無人值守的自動控制式新型水閘技術分析

岳全泉

（廣州市番禺區(qū)協(xié)同水利水電建設工程有限公司，廣東廣州 511400）

0 引言

對于水閘結構本身來說，在自控系統(tǒng)的實際運行過程，一方面要能夠精準獲取各類信號，從而讓水閘結構可以通過對于相關信息的取得獲得基礎性的運行指令，另一方面要能夠做出專業(yè)的響應動作信號，讓水閘結構可正常運行。

1 自動控制式新型水閘的構成

水閘結構的主體部分為閘室區(qū)域，其中閘室內部設置的結構包括底板、工作橋以及啟閉機，從而形成了活動機構，在該系統(tǒng)的工作過程，可以通過對所有硬軟件設施的使用，讓水閘中的主體結構可以活動[1]。

本工程以計算機控制為主、常規(guī)控制為輔。要求自動化監(jiān)測與控制系統(tǒng)設計原則是：經(jīng)濟實用、安全可靠、技術先進、易于維護。因此對相關要點展開分析：

（1）設計目標：無人或者少人值守，日常運行控制完全借助自動化系統(tǒng)實現(xiàn)，通過獲取各項信息與參數(shù)，發(fā)出控制指令。

（2）分層結構：采用兩層配置結構，包括現(xiàn)地控制層與集中控制層，同時構造遙信、遙測、遙控以及遙調的整體控制系統(tǒng)。

（3）系統(tǒng)資源配置：自動控制系統(tǒng)退出時，要直接調派該系統(tǒng)的專業(yè)管理人員，讓其觀察工程現(xiàn)場，只有在滿足系統(tǒng)開機條件時，方可按照操作方法開機。

（4）安全保障方法：在系統(tǒng)中要配置冗余設備，在某設備故障時，備用設備立即投入運行，且該系統(tǒng)要具備自動糾錯能力，可使用控制匯率或者硬軟件系統(tǒng)，分析該方法的工作信息，之后給出該系統(tǒng)的控制結果。

（5）設備選用：在控制系統(tǒng)配置過程，考慮到設備的先進性、完備性、開發(fā)性和可擴充性，核心硬件可采用國外優(yōu)質設備，對于線束、端口等設備，可選用國內優(yōu)質產(chǎn)品。

（6）系統(tǒng)原則：經(jīng)濟實用、性價比高。

（7）運行性能：可維護、統(tǒng)一標準、統(tǒng)一管理規(guī)范、人機交互界面合理。

（8）環(huán)境抵抗能力：防雷電和抗干擾。

2 無人值守的自動控制式新型水閘設計方案

2.1 自動控制系統(tǒng)任務

基于無人值守思路下的自動控制系統(tǒng)建設過程，首先是能夠在閘門出現(xiàn)卡滯時，讓啟閉機的螺桿結構可以向下運動一段較小距離，同時欠流繼電器動作，確保水閘結構中的啟閉機處于安全運行狀態(tài)。

其次通過對載荷重量傳感器發(fā)出的信息進行分析，實現(xiàn)對當前載荷總量的精準測定，控制啟閉機設備的載荷重量信息，讓系統(tǒng)獲得自主化的升級與改進效果。

最后是水閘動作響應，根據(jù)當前已經(jīng)獲得的相關數(shù)據(jù)，將獲取的測量信息由自動控制系統(tǒng)所識別，發(fā)出系統(tǒng)控制指令，讓水閘結構做出正確響應動作。

2.2 自動控制方案選擇

在系統(tǒng)建設過程，首先要配置傳感器，可以主動分析水閘結構當前運行狀態(tài)，與設定參數(shù)進行對比。其次要建立多個功能模塊，可分為數(shù)據(jù)存儲模塊、數(shù)據(jù)產(chǎn)生模塊和數(shù)據(jù)利用模塊，借助PLC控制系統(tǒng)，和水閘硬件關聯(lián)，之后給出控制指令。最后是被控對象其他設備配置，要能讓啟停機可以接收基于PLC控制系統(tǒng)發(fā)出的指令。

2.3 自動控制系統(tǒng)構造

自動控制系統(tǒng)要根據(jù)PLC控制系統(tǒng)的相關要求，實現(xiàn)對整個控制體系的配置，具體的設備控制流程圖如圖1所示。

圖1 水閘自動控制系統(tǒng)運行流程

行程開關可以測量電路參數(shù)，將信息直接提交給繼電器，該指令可被PLC控制器接收，之后該系統(tǒng)使用已設定的參數(shù)實時顯示信息，同時可借助參數(shù)分析水閘接口所需要做出的響應，將相關控制信息直接傳遞給靜態(tài)型繼電器，繼電器可作用于渦輪蝸桿結構，使得啟閉裝置做出響應[2]。

