水閘自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)探析

程 艷 胡 穎

摘要結(jié)合海河二道閘水閘的實(shí)際情況,進(jìn)行了計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)技術(shù)方案設(shè)計(jì)研究,并著重闡述了系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)、現(xiàn)地系統(tǒng)設(shè)計(jì)、中心系統(tǒng)設(shè)計(jì),為海河二道閘建立水閘自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)提供了技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞海河二道閘水閘;監(jiān)控系統(tǒng);PLC;閘門啟閉

中圖分類號(hào)TH134文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào) 1007-5739(2009)21-0209-02

海河二道閘是以防洪、排澇、引水、航運(yùn)為主的一座節(jié)制閘,目前主要以現(xiàn)地控制為主,很多設(shè)備需要人工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控和操作。對(duì)閘門控制的可靠性不高、效率較低,并且不具有遠(yuǎn)程通訊功能,不能進(jìn)行信息共享,已不能滿足當(dāng)今管控一體化的要求。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和對(duì)水利信息需求的日益增加,水閘的自動(dòng)化改造勢(shì)在必行。

自動(dòng)化技術(shù)經(jīng)過10多年的發(fā)展已經(jīng)達(dá)到一定水平。目前,自動(dòng)化技術(shù)多采用PLC、微機(jī)保護(hù)單元、控制主機(jī)及繼電器等。隨著智能化開關(guān)、光電式互感器、一次運(yùn)行設(shè)備在線狀態(tài)檢測(cè)、變電站運(yùn)行操作培訓(xùn)仿真等技術(shù)日趨成熟,以及計(jì)算機(jī)高速網(wǎng)絡(luò)的開發(fā)應(yīng)用,全數(shù)字化的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)必將出現(xiàn)?，F(xiàn)主要結(jié)合海河二道閘水閘的實(shí)際情況,討論一種基于數(shù)字化的水閘監(jiān)控系統(tǒng),保證水閘更加安全、可靠、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)水閘“無人值班,少人值守”的目標(biāo),滿足當(dāng)今信息化的要求。

1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

海河二道閘有7孔泄水閘門和1孔通航閘門,該系統(tǒng)主要是監(jiān)控閘門的啟閉、機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行情況、閘上下游水位。每個(gè)監(jiān)控子系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)控制、集中控制、遠(yuǎn)程控制組成。利用PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和輸出的邏輯順序控制。該系統(tǒng)采用2臺(tái)工控機(jī)作為雙機(jī)熱備,工控機(jī)除了控制的作用外,還具有對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、實(shí)時(shí)顯示曲線、查詢歷史曲線和報(bào)警等作用,此外利用工控機(jī)進(jìn)行Web發(fā)布,任何與其相連的計(jì)算機(jī)都可以通過IE瀏覽器進(jìn)行控制。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

現(xiàn)地控制級(jí)主要包括:一是控制箱。每孔閘門旁安裝現(xiàn)場(chǎng)控制箱,當(dāng)控制模式置于現(xiàn)場(chǎng)位置時(shí),操作員可利用控制箱上的啟動(dòng)和停止來操縱閘門的運(yùn)行,是最高級(jí)別的操作,獨(dú)立于PLC和計(jì)算機(jī)控制,主要用于設(shè)備維護(hù)和調(diào)試。當(dāng)控制模式選擇遠(yuǎn)程時(shí),控制箱的啟動(dòng)和停止不能使用,此時(shí)的操作權(quán)交由PLC完成。二是泄水閘現(xiàn)地控制級(jí)。7扇泄水閘由一套 PLC組成現(xiàn)地級(jí)。閘位采用高精度閘門開度儀進(jìn)行監(jiān)測(cè),精度達(dá)±1mm。閘門的啟閉是由左右液壓活塞上下運(yùn)動(dòng)決定的;開度的測(cè)量是通過絕對(duì)編碼器檢測(cè)的,它將閘門的上下位移變成一系列的數(shù)字量,經(jīng)開度儀的二次儀表變換成標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)送PLC的模擬量輸入模塊。開度儀具有開度數(shù)字現(xiàn)地顯示、量設(shè)置、非線性補(bǔ)償?shù)裙δ?。三是通航閘現(xiàn)地控制級(jí)。通航閘由一套PLC組成現(xiàn)地級(jí),它的主要功能是控制閘門上升、下降和通航、停航指示等動(dòng)作。四是公用設(shè)備現(xiàn)地控制級(jí)。備用發(fā)電機(jī)、水位、雨量等設(shè)備的監(jiān)控,采用1個(gè)公用現(xiàn)地控制PLC裝置。首先采用市電(東24或252線路)供電,若監(jiān)控到市電線路無電,將迅速開啟柴油發(fā)電機(jī)組供電,當(dāng)市電線路來電后自動(dòng)斷開發(fā)電機(jī),線路投入運(yùn)行,不需要工作人員干預(yù);另外,還可以自動(dòng)定時(shí)開關(guān)閘區(qū)路燈照明。閘上下游水位的監(jiān)測(cè)至關(guān)重要,是整個(gè)自動(dòng)控制能否實(shí)行“無人值班,少人值守”的關(guān)鍵。為此,系統(tǒng)在選用傳感器時(shí),要做充分的比較,可選用美國DTSIO公司的智能型激光水位計(jì)。其測(cè)量原理為,在水面上方某一高度的激光水位計(jì)向水面垂直地發(fā)送光束,光束到達(dá)水面后反射回來,而測(cè)得水位計(jì)達(dá)到水面的距離,水位計(jì)高度與所測(cè)距離相減即得水面高度,即水位。該水位計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝和使用方便的特點(diǎn)。水位計(jì)的安裝必須考慮防浪措施,保證水位的準(zhǔn)確。監(jiān)控雨量的傳感器計(jì)可選用雙翻斗式雨量傳感器,每翻1次降雨量為1mm。由PLC自動(dòng)完成各種信息的采集、分析處理、執(zhí)行控制操作。五是中控室。中央控制室內(nèi)配置現(xiàn)場(chǎng)指示儀表,以方便實(shí)際操作。中控室2臺(tái)工控機(jī)互為熱備冗余,每個(gè)工控機(jī)配有雙網(wǎng)卡,一塊網(wǎng)卡與控制網(wǎng)相連,另一塊與管理中心相連,進(jìn)行信息發(fā)布。主要負(fù)責(zé)采集現(xiàn)地控制級(jí)各種數(shù)據(jù),通過計(jì)算機(jī)通訊網(wǎng)絡(luò)集中于中控室并上傳至管理中心。中央控制室可直接對(duì)PLC下達(dá)有關(guān)控制命令,如控制油泵電動(dòng)機(jī)、閘門升降停等。為防止雷電,該監(jiān)控系統(tǒng)為了提高抗干擾能力和可靠性,凡是從外引進(jìn)的電源線和信號(hào)線都采取了防雷措施,戶外設(shè)備高空處需安裝避雷針。中控室安裝防盜設(shè)備,確保各站點(diǎn)在無人看守的情況下設(shè)備的安全性。一旦發(fā)現(xiàn)安全問題,立即發(fā)出聲光報(bào)警,同時(shí)向中心和安全部門發(fā)出報(bào)警信息。

