渾河閘閘門監控系統設計

鄭艷波，李慶榮，王璞東

（遼寧省大伙房水庫管理局，遼寧 撫順 113007）

渾河閘（亦稱謨家堡閘）位于渾河中下游，距大伙房水庫75 km，坐落于沈陽市蘇家屯區后謨家堡村。渾河閘是沈陽城市防洪的出口控制斷面，擔負著沈陽城市的防洪任務，是渾河沈陽城市防洪體系的一個重要組成部分。同時渾河閘也是大伙房水庫下游灌溉用水控制工程，擔負著沈陽市于洪區、蘇家屯區、遼中縣、新民市和遼陽燈塔等地區農田灌溉任務。

渾河閘主體工程由22孔攔河閘、渾沙、渾蒲各3孔進水閘三大部分組成，閘門由固定卷揚啟閉機控制升降。2008年11月對渾河閘進行除險加固，除險加固前的渾河閘自動化水平落后，該次除險加固工程建設一套綜合自動化系統，全面提高渾河閘的自動化管理水平，其中閘門監控系統是整個自動化系統的重要部分，實現了閘門的現地及遠程自動控制。

1 系統概述

在攔河閘設置6面PLC控制柜，有5面控制柜1控4啟閉機，1面控制柜1控2啟閉機；在渾沙進水閘和渾蒲進水閘各設置1面PLC控制柜，分別控制3臺啟閉機，遠程控制設置在渾河閘管理處控制室內，位于處辦公樓內，距離現地200 m。遠程與現地兩種控制方式通過現地控制柜面板上轉換開關實現切換。

在控制室內設置2臺上位機，負責完成數據的接收存儲和閘門群的監控任務，現地PLC單元將閘門與啟閉機的狀態信息傳輸到操作站上位機，上位計算機發出的一系列閘門控制操作指令數據等下行信息也可傳輸到現場PLC單元，從而實現監控調度功能。

2 系統特點目標與功能

2.1 系統特點

該系統采用分布式監控，保留現地常規控制方式。計算機監控系統，通過操作站實現對啟閉機控制，同時實時對啟閉機等樞紐電氣設備運行狀態進行監視。當計算機監控系統故障時，可在機旁常規控制柜現地手動操作。

系統通訊采用Profibus工業網絡方式，現地部分采用電纜傳輸，遠程控制傳輸介質采用光纜，光纜敷設在電纜溝內。

2.2 系統功能

1）控制啟閉機的開/關/停等操作。

2）故障監視、保護聯動、記錄、報警及正常運行的控制。

3）檢驗操作條件。

4）單元自檢功能。

5）數據的采集、處理和累計。

6）與操作站的通訊，操作站可遠程監控操作閘門。

7）依據閘門實際調度規程，開發監控軟件功能。

3 閘門監控系統設計

閘門自動監制系統分2個層次面：現地設備層和遠端運行管理層。

閘門自動化系統在現地手動控制系統的基礎上增加了下位機（PLC）和（上位機）計算機自動監控系統，以確保閘門安全運行的可靠性及自動化監控的水平。遠端計算機自動監控系統是在現地手動控制系統的基礎上建立的，形成系統的平行對接。

3.1 現地控制系統

控制單元采用西門子S7-300 PLC作為主控單元，以profibus工業網絡為基礎，按功能分散構成模塊，適用于操作站對啟閉設備進行自動控制、監視，將各種信號送至控制室。該系統設置8個現地控制單元，采用西門子的ET200系統，PROFIBUS-DP總線結構，設置1套CPU單元，CPU單元安裝1號PLC控制柜中，分控單元為ET200+SM321+SM322+SM331采集各種信號，并可連鎖控制啟閉機開、關、停等操作，現地單元光纜通訊與操作站連接，組建控制級工業以態網，除通訊光纜外還配置有1對光纖鏈路模塊以及以太網卡和連接器等構件。

