基于新疆南岸干渠工程閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

任 軍，趙 倩

(新疆伊犁河流域開發(fā)建設(shè)管理局，烏魯木齊 830000)

1 工程概況

新疆南岸干渠，全長168.84 km。干渠沿線主要有渠首分水、節(jié)制、退水、支渠分水、干管分水閘房48座;各閘房有1至5面閘門不等，閘門包括裝配式平板閘門和蝶閥。閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)(下稱自動化監(jiān)控系統(tǒng))就是針對以上水閘實現(xiàn)調(diào)度、現(xiàn)地/遠程操作控制、運行狀態(tài)與參數(shù)監(jiān)測、故障報警與記錄、水位、雨量監(jiān)測等，以達到現(xiàn)地無人值守的運行管理要求。

2 技術(shù)要求

2.1 總體要求

自動化監(jiān)控系統(tǒng)按“無人值班，少人巡視”進行總體設(shè)計，本著安全可靠、技術(shù)先進、經(jīng)濟、實用的原則進行設(shè)計。

2.2 啟閉機及蝶閥要求

各卷揚式啟閉機安裝主令控制器、絕對編碼傳感器、機械過載負荷控制器、電動/機械手動轉(zhuǎn)換接點以及荷重傳感器等。各電動蝶閥安裝開/關(guān)向行程限位開關(guān)、開/關(guān)向轉(zhuǎn)矩控制開關(guān)、閥門位置反饋信號器、電機內(nèi)部的溫度保護開關(guān)、手電動切換互鎖開關(guān)等;閥體安裝開、關(guān)閥現(xiàn)場操作開關(guān)等。

2.3 通訊系統(tǒng)要求

沿渠線建設(shè)622M的SDH光傳輸網(wǎng)，渠道各閘站通過光纖接入光傳輸網(wǎng)，基于以太網(wǎng)技術(shù)解決干渠沿渠各閘房和調(diào)度中心之間的通訊問題。

2.4 現(xiàn)地控制單元設(shè)計原則

控制單元要求設(shè)計高標準、嚴要求和高起點。遵循先進性、可靠性、安全性、經(jīng)濟性相結(jié)合等原則。

3 水閘運行控制方式

水閘控制方式，分為兩種:①人工控制:分為現(xiàn)地控制和遠程控制，現(xiàn)地控制指操作人員在閘房內(nèi)控制閘門;遠程控制指操作人員在遠程控制臺上通過顯示器、鍵盤、鼠標等設(shè)備來控制閘門。②自動控制:通過預(yù)先設(shè)定控制要求和其他限制條件，系統(tǒng)自動完成對各閘房內(nèi)閘門的啟閉控制。

水閘控制分為3級:①第一級為遠程控制:操作人員可通過調(diào)度中心監(jiān)控計算機，遠程查看全部的報表數(shù)據(jù)，實現(xiàn)所有閘門的遠程調(diào)度、遙測、遙信、遙控等功能。②第二級為現(xiàn)地觸摸屏控制:操作人員可通過現(xiàn)地PLC控制柜上觸摸屏等設(shè)備，實現(xiàn)對本座閘房所有閘門的控制。③第三級為現(xiàn)地動力柜控制:操作人員可通過閘門現(xiàn)地動力柜，實現(xiàn)對單個閘門的控制，此時遠程命令被閉鎖，但不影響單元控制器上送信息。控制優(yōu)先權(quán)為現(xiàn)地動力柜最高，現(xiàn)地觸摸屏控制次之，遠程控制最低。

4 系統(tǒng)性能

系統(tǒng)的各種設(shè)備要完全能滿足實時性、可靠性、可維護性、可用率、安全性、可擴展性等性能要求。

1)控制響應(yīng)時間:①接收控制命令到執(zhí)行控制的響應(yīng)時間≤1 s;②調(diào)度中心控制命令的響應(yīng)時間能滿足調(diào)度要求。

2)可靠性:設(shè)備在設(shè)計、制造、裝配上都是高質(zhì)量、高可靠的，系統(tǒng)中單個元件故障將不會導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。

3)可維護性:可維護性指標為平均維修時間(MTTR);按標準規(guī)定的高端要求為1 h，這是指扣除管理和備品備件運送時間外的維修時間。

4)可用率:在系統(tǒng)正式投入運行后的一年保證期內(nèi)，該系統(tǒng)的可用率不低于99.95%，即系統(tǒng)的停機時間每年不多于4.5 h。

5)系統(tǒng)安全:①操作安全性:具有防誤操作和自動、手動報警功能。人機接口設(shè)備需操作員控制權(quán)限及口令。②軟件和硬件的安全性包括:電源具有故障保護和自動重啟動;能設(shè)置和重新設(shè)置初始狀態(tài);能實現(xiàn)自檢，并具有故障檢測、清除、切換、以及報警等功能;具備軟件故障自診斷和故障消除功能。

6)備用能力:系統(tǒng)設(shè)計具有合理的軟件和硬件結(jié)構(gòu)，足夠的冗余能力、存貯容量和接口，方便的擴充能力，系統(tǒng)的擴充和設(shè)備的增加將不會影響原系統(tǒng)的工作性能及響應(yīng)時間。

5 屏柜結(jié)構(gòu)及功能

5.1 卷揚啟閉機PLC現(xiàn)地控制柜

自動化監(jiān)控系統(tǒng)在每個閘房設(shè)置一套PLC現(xiàn)地控制柜，以實現(xiàn)本閘房所有啟閉機的現(xiàn)地控制及遠程控制。現(xiàn)地PLC主要完成數(shù)據(jù)的采集及數(shù)據(jù)預(yù)處理功能，同時也具有控制操作和監(jiān)視功能，支持遠方監(jiān)控系統(tǒng)的接入。

PLC具有與調(diào)度中心進行通信的功能，定時向調(diào)度中心傳送所需要的過程信息，也可根據(jù)調(diào)度中心指令隨時上送要求的信息。故障或事故情況下，及時向調(diào)度中心傳送故障及事故信息。并接受調(diào)度中心發(fā)來的控制指令，并將執(zhí)行情況和結(jié)果回送到調(diào)度中心。

PLC以Modbus協(xié)議或現(xiàn)場總線的方式與其它設(shè)備如電機綜合保護測控裝置等進行通信。

5.2 卷揚啟閉機現(xiàn)地動力柜

每臺卷揚啟閉機設(shè)置動力柜一套，動力柜是控制啟閉機運行的最高一級自動控制單元，除實現(xiàn)啟閉機的所有控制操作外，還必須保證當本地PLC與主機系統(tǒng)脫離后，能實現(xiàn)對水閘進行獨立的監(jiān)視、控制和故障保護等功能，并且當其與主機恢復(fù)聯(lián)系后又能自動地服從上位機系統(tǒng)的控制和管理。

5.3 電動蝶閥PLC及動力現(xiàn)地控制柜

對于獨立布置的電動蝶閥分水閘，將PLC、觸摸屏、電機保護裝置、動力控制元件等統(tǒng)一組成一面柜。

[1] 陳忠華.可編程序控制器與工業(yè)自動化系統(tǒng)[M].北京:機械工業(yè)出版社，2006.

[2] 劉柏青.水利工程管理自動化[M].武漢:武漢大學出版社，2002.