水閘計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，各種新型技術(shù)不斷的被廣泛的應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)之中，信息化技術(shù)的不斷完善，也帶來了新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，文章重點(diǎn)以某市中珠圍洪灣水閘計(jì)算機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)研究為例，探討了自動(dòng)控制的重要性以及無人值守機(jī)械運(yùn)行的操作技巧以及如何更好地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化水閘控制。

關(guān)鍵詞：水閘；計(jì)算機(jī)；自動(dòng)控制；無人值守；自動(dòng)運(yùn)行

1 概述

中珠聯(lián)圍洪灣水閘工程是集擋潮、排澇、通航、灌溉、交通等功能于一體的綜合性水利工程。工程主要由五扇單孔凈寬、十米水閘閘門以及變配電設(shè)備、開關(guān)設(shè)備等組成，其中設(shè)備的左側(cè)一孔主要功能是通航與泄水，其中零孔是泄水閘。這里需要注意的是水閘的閘門并不是完全一致的，它主要是由四扇重11.1噸和一扇16.1噸鋼材質(zhì)的平面閘門組成，泄水閘門的啟動(dòng)器也是由四套QPPYD-2X125-4.6液壓機(jī)組成。然通航閘門是由一臺(tái)QPQ-2X-16提升橫拉式卷揚(yáng)啟閉機(jī)控制組成。根據(jù)實(shí)際操作的工程環(huán)境，由于每臺(tái)設(shè)備之間相距較遠(yuǎn)，為此在操作管理上必須引起足夠的重視。水閘計(jì)算機(jī)技術(shù)的引入大大解決了這一問題的出現(xiàn)，提高了其管理水平以及工作效率，這里所指的計(jì)算機(jī)技術(shù)主要是指計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)以及閉路電視監(jiān)測(cè)系統(tǒng)兩部分。計(jì)算機(jī)監(jiān)控主要是利用通信核心技術(shù)原理，可以將超聲波液位傳感器放置其中進(jìn)行實(shí)地的水位監(jiān)測(cè)，將分散的設(shè)備進(jìn)行集中的操作，這樣監(jiān)控技術(shù)也是水閘監(jiān)控技術(shù)的核心部分，對(duì)于水位的測(cè)定與參數(shù)管理以及變化趨勢(shì)都有明顯的數(shù)控信息提示，能有準(zhǔn)確的自動(dòng)完成水閘的開關(guān)，無須人為的進(jìn)行操作，真正做到了“無人值守”的檢測(cè)與實(shí)施。電力對(duì)于整個(gè)綜合性的水利工程來說，也是極其重要的。計(jì)算機(jī)的使用，可以全面的對(duì)供電設(shè)備進(jìn)行管理與維護(hù)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)短路或者因設(shè)備故障而引發(fā)的供電問題時(shí)，計(jì)算機(jī)會(huì)自動(dòng)切斷相應(yīng)的供電，此時(shí)，發(fā)電機(jī)會(huì)由事前設(shè)置好的程序裝置繼續(xù)發(fā)電，這樣就減少了很多設(shè)備因電力問題而出現(xiàn)的損害，恢復(fù)其正常的供電所需。水閘系統(tǒng)的整個(gè)電量使用情況，水位的上升與下降，以及降雨量的變化等全部的數(shù)據(jù)都會(huì)由計(jì)算機(jī)記錄，監(jiān)控著整個(gè)水利的走勢(shì)變化。

2 控制方式

監(jiān)控對(duì)象有泄水閘各孔的啟閉、通航孔的啟閉、線路10kv/0.4kv斷路器的合分及監(jiān)視、備用發(fā)電機(jī)斷路器的合分及監(jiān)視、路燈的合分及監(jiān)視、內(nèi)外江水位的監(jiān)視，每個(gè)監(jiān)控子系統(tǒng)由現(xiàn)場常規(guī)電氣控制、現(xiàn)地PLC控制、計(jì)算機(jī)集中控制三級(jí)組成，現(xiàn)場級(jí)是三級(jí)控制系統(tǒng)的信號(hào)檢測(cè)單元，也是輸出執(zhí)行單元。

