水閘自動監控系統設計探析

程 艷 胡 穎

摘要結合海河二道閘水閘的實際情況,進行了計算機自動控制系統技術方案設計研究,并著重闡述了系統架構設計、現地系統設計、中心系統設計,為海河二道閘建立水閘自動化監控系統提供了技術支持。

關鍵詞海河二道閘水閘;監控系統;PLC;閘門啟閉

中圖分類號TH134文獻標識碼A文章編號 1007-5739(2009)21-0209-02

海河二道閘是以防洪、排澇、引水、航運為主的一座節制閘,目前主要以現地控制為主,很多設備需要人工現場監控和操作。對閘門控制的可靠性不高、效率較低,并且不具有遠程通訊功能,不能進行信息共享,已不能滿足當今管控一體化的要求。隨著經濟發展和對水利信息需求的日益增加,水閘的自動化改造勢在必行。

自動化技術經過10多年的發展已經達到一定水平。目前,自動化技術多采用PLC、微機保護單元、控制主機及繼電器等。隨著智能化開關、光電式互感器、一次運行設備在線狀態檢測、變電站運行操作培訓仿真等技術日趨成熟,以及計算機高速網絡的開發應用,全數字化的變電站自動化系統必將出現。現主要結合海河二道閘水閘的實際情況,討論一種基于數字化的水閘監控系統,保證水閘更加安全、可靠、經濟地運行,實現水閘“無人值班,少人值守”的目標,滿足當今信息化的要求。

1系統結構

海河二道閘有7孔泄水閘門和1孔通航閘門,該系統主要是監控閘門的啟閉、機電設備的運行情況、閘上下游水位。每個監控子系統由現場控制、集中控制、遠程控制組成。利用PLC進行數據采集和輸出的邏輯順序控制。該系統采用2臺工控機作為雙機熱備,工控機除了控制的作用外,還具有對數據進行記錄、實時顯示曲線、查詢歷史曲線和報警等作用,此外利用工控機進行Web發布,任何與其相連的計算機都可以通過IE瀏覽器進行控制。系統結構如圖1所示。

現地控制級主要包括:一是控制箱。每孔閘門旁安裝現場控制箱,當控制模式置于現場位置時,操作員可利用控制箱上的啟動和停止來操縱閘門的運行,是最高級別的操作,獨立于PLC和計算機控制,主要用于設備維護和調試。當控制模式選擇遠程時,控制箱的啟動和停止不能使用,此時的操作權交由PLC完成。二是泄水閘現地控制級。7扇泄水閘由一套 PLC組成現地級。閘位采用高精度閘門開度儀進行監測,精度達±1mm。閘門的啟閉是由左右液壓活塞上下運動決定的;開度的測量是通過絕對編碼器檢測的,它將閘門的上下位移變成一系列的數字量,經開度儀的二次儀表變換成標準電流信號送PLC的模擬量輸入模塊。開度儀具有開度數字現地顯示、量設置、非線性補償等功能。三是通航閘現地控制級。通航閘由一套PLC組成現地級,它的主要功能是控制閘門上升、下降和通航、停航指示等動作。四是公用設備現地控制級。備用發電機、水位、雨量等設備的監控,采用1個公用現地控制PLC裝置。首先采用市電(東24或252線路)供電,若監控到市電線路無電,將迅速開啟柴油發電機組供電,當市電線路來電后自動斷開發電機,線路投入運行,不需要工作人員干預;另外,還可以自動定時開關閘區路燈照明。閘上下游水位的監測至關重要,是整個自動控制能否實行“無人值班,少人值守”的關鍵。為此,系統在選用傳感器時,要做充分的比較,可選用美國DTSIO公司的智能型激光水位計。其測量原理為,在水面上方某一高度的激光水位計向水面垂直地發送光束,光束到達水面后反射回來,而測得水位計達到水面的距離,水位計高度與所測距離相減即得水面高度,即水位。該水位計具有結構簡單、安裝和使用方便的特點。水位計的安裝必須考慮防浪措施,保證水位的準確。監控雨量的傳感器計可選用雙翻斗式雨量傳感器,每翻1次降雨量為1mm。由PLC自動完成各種信息的采集、分析處理、執行控制操作。五是中控室。中央控制室內配置現場指示儀表,以方便實際操作。中控室2臺工控機互為熱備冗余,每個工控機配有雙網卡,一塊網卡與控制網相連,另一塊與管理中心相連,進行信息發布。主要負責采集現地控制級各種數據,通過計算機通訊網絡集中于中控室并上傳至管理中心。中央控制室可直接對PLC下達有關控制命令,如控制油泵電動機、閘門升降停等。為防止雷電,該監控系統為了提高抗干擾能力和可靠性,凡是從外引進的電源線和信號線都采取了防雷措施,戶外設備高空處需安裝避雷針。中控室安裝防盜設備,確保各站點在無人看守的情況下設備的安全性。一旦發現安全問題,立即發出聲光報警,同時向中心和安全部門發出報警信息。

2監控軟件

主控制室采用Cimplicity作為監控軟件,該軟件可以采集現地控制級現場數據,并進行相應的處理,然后存放到SQL SERVER建立的數據庫中,供分析、統計、報表和打印使用。具體功能如下。

2.1計算功能

監控軟件采用模塊化結構設計,對閘區上下游水位采集的數字信號進行濾波、計算,根據平均值判斷變化趨勢,形成上下游水位曲線,根據水位變化規律決定閘門的啟(升)或閉(降)、開度、自動運行。

2.2控制功能

根據水位曲線的變化趨勢計算分析,有2種方法可向閘門發出控制命令,實現閘門的啟閉操作。一是自動運行。根據計算結果,計算機自動完成閘門啟閉操作,做到無人職守。二是人工操作。運行人員根據水位曲線變化趨勢,通過人機對話界面,實現閘門啟閉的操作。

3Web遠程訪問

水閘信息網絡系統通過ADSL專線上網實現與防辦信息調度中心Internet網絡互聯,以及網絡化數據管理。系統可以基于Web的B/S服務。

為了實現控制系統和信息網絡緊密連接,系統采用了基于OPC標準的自動化技術。OPC標準基于OLE/COM技術,同時OLE/COM的擴展遠程OLE自動化與DCOM技術支持TCP/IP等多種網絡協議,因此可以通過OPC接口實現遠程訪問。這里中控室的計算機服務器OPC服務器,允許與其他具有OPC客戶機接口的應用程序進行數據交換。網頁服務器(Web服務器)通過OPC通訊接口程序和OPC服務器通訊,讀取實時數據在網頁上動態刷新顯示。

4結語

計算機自動集中控制系統的建成,極大地優化了水閘系統的運行和管理,實現水閘運行“無人值班、少人值守”。有效地實現了管理的科學化、現代化,提高閘門控制的安全性、可靠性,充分提高二道閘水閘工程效益,促進水閘工程管理的現代化。通過Internet技術和Web技術實現了資源共享。同時,系統設計通過采用當前先進的技術和設備,具有一定的先進性、可擴展性。實際運行證明,該系統效果良好,達到了設計要求。

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