2.4 自動控制系統(tǒng)配置

自動控制系統(tǒng)的配置過程，要根據(jù)該系統(tǒng)的本身精準性要求，實現(xiàn)對傳感器、核心控制部件以及被控對象的加入。傳感器要根據(jù)運行原理、運行功能等，在相關區(qū)域合理配置，讓傳感器收集數(shù)據(jù)。加入核心控制模塊過程，要根據(jù)功能在其中加入相關軟件，實現(xiàn)對模塊高效應用。對于被控對象，通過靜態(tài)型繼電器，可以完全根據(jù)控制指令做出響應動作。

3 無人值守的自動控制式新型水閘實施方法

3.1 系統(tǒng)傳感器配置

系統(tǒng)傳感器要實現(xiàn)對電力系統(tǒng)的監(jiān)管、相關數(shù)據(jù)的分析和記錄等，檢查當前供電系統(tǒng)中的電力參數(shù)，由控制中樞分析是否存在問題。從當前傳感器表現(xiàn)上來看，要根據(jù)該傳感器運行要求和原理，實現(xiàn)對所有參數(shù)的選擇，同時直接提交給當前已經(jīng)建立的PLC控制系統(tǒng)中樞，在后續(xù)的運行過程，通過對該參數(shù)的使用，詳盡分析運行狀態(tài)。

3.2 控制中樞配置

在控制中樞的配置過程，首先要根據(jù)該系統(tǒng)的運行狀態(tài)，實現(xiàn)對所有參數(shù)的控制。其次要根據(jù)控制中樞的功能體系，實現(xiàn)內部運行邏輯的交互。最后是對于控制體系的合理變革。在具體配置過程，需要建立專業(yè)的控制計算機，同時采用冗余配置思想，一臺計算機發(fā)生故障時，備用計算機立即投入工作。主機中樞功能包括對整個工程計算機控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫管理，在線或離線計算功能，各種圖表、曲線的生成，事故、故障信號分析處理。運行值守人員通過監(jiān)視器的圖形化畫面，進行整個工程運行監(jiān)視、控制和數(shù)據(jù)庫報表管理。

計算機控制系統(tǒng)采用分層分布式的開放型結構，控制系統(tǒng)分兩層，即集中控制層和現(xiàn)地控制層。

對于集中控制層，該系統(tǒng)配置在副廠房的中央控制室，網(wǎng)絡技術為100Mbps的快速以太技術，通信協(xié)議為TCP/IP技術，從而形成開放結構的網(wǎng)絡系統(tǒng)。在設備選擇中，包括2臺計算工作站、1臺網(wǎng)絡信息交換機、1臺激光打印機、1套GPS系統(tǒng)以及語音告警系統(tǒng)。

對于現(xiàn)地控制層，在其中配置LCU控制柜，1#機組的控制柜控制兩臺工作機組，2#公用控制柜控制水位顯示設施、告警設施以及網(wǎng)絡設施。

對于圖像系統(tǒng)，可細分為4個子項目，包括前端設施、信息傳遞設施、系統(tǒng)控制設施、信息的展現(xiàn)與記錄設施。其中前端設施包括彩色搞分辨率攝像機、云臺以及室外空間防護設備，以獲取并采集圖像數(shù)據(jù)，本工程中的攝像機為高性能彩色攝錄機；對于信息傳遞設備，需要分析信息的傳遞距離和圖像質量，之后配置專業(yè)的線纜與接口設施，從而讓視頻信息被傳遞到控制中心中，且這類數(shù)據(jù)與信息可經(jīng)過壓縮處理，以專業(yè)方法與路徑傳遞到信息處理點。對于系統(tǒng)控制設備，應用高性能的硬盤錄像機，其中主機負責設備和圖像設備、云臺、系統(tǒng)可區(qū)分和分組同步、圖像檢索以及處理等多項功能；對于信息的顯示與記錄設備，要根據(jù)圖像的展示需求，在其中合理配置圖像展現(xiàn)設備，包括監(jiān)視器、投影機與顯示器等設施。

3.3 控制指令使用

控制指令的最終作用對象是當前該系統(tǒng)中存在的啟閉裝置，在該設置的使用過程，要在其之前配置信號的接收裝置，該裝置的作用是可以獲取控制系統(tǒng)發(fā)出的控制指令，并被穩(wěn)定型繼電器所識別，之后根據(jù)其中存在的電流參數(shù)和電壓參數(shù)，讓啟閉機作出響應，繼電器的高壓端可以直接讓該設備的活動機構運行，實現(xiàn)對蝸桿螺桿的狀態(tài)控制，該系統(tǒng)的運行原理圖如圖2所示。

4 結論

圖2 啟閉機系統(tǒng)構成

綜上所述，無人值守的自動控制式水閘系統(tǒng)運行過程中，所需要選擇的控制思路為PLC控制系統(tǒng)，在其中要加入行程開關、開度儀等，通過相關信息的獲得，讓取得的測量結果直接調配到已經(jīng)構造的控制中樞內。該體系的后續(xù)工作階段，可以對這類信息直接展示，讓建立的控制工作模塊可以處于有序運行狀態(tài)。