基于PLC技術(shù)的水利自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

孫洪陽

（本溪關(guān)門山水庫實(shí)業(yè)有限公司,遼寧 本溪 117108）

0 引言

水庫運(yùn)行對區(qū)域防洪安全、地區(qū)經(jīng)濟(jì)建設(shè)有著非常重要的影響,加強(qiáng)自動(dòng)化監(jiān)控對發(fā)揮水利工程效應(yīng)意義重大。關(guān)門山水庫屬于Ⅲ等中型水庫,兼具農(nóng)業(yè)供水、防洪發(fā)電、水產(chǎn)養(yǎng)殖等功能。一直以來,自動(dòng)化應(yīng)用都是水庫發(fā)展和管理的重點(diǎn)。為進(jìn)一步提高水庫各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)監(jiān)測的準(zhǔn)確度、全面性,就需要依靠自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。PLC作為一種全新的技術(shù),與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)相比,其能夠在惡劣的水利系統(tǒng)環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行,其優(yōu)勢更加明顯。對此,針對關(guān)門山水庫,以PLC技術(shù)為核心,設(shè)計(jì)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)是極為有必要的。

1 PLC技術(shù)概述

1.1 PLC技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

PLC技術(shù)的核心是微處理器,系統(tǒng)裝置操作以數(shù)字運(yùn)算為主,是計(jì)算機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)繼電觸控技術(shù)的有機(jī)結(jié)合,在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用較多。系統(tǒng)裝置中的存儲器具有可編程作用,可以進(jìn)行各種指令操作,如邏輯運(yùn)算、順序控制等,不僅能發(fā)揮出計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢,使得程序更加直觀,同時(shí)也能有效解決觸控系統(tǒng)中線路復(fù)雜等問題,讓操作人員操作更加方便[1]。目前,PLC技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)比較成熟,集可靠、靈活、控制力強(qiáng)等特點(diǎn),同時(shí)還能進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,圖像顯示也更加清晰,進(jìn)一步推動(dòng)了PLC在連續(xù)生產(chǎn)過程控制中的廣泛應(yīng)用。

1.2 PLC技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

作為當(dāng)前工業(yè)領(lǐng)域自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)中最先進(jìn)的控制裝置,PLC具有如下特點(diǎn)：第一,可靠性高。數(shù)據(jù)真實(shí)可靠對于水利監(jiān)控而言是非常重要的,一旦出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤,會直接影響工作人員對水利狀況的判斷。PLC具有多層抗干擾技術(shù),無論環(huán)境如何惡劣,都能確保正常運(yùn)行。第二,編程簡單。系統(tǒng)中主要包括輸入程序和更改程序兩個(gè)步驟,且使用的是存儲邏輯,可以有效減少外部接線。通常情況下梯形圖編程就能滿足所需,一般水利工作人員都能掌握。第三,適應(yīng)性與通用性強(qiáng)。所采用的核心部件都是模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化的,通過這些配置能夠形成不同系列的產(chǎn)品,從而應(yīng)用于不同的監(jiān)控系統(tǒng)中,如位置監(jiān)控、CNC監(jiān)控、數(shù)字監(jiān)控等等[2]。而且該系統(tǒng)裝置體積小、能耗低,有助于機(jī)電一體化的實(shí)現(xiàn)。

2 基于PLC技術(shù)的水利自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 概況

關(guān)門山水庫位于小湯河支流,屬于Ⅲ等中型水庫,兼具農(nóng)業(yè)供水、防洪發(fā)電、水產(chǎn)養(yǎng)殖等功能。目前,水庫無水利自動(dòng)化檢測系統(tǒng),為進(jìn)一步提高對上游水請變化的掌握,以便能夠及時(shí)預(yù)報(bào)水庫來水與泄流,切實(shí)提高水庫管理水平,有必要基于PLC技術(shù)設(shè)計(jì)水利自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)。

2.2 總體設(shè)計(jì)