2監(jiān)控軟件

主控制室采用Cimplicity作為監(jiān)控軟件,該軟件可以采集現(xiàn)地控制級(jí)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù),并進(jìn)行相應(yīng)的處理,然后存放到SQL SERVER建立的數(shù)據(jù)庫中,供分析、統(tǒng)計(jì)、報(bào)表和打印使用。具體功能如下。

2.1計(jì)算功能

監(jiān)控軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),對(duì)閘區(qū)上下游水位采集的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行濾波、計(jì)算,根據(jù)平均值判斷變化趨勢(shì),形成上下游水位曲線,根據(jù)水位變化規(guī)律決定閘門的啟(升)或閉(降)、開度、自動(dòng)運(yùn)行。

2.2控制功能

根據(jù)水位曲線的變化趨勢(shì)計(jì)算分析,有2種方法可向閘門發(fā)出控制命令,實(shí)現(xiàn)閘門的啟閉操作。一是自動(dòng)運(yùn)行。根據(jù)計(jì)算結(jié)果,計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成閘門啟閉操作,做到無人職守。二是人工操作。運(yùn)行人員根據(jù)水位曲線變化趨勢(shì),通過人機(jī)對(duì)話界面,實(shí)現(xiàn)閘門啟閉的操作。

3Web遠(yuǎn)程訪問

水閘信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通過ADSL專線上網(wǎng)實(shí)現(xiàn)與防辦信息調(diào)度中心Internet網(wǎng)絡(luò)互聯(lián),以及網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)管理。系統(tǒng)可以基于Web的B/S服務(wù)。

為了實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)和信息網(wǎng)絡(luò)緊密連接,系統(tǒng)采用了基于OPC標(biāo)準(zhǔn)的自動(dòng)化技術(shù)。OPC標(biāo)準(zhǔn)基于OLE/COM技術(shù),同時(shí)OLE/COM的擴(kuò)展遠(yuǎn)程OLE自動(dòng)化與DCOM技術(shù)支持TCP/IP等多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,因此可以通過OPC接口實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程訪問。這里中控室的計(jì)算機(jī)服務(wù)器OPC服務(wù)器,允許與其他具有OPC客戶機(jī)接口的應(yīng)用程序進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。網(wǎng)頁服務(wù)器(Web服務(wù)器)通過OPC通訊接口程序和OPC服務(wù)器通訊,讀取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)在網(wǎng)頁上動(dòng)態(tài)刷新顯示。

4結(jié)語

計(jì)算機(jī)自動(dòng)集中控制系統(tǒng)的建成,極大地優(yōu)化了水閘系統(tǒng)的運(yùn)行和管理,實(shí)現(xiàn)水閘運(yùn)行“無人值班、少人值守”。有效地實(shí)現(xiàn)了管理的科學(xué)化、現(xiàn)代化,提高閘門控制的安全性、可靠性,充分提高二道閘水閘工程效益,促進(jìn)水閘工程管理的現(xiàn)代化。通過Internet技術(shù)和Web技術(shù)實(shí)現(xiàn)了資源共享。同時(shí),系統(tǒng)設(shè)計(jì)通過采用當(dāng)前先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備,具有一定的先進(jìn)性、可擴(kuò)展性。實(shí)際運(yùn)行證明,該系統(tǒng)效果良好,達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

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