2.1 現(xiàn)地控制級(jí)

一般水閘的常規(guī)控制就是我們通常所說的電氣控制裝置系統(tǒng)，它主要是由接觸器、繼電器組成。操作人員可以根據(jù)實(shí)際情況在不同的建筑屋內(nèi)進(jìn)行操作，但這樣操作起來很容易因分散，不集中而難以管理。此時(shí)，就需要一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)將所有分散式的操作管理進(jìn)行統(tǒng)一的集中管理，接收程序的信號(hào)以及數(shù)據(jù)都統(tǒng)一由計(jì)算機(jī)進(jìn)行管理分類。現(xiàn)地控制級(jí)就是采用PLC控制器，將分布的現(xiàn)場信號(hào)進(jìn)行統(tǒng)一的集中管理。由于這種操作方式是無人進(jìn)行操作，為此該設(shè)備的可靠性就顯得尤為的重要。現(xiàn)如今，大多數(shù)控制系統(tǒng)都是采用美國通用電氣公司的可編程控制系統(tǒng)，因?yàn)槠洫?dú)特的編輯處理能力，多樣化的板塊設(shè)置，快捷的反映速度，因?yàn)槌蔀榱爽F(xiàn)地控制級(jí)的首選監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

2.2 集中控制級(jí)

將分散于各設(shè)備周邊的現(xiàn)地控制級(jí)通過計(jì)算機(jī)通訊網(wǎng)絡(luò)集中于中控室形成集中控制級(jí)，由操作站、打印機(jī)、UPS、模擬屏組成，配以閉路電視監(jiān)視系統(tǒng)，對(duì)水閘系統(tǒng)的設(shè)備實(shí)現(xiàn)可視操作是1臺(tái)惠普PⅢ800的計(jì)算機(jī)，主要配置為256M內(nèi)存、40G硬盤、21彩顯、兩RS-232串口，另加裝1塊4口RS-485MOXA卡，用來擴(kuò)展計(jì)算機(jī)的通訊能力，系統(tǒng)以操作站為中心構(gòu)成星形的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

用RS-485串行口與集中控制級(jí)通訊，采用SNP通訊協(xié)議，集中級(jí)為主站，PLC為從站。

多功能電表的通訊采用RS-485協(xié)議，多功能電表為HC600型合資產(chǎn)品，分別將線路和發(fā)電機(jī)的三相電流、電壓、有功、無功、功率因素等電量進(jìn)行采集。風(fēng)速風(fēng)向儀采用上海氣象儀器廠的EN2型的風(fēng)速風(fēng)向儀，它由室外傳感器和室內(nèi)儀表組成，儀表部分有=LK4H4串口與集中控制級(jí)計(jì)算機(jī)通訊。模擬屏上顯示的內(nèi)容有H7個(gè)數(shù)字量和78個(gè)開關(guān)量，由模擬屏內(nèi)的一臺(tái)PC機(jī)負(fù)責(zé)管理各顯示儀表的工作，PC機(jī)與集控級(jí)的通訊采用RS-232串口，模擬屏顯示的內(nèi)容有最近1h、3h、7h、24h的降雨量，內(nèi)外江實(shí)時(shí)水位，每隔整數(shù)點(diǎn)4S各閘門的狀態(tài)和內(nèi)外江水位的數(shù)據(jù)。全系統(tǒng)交流供電采用一臺(tái)山特2kvA延時(shí)1小時(shí)在線式UPC集中供電，在市電停電的情況下，監(jiān)控系統(tǒng)仍能工作，不間斷各級(jí)計(jì)算機(jī)設(shè)備的工作和數(shù)據(jù)的采集，報(bào)表、曲線連續(xù)。