關(guān)門山水庫雖然在2012 年對下游泄洪道進(jìn)行全面疏通,但為了保證水庫的安全度汛,還是需要提高汛情監(jiān)測水平。而單一的通過春夏季蓄水情況來確定水情,這樣無法實(shí)時(shí)了解水庫實(shí)際防洪狀況。對此,本系統(tǒng)以PLC技術(shù)為主,同時(shí)融合DCS、FCS等系統(tǒng),包括控制、設(shè)備以及網(wǎng)絡(luò)等層級,以Profibus-DP總線通信為例,數(shù)據(jù)采集和運(yùn)行主要是借助PLC及智能設(shè)備完成,同時(shí)PLC、I/0設(shè)備負(fù)責(zé)對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制調(diào)節(jié)[3]。網(wǎng)絡(luò)通信監(jiān)控采取的是以太網(wǎng)方式,主要監(jiān)控上機(jī)位和系統(tǒng)。此外,程序設(shè)計(jì)、智能儀器、轉(zhuǎn)換器、變送器等獨(dú)立負(fù)責(zé)完成程序控制,也就是說即便是PCL發(fā)生故障,其他控制器也能繼續(xù)維持工作,實(shí)現(xiàn)了分散控制。在水利系統(tǒng)監(jiān)控任務(wù)中,利用以太網(wǎng)和駕駛室的操作站之間的聯(lián)系,可以實(shí)現(xiàn)工控機(jī)與上級管理設(shè)備的信息互通。

2.3 程序設(shè)計(jì)

2.3.1 組態(tài)編輯

關(guān)門山水庫自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)中,程序設(shè)計(jì)板塊具有用戶編輯界面功能,與PLC網(wǎng)絡(luò)中各類監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的互聯(lián)互通,以顯示關(guān)門山水庫的各類信息數(shù)據(jù)成果,從而賦予其功能性。關(guān)門山水庫管理人員可依據(jù)界面內(nèi)容顯示,明確操作的目標(biāo)、級別,掌握運(yùn)行的參數(shù)及狀態(tài),并可對報(bào)警信息、故障信息加以顯示。

2.3.2 程序設(shè)計(jì)

在關(guān)門山水庫自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)的用戶界面的創(chuàng)建中,主要以Win-CC實(shí)現(xiàn)圖形設(shè)計(jì)功能,在程序運(yùn)行的過程中,水庫的技術(shù)人員能夠依據(jù)監(jiān)控及顯示內(nèi)容完成相應(yīng)的操作。從界面設(shè)計(jì)的布局看,主要包括圖形、按鈕、文本框、I/O框、運(yùn)行參數(shù)等要素。

2.3.3 采集和傳遞

在關(guān)門山自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)中,數(shù)據(jù)采集和傳遞是非常重要的環(huán)節(jié),可以實(shí)時(shí)了解水庫的運(yùn)行狀態(tài)。具體內(nèi)容包括水庫繞組溫度、柴油機(jī)滑油轉(zhuǎn)速、壓力、電流電壓、功率等數(shù)十項(xiàng)內(nèi)容,同時(shí)還涉及水庫圖形的顯示、打印、輸出、操作[4]。尤其是當(dāng)水庫發(fā)生故障時(shí),還能對突出對故障狀態(tài)判斷、記錄、輸出模擬量等一系列項(xiàng)目,便于關(guān)門山水庫管理人員采集和傳遞相關(guān)信息。

2.4 監(jiān)控中心系統(tǒng)組成

2.4.1 水域情報(bào)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

關(guān)門山水庫自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)中,對于各類情報(bào)信息的收集不可或缺,包括水情預(yù)報(bào)、防洪監(jiān)控、防汛指揮等內(nèi)容。另外,基于管理的要求與標(biāo)準(zhǔn),能夠?qū)﹃P(guān)門山水利站點(diǎn)雨量、風(fēng)向、風(fēng)速、氣壓等信息加以預(yù)測,提升管理的科學(xué)性和前瞻性。

2.4.2 大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)

大壩安全事關(guān)水利工程的安全,運(yùn)用大壩安全監(jiān)測系統(tǒng),可以有效防范潛在的風(fēng)險(xiǎn)問題,確保關(guān)門山水庫運(yùn)行始終處于安全狀態(tài)。其中,安全檢測信息查詢系統(tǒng),能夠針對水庫各類信息元素,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收集并生成曲線圖,有助于水情、雨情等安全標(biāo)準(zhǔn)的建立,發(fā)揮數(shù)據(jù)采集的功能優(yōu)勢。

2.4.3 閘門控制系統(tǒng)

主要實(shí)現(xiàn)對閘門電機(jī)開關(guān)的自動(dòng)化控制,尤其是可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控的功能,即依托技術(shù)人員下達(dá)的相關(guān)指令,能夠及時(shí)有效地配合泄洪與防汛工作。同時(shí),基于PLC控制中能夠掌握閘門的上升或下降,并且實(shí)施更加細(xì)致的數(shù)據(jù)設(shè)定,使其處于必要的位置,并在界面中了解其供電電流、急停指示、復(fù)位指示等項(xiàng),使操作的便利性大幅提升。