現地測控內容：閘門開度、閘門左荷載、閘門右荷載、總配電電流電壓、總配電電度。

測控模擬量及脈沖信號來自各閘門配套控制柜儀表。

3.2 遠端監控系統

遠端自動控制操作臺是通過與現地手動控制系統的并接，把手動控制集中在操作臺上，實現控制；自動控制；遠程操作站（IPC），通過控制和檢測PLC狀態，再由PLC發出指令控制設備進行工作；視頻監控是管理者對閘門控制和工程管理的有效輔助手段，也是提高管理水平的一個標志。

遠端計算機自動監控系統是在現地手動系統的基礎上建立的，它通過網絡與下位機（PLC）相連，PLC與現地手動控制系統連接，由遠端計算機自動監控系統（上位機）控制和檢測PLC狀態，再由PLC發出指令控制相應設備進行工作。

遠端計算機自動監控系統在前端設1臺PLC控制器，PLC與手動控制設備端相連，然后通過網絡與1臺計算機連接構成計算機自動測控系統，該部分的計算機軟件包括兩部分：

1）PLC控制軟件。用于組合邏輯編輯和控制設備編輯。2）系統管理軟件：遠端人機界面程序編輯和遠端監控軟件編輯。

遠端控制系統結構見圖1。

圖1 遠端控制系統結構圖

3）自動控制遠程操作站設備配置。研祥工控主機、顯示器以及人機接口設備等。

4）設備主要技術參數。IPC/Intel CPU3.0GHz/DDR1G/HDD160G/52倍 CDRAW/；PCI-82142口 Intel 82559網卡；KB+MOUSE；22"LCD 寬屏顯示器；EIA RS-310C 標準 19英寸架裝機箱；9ISA/4PCI/IPKMG無源底板；帶鎖防塵保護門，防止誤操作。

3.3 控制系統的軟件設計

該系統軟件編程包括兩部分：一是為S7系列PLC進行配置和編程的標準軟件包STEP 7 V5.4編程軟件；二是操作站計算機上集成的人機界面系統和監控管理系統WINCC V6.2工控組態軟件。通過SIMATIC NET V6.4對系統的工業以太網進行配置、組態、測試。通過STEP 7進行控制系統的配置和程序的編寫、調試，診斷PLC的運行情況；WINCC軟件提供強大的編輯、組態以及與PLC方便、簡單的通訊實現功能。

1）STEP 7程序設計。CPU 為 CPU315-2DP（6ES7 315-2AG10-0AB0），程序設計（BLOCKS）包括以下內容：一部分是CPU對系統診斷出現錯誤進行處理的響應程序模塊，如 OB80、OB82、OB85、OB86、OB87、OB121、OB122。另一部分是完成系統結構化編程的各個功能程序塊、主程序塊以及數據塊，如OB1、FC1-FC8、DB1-DB9。其中FC1為具有數字濾波功能的AI數據采集塊；FC2為30路兩線制、四線制的4-20mADC電流信號的數據采集塊；FC4-FC8為控制各地攔河閘的功能塊。

2）WINCC程序設計。在此控制系統中，利用工控組態軟件WINCC，設計了一組控制系統畫面（8個工藝畫面）以及報警、歷史曲線、報表等。當系統出現故障時，相應的故障指示燈閃爍，操作者及時發現、處理故障，找出故障原因。

4 結語

隨著科技水平的不斷提高，水利工程自動化管理水平也不斷提高，尤其大型水利工程（如水庫等）的自動化管理水平已經相當高，但中小型水利工程的自動化水平仍然很落后，希望此文為類似中小型水利工程建設提供借鑒，以全面提高水利工程的自動化管理水平，讓水利工程發揮更大的效益。

［1］胡雄峰，肖志懷，周良畫.浙江三插溪水電站計算機監控系統改造設計［J］.中國農村水利水電，2006（7）：122-124.

［2］王險峰.PLC控制系統通信網絡的研究［J］.水運科學研究所學報，1999（3）.

［3］孫乃清，柳海鵬，仇岳江.微機監控系統在閘門系統中的應用［J］.水電廠自動化，2004（2）.