構(gòu)成；傳輸設(shè)備由視頻電纜或光纖線纜及光端機(jī)等組成；中心站設(shè)備由數(shù)模編碼器、多畫面分割器、彩色監(jiān)視器、監(jiān)控計算機(jī)以其它輔助設(shè)備構(gòu)成。3）數(shù)據(jù)通信網(wǎng)采用兩層數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)交換。即由閘門監(jiān)測站與渠道中心站構(gòu)成光纖數(shù)字通信網(wǎng)，并兼容水文自動測報系統(tǒng)，實現(xiàn)系統(tǒng)各工情遙測站與中心站之間的數(shù)據(jù)交換，并可選擇超短波作為備份信道構(gòu)成第一層數(shù)據(jù)通信網(wǎng)；由渠道中心站構(gòu)成基于公用數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的遠(yuǎn)程計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)，亦可選擇無線通信方式構(gòu)成第二層網(wǎng)絡(luò)。

3.3 閘門監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具備的功能

由閘門監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成可知，該系統(tǒng)通過水位傳感器檢測水位，用開度儀檢測閘門的開度，傳感器將這些測定值送入PLC，PLC按既定控制算法輸出控制信號到控制電氣開關(guān)柜，再通過閘門的液壓啟閉系統(tǒng)控制閘門的升降。該系統(tǒng)還應(yīng)具有相應(yīng)的顯示和報警功能。

3.3.1 閘門控制功能

（1）閘門的正常啟閉。（2）緊急落門。（3）閘門下滑重提升。（4）監(jiān)測進(jìn)水閘前攔污柵的阻塞情況并清理攔污柵。（5）緊急抱閘剎車。

3.3.2 閘門運(yùn)行狀態(tài)信號的采集和處理

（1）水位數(shù)據(jù)的采集和處理。最主要有進(jìn)水口工作閘門閘前水位，尾水閘門閘前、閘后水位，攔污柵前水位的數(shù)據(jù)采集和處理。（2）閘門位移數(shù)據(jù)的采集和處理。有閘門的運(yùn)動狀態(tài)（上升還是下降），閘門位移量，閘門是否越限，閘門是否出現(xiàn)卡滯、下滑、飛車等。（3）控制閘門電氣開關(guān)柜的數(shù)據(jù)采集和處理。主要有電壓、電流的測量。

3.3.3 閘門監(jiān)控系統(tǒng)的計算判斷功能 閘門監(jiān)控系統(tǒng)對下位機(jī)傳來的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，并將計算結(jié)果與既定值進(jìn)行比較，判斷是否出現(xiàn)故障或事故情況，從而作出相應(yīng)處理，并上報監(jiān)控中心，向工作人員報警，同時作出記錄。

3.3.4 閘門監(jiān)控系統(tǒng)的保護(hù)功能 當(dāng)閘門出現(xiàn)以下狀況時，控制系統(tǒng)立即向上位機(jī)發(fā)出報警信號，并且作出緊急處理。1）卡滯。當(dāng)提升閘門時，發(fā)生閘門意外卡滯情況（如鋼絲繩拉偏或被異物卡住），表現(xiàn)為閘門上升速度變緩或停止。閘門控制系統(tǒng)立即關(guān)閉主回路電源，抱閘剎車，停止執(zhí)行上升命令，并向電廠監(jiān)控中心發(fā)出卡滯報警信號。2）飛車。當(dāng)閘門降落時，閘門因意外情況，失去控制，自由下落，稱為飛車，表現(xiàn)為閘位計讀數(shù)變化加快。閘門控制系統(tǒng)立即關(guān)閉主回路電源，抱閘剎車，停止落門，并向監(jiān)控中心發(fā)出飛車報警信號。

3.4 系統(tǒng)診斷

系統(tǒng)設(shè)備硬件故障診斷包括對計算機(jī)、外圍設(shè)備、通信接口、通道等的運(yùn)行情況進(jìn)行在線和離線診斷，故障點能診斷到各模板。當(dāng)診斷出外圍設(shè)備故障時，能自動將其切除并發(fā)出信號。軟件故障診斷能對計算機(jī)系統(tǒng)各軟件進(jìn)行在線診斷，診斷出故障軟件功能塊并發(fā)出報警信息。在系統(tǒng)進(jìn)行在線診斷時，不影響計算機(jī)系統(tǒng)對各設(shè)備的監(jiān)控功能。

4、閘門監(jiān)控系統(tǒng)具備的特性

4.1 實時性

現(xiàn)地控制單元狀態(tài)和報警點采集周期不大于 1s；現(xiàn)地控制單元接受控制命令到開始執(zhí)行的時間不大于 1s；主控制級執(zhí)行命令發(fā)出到控制單元回答顯示的時間不大于 1s。

4.2 可靠性

閘門監(jiān)控系統(tǒng)的平均無故障時間不小于 10000 小時；現(xiàn)地控制單元裝置的平均無故障時間不小于 34000 小時；系統(tǒng)中任何設(shè)備的單個元件故障不會造成關(guān)鍵性故障或使外部設(shè)備誤動作；能防止設(shè)備或組件中的多個元件或串聯(lián)元件同時發(fā)生故障。

4.3 操作安全性

閘門監(jiān)控系統(tǒng)對每一功能操作提供校核，當(dāng)操作有誤時能自動或手動地被禁止并報警。閘門監(jiān)控系統(tǒng)可根據(jù)需要在人機(jī)通訊中設(shè)操作員控制權(quán)口令。

4.4 通訊安全性

閘門監(jiān)控系統(tǒng)保證信息中的一個信息量錯誤不會導(dǎo)致系統(tǒng)關(guān)鍵性故障，具有較高的內(nèi)部通訊的信息錯誤碼檢測能力及編碼效率。

4.5 可擴(kuò)展性

整個系統(tǒng)應(yīng)采用全開放系統(tǒng)，便于功能和硬件的擴(kuò)充，系統(tǒng)應(yīng)具有數(shù)據(jù)通訊的接口，方便地實現(xiàn)遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

5、結(jié)束語

總而言之，在水利工程中，渠道閘門是重要的構(gòu)成部分，需要重視改造與升級計算機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)。同時在按照改造范圍與原則基礎(chǔ)上，采用有效方式改善計算機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)，防止升級過程產(chǎn)生問題，保證渠道閘門的監(jiān)控系統(tǒng)改造順利。

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