在《孟子》一書中，孟子在與諸侯國王對話時(shí)常以“臣”自稱，并稱對方為“王”，而對于類似稱謂詞的翻譯中，很多譯本將“臣”普遍譯為I，對“王”的翻譯則是利用多重譯法。然而，也有大一部分譯者將“王”譯為you，這樣的譯文無法體現(xiàn)出君臣間嚴(yán)格的上下等級關(guān)系，導(dǎo)致譯文沒有辦法突出原作的真實(shí)語境及情感。因此，可以將“臣”譯為your subject，將“王”譯為Your Majesty，這樣的翻譯能夠充分體現(xiàn)出特殊語境下談話雙方明確的等級關(guān)系，彌補(bǔ)英譯中稱謂詞人際功能的缺失。

2.4.4 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

在水庫自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)中,視頻監(jiān)控系統(tǒng)是核心內(nèi)容,可以將各種數(shù)據(jù)以直觀化的方式呈現(xiàn)出來,如關(guān)門山水庫設(shè)施運(yùn)行情況、附近水域信息、溢洪道及主壩信息等,同時(shí)還能對水庫運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控,而通過計(jì)算機(jī)技術(shù)的運(yùn)用,還能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互通共享。

2.5 可靠性設(shè)計(jì)

當(dāng)進(jìn)行遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸時(shí),可以屏蔽外界信號的接收器,或是直接選用接地方式,可有效提高數(shù)據(jù)的可靠性。

3 水利自動(dòng)化監(jiān)管系統(tǒng)在供水工作中的應(yīng)用

3.1 水利自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用

該系統(tǒng)實(shí)際就是綜合性的水利信息管理平臺,主要監(jiān)控和管理關(guān)門山水庫的運(yùn)行情況,通過該系統(tǒng),調(diào)度中心可以實(shí)時(shí)監(jiān)控多個(gè)單元所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)行參數(shù),并對重要的環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)管。

3.2 主要功能

3.2.1 權(quán)限管理

系統(tǒng)管理人員可以根據(jù)關(guān)門山水庫工作人員所處的職位、部位以及工種等不同,合理設(shè)定具體的使用權(quán)限,且不同領(lǐng)域的管理者僅可以管理自己權(quán)限范圍內(nèi)的數(shù)據(jù),若是該數(shù)據(jù)超過自己的管理權(quán)限,則僅能查詢。

3.2.2 生產(chǎn)調(diào)度管理

系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測關(guān)門山水庫數(shù)據(jù),若是現(xiàn)場具備光纖通信條件,還可以進(jìn)行視頻監(jiān)控,一旦發(fā)現(xiàn)水庫出現(xiàn)異常情況,系統(tǒng)會自動(dòng)切換畫面,以起到警示提醒作用。若是發(fā)生水位超警戒線等情況,監(jiān)控系統(tǒng)還會自動(dòng)發(fā)送遠(yuǎn)程預(yù)警,直接向相關(guān)負(fù)責(zé)人發(fā)送信息。不僅如此,系統(tǒng)還可以隨意切換遠(yuǎn)程近程畫面。

3.2.3 供水調(diào)度管理

系統(tǒng)可以檢測到關(guān)門山水域流量和壓力,及時(shí)校對各項(xiàng)參數(shù)并進(jìn)行自動(dòng)恢復(fù),同時(shí)還能清晰反饋關(guān)門山各區(qū)域水流情況,為該地區(qū)供水調(diào)度提供有效的參考。

3.2.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

在收集各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)后,監(jiān)控系統(tǒng)可以自動(dòng)導(dǎo)出數(shù)據(jù),然后制作生產(chǎn)各種報(bào)表,提高了工作效率,減少了工作壓力。

4 結(jié)語

隨著我國水利事業(yè)的不斷發(fā)展,自動(dòng)化是必然趨勢,同時(shí)也決定了行業(yè)的發(fā)展質(zhì)量。針對關(guān)門山水庫設(shè)計(jì)基于PLC的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng),可以進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和監(jiān)控,能夠直觀顯示系統(tǒng)的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù),并能根據(jù)參數(shù)狀態(tài)精細(xì)化管理系統(tǒng)運(yùn)行,其安全性和可靠性都較高,值得在今后的工作中持續(xù)深入的探索。