通常情況下，水閘地處海邊，風(fēng)雨雷電是不容忽視的客觀問題之一，為了提高其抗干擾性和能力，必須加強(qiáng)對(duì)其管理與維護(hù)，在設(shè)置周圍安裝避雷針等設(shè)施，同時(shí)，采取就近原則的接地方式，這點(diǎn)大大提高了安全性，一般情況下，接地電阻小于0.5歐，在一段時(shí)間試行以后，系統(tǒng)逐漸的穩(wěn)定，并沒有出現(xiàn)其他不良的現(xiàn)象。

3 監(jiān)控軟件功能

監(jiān)控軟件主要是指現(xiàn)地控制級(jí)和集中控制級(jí)兩種，主要是先通過現(xiàn)地控制級(jí)進(jìn)行資料的收集與整理，簡單的處理以后，再將這些信息傳達(dá)至集中控制級(jí)中進(jìn)行再次整合，最終以數(shù)據(jù)庫的形式進(jìn)行存儲(chǔ)。這里所采用的監(jiān)控軟件是GE Fanuc公司的Cimplicity監(jiān)控軟件，此軟件具有如下的一些功能。

3.1 計(jì)算功能

監(jiān)控軟件采用特殊的模塊化設(shè)計(jì)，進(jìn)行對(duì)整個(gè)水利的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行核算，整合，并根據(jù)數(shù)據(jù)提供的相關(guān)信息進(jìn)行未來發(fā)展趨勢(shì)的評(píng)估，預(yù)測(cè)水位曲線的上下變化，根據(jù)水位的不同自動(dòng)的調(diào)節(jié)閥門開關(guān)。

3.2 控制功能

主要有兩種控制方式；一是自動(dòng)操作控制系統(tǒng)，利用計(jì)算機(jī)的自動(dòng)化系統(tǒng)，根據(jù)數(shù)字的變化起伏進(jìn)行自動(dòng)操作，真正的提高工作效率，實(shí)現(xiàn)無人看守的自動(dòng)化操作方式。二是人工操作，這種操作方式就是技術(shù)人員可以根據(jù)屏幕上所顯示的數(shù)據(jù)變化，反復(fù)研究，認(rèn)定沒有錯(cuò)誤時(shí)，可以通過畫面以及聲音傳遞下達(dá)命令，來完成整個(gè)操作。但隨著“無人操作”模式的出現(xiàn)，這種方式將逐漸的被取代。

3.3 顯示、打印功能

（1）設(shè)備操作狀態(tài)變化；（2）閘門及變電設(shè)備的動(dòng)作過程顯示；（3）報(bào)警信號(hào)記錄；（4）動(dòng)作時(shí)間、次數(shù)統(tǒng)計(jì)；（5）自動(dòng)生成日?qǐng)?bào)、月報(bào)、年報(bào)報(bào)表。

3.4 報(bào)警功能

出現(xiàn)事故，故障報(bào)警信號(hào)能夠?qū)崟r(shí)顯示在CRT的報(bào)警窗口，并將報(bào)警設(shè)備、報(bào)警時(shí)間記錄在報(bào)表中供察看和處理。

4 結(jié)束語

洪灣水閘計(jì)算機(jī)自動(dòng)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，改善了操作人員的工作條件和環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)水閘運(yùn)行“無人值班、少人值守”的工程實(shí)例。本系統(tǒng)中水閘自動(dòng)啟閉時(shí)間、閘門開度全由計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，克服了過去深夜由操作人員察看水位，操作按鈕的運(yùn)行方法。如果系統(tǒng)中在檢測(cè)水位變化的同時(shí)，能監(jiān)測(cè)河水的流向信號(hào)，則對(duì)水閘的自動(dòng)運(yùn)行更為準(zhǔn)確、可靠。

參考文獻(xiàn)

[1]呂月華，王繼志.潮汐及其與天氣的關(guān)系[J].海洋文選，1978.