擋潮閘閘門自動化控制系統設計與實現

潘忠寶+王玉珍

摘 要 針對連云港市某沿海擋潮閘，設計了基于PLC，工業以太網，WinCC6.2、ActiveX的閘門自動化控制系統，實現對閘門啟閉自動控制、閘門運行實時視頻監控、滲透壓等各種數據監測和采集，網絡集成與共享。

【關鍵詞】擋潮閘 PLC 閘門自動化控制系統

隨著水利科技快速發展，閘門自動化控制系統已成沿海擋潮閘的標配，無論是科技含量，還是工作效率，較以前都有大幅提升。連云港市某沿海擋潮閘共有4個閘孔，采用平面直升式鋼閘門，啟閉機執行機構為卷揚式啟閉機，采用基于PLC，工業以太網，WinCC6.2、ActiveX的閘門自動化控制系統，實現對閘門啟閉自動控制、閘門運行實時視頻監控、滲透壓等各種數據監測和采集，網絡集成與共享，系統操作簡單，集成度高。

1 擋潮閘自動控制系統組成

計算機自動控制系統主要由監控工作站、數據庫服務器、現地控制單元、閘門開度儀、水位傳感器、閘區滲透壓檢測系統、視頻監視系統等部分組成。

網絡通信采用以態網總線，主站與各二級站之間采用以態網絡連接，抗干擾能力更強。根據操作控制層次和業務信息流程，主要由現地控制單元和上位機兩部分構成，采用分層分布式結構形式。現地控制單元包括：前端采集和后端控制兩個區域，前端采集主要有水位計、閘位編碼計等傳感器和閘位開度儀等設施，后端控制區域則是由包含可編程控制器（PLC）、微電腦保護器、智能數字儀表、通信模塊、數字采集卡、輸入/輸出模塊、I/O電源模塊、機電保護電子器件、運行操作鍵鈕、控制切換開關和狀態指示器具等設施構成的分布式LCU現地控制柜。上位機主要由監測監控工作站、網絡交換機、數據庫服務器、監測監控軟件等構成。遠控查詢單元主要是利用中心控制室內的信息查詢工作站、網絡匯接交換機、激光打印機和計算機操作系統、數據庫管理軟件、遠程客戶端訪問軟件等構成。主機控制單元可以通過Internet采用TCP/IP規約與上級管理部門鏈接，實現數據與圖像遠程傳輸瀏覽。

2 自動控制系統設計

2.1 監控工作站

啟閉機房集中控制室監控主機是計算機自動控制系統的上位機，其主要功能如下：

（1） 聯網功能；

（2）數據采集與處理功能：現地控制單元巡測閘上各種實時數據與狀態信號，最后經格式化處理后再通過以太網送至主控級計算機，在顯示終端顯示和處理。進行數據預處理并建立實時數據庫和歷史數據庫。對斷路器及重要繼電保護的動作信號等中斷開關量信號，監控系統以中斷方式迅速響應這些信號并作出必要動作及自動操作。監控系統通過定期掃查對手動和自動方式選擇的位置信號等非中斷開關量信號進行采集。

（3）系統可在線對運行狀態判別條件、預置參數和計算公式進行在線修改。

（4）控制與調節功能，系統設手動操作，自動控制和優化調度自動運行方式選擇功能。

（5）設備運行統計記錄及生產管理，系統對各設備的運行情況進行統計記錄，某些信息自動提示給運行人員。對設備狀態進行變位及變位時間的統計，必要時產生報警。系統還將對參數越限及定值變更等情況作出統計記錄，并自動生成各類報表、日志，進行打印操作。

（6）安全管理功能。用戶實施分類別，分權限管理，不同類別的用戶擁有不同的管理權限。

（7）遠程訪問和網絡接口。該系統與水利網連接，支持基于IE方式的遠程訪問功能。經身份驗證后，可以查看任何一張現場的監控畫面、遠程控制、視頻同步、視頻圖像云臺焦距控制等現場監控功能。

2.2 現地控制單元

現地控制單元選用PLC可編程控制器，采用以太網方式與監控主機進行通訊，接受上級操作指令，同時上傳各種設備的狀態和運行數據，其功能有：

（1）與監控主機通訊，接收上級開、停、關等命令；

（2）巡測各種電量和非電量參數以及設備狀態；

（3）根據操作指令，實施自動開、停、關等操作；

（4）向上位機發送實時運行信息；

（5）數據采集、處理和系統診斷；

（6）通過人工輸入指令，實施自動開、停、關操作，顯示各種運行參數；

（7）具有運行狀態識別、故障多重保護功能。

現地控制單元是控制啟閉機運行優先級最高的自動控制單元，即便在監控主機出現故障時，它也能保證啟閉機正常運行和程序控制的各種運行操作。

2.3 數據庫軟件

數據庫采用分布式關系型數據庫 Microsoft SQL Server2005，數據庫由以下幾個部分組成：

2.3.1 實時數據庫

存放數據是由數據采集系統提供的數據。保存每次采集得到和操作人員錄入的數據、狀態和編碼信息。

2.3.2 參數數據庫

存放包括常數、曲線和操作員手動輸入的數據，存取頻次較高的數據常駐內存中。

2.3.3 歷史數據庫

存儲歷史數據，供閘門調度信息管理和數據表子系統使用。

2.4 系統接地

PLC系統屬高速低電平控制裝置，采用直接接地方式。由于信號電纜分布電容和輸入裝置濾波等影響，裝置之間的信號交換頻率一般都低于1MHz，所以PLC設備接地線采用一點接地和串聯一點接地方式。集中布置的PLC系統并聯一點接地方式，各裝置的柜體中心接地點以單獨的接地線引向接地極。用一根大截面銅母線（或絕緣電纜）連接各裝置的柜體中心接地點，然后將接地母線直接連接接地極。接地線采用截面大于25mm2的銅導線，總母線使用截面大于60mm2的銅排。接地極的接地電阻小于1Ω，接地極埋在距建筑物10至15米遠處，而且本系統接地點與強電設備接地點相距10米以上。信號源接地時，屏蔽層在信號側接地；信號線中間有接頭時，屏蔽層牢固連接并進行絕緣處理，避免多點接地；多個測點信號的屏蔽雙絞線與多芯對絞總屏電纜連接時，各屏蔽層相互連接好，并經絕緣處理。

3 結束語

本系統實時采集上下游水位、揚壓力等監測數據，達到遠程監控、數據共享目地。系統配置和設備選型適應計算機迅速發展的特點，采用基于工業以太網的分布式控制系統，便于硬件和功能的擴充。軟件采用模塊化、結構化設計理念，能更好適應規模擴充。系統主要軟硬件設備均采用知名產品，并已成熟應用于水利行業，確保計算機監控系統安全可靠地投入運行。

參考文獻

[1]PLC在大北溝泵站自動監控系統中的應用[J].中國水利水電市場，2005（11）.

[2]卜貴賢.水利工程管理[M].鄭州：黃河水利出版社，2007.

[3]黃悅華，高梅玲，朱杰.基于PLC的計算機監控系統在某水電站中的應用[J].制造業自動化，2009（06）：76-77.

作者簡介

潘忠寶（1983-），男，江蘇省灌南縣人。大學本科學歷。現為連云港市市區水工程管理處工程師，從事閘門自動化控制系統維護管理和水利工程管理。

作者單位

1.連云港市市區水工程管理處 江蘇省連云港市 222006

2.江蘇省農墾農業發展股份有限公司東辛分公司 江蘇省連云港市 222248