基于新疆南岸干渠工程闸门自动化监控系统设计

任 军，赵 倩

(新疆伊犁河流域开发建设管理局，乌鲁木齐 830000)

1 工程概况

新疆南岸干渠，全长168.84 km。干渠沿线主要有渠首分水、节制、退水、支渠分水、干管分水闸房48座;各闸房有1至5面闸门不等，闸门包括装配式平板闸门和蝶阀。闸门自动化监控系统(下称自动化监控系统)就是针对以上水闸实现调度、现地/远程操作控制、运行状态与参数监测、故障报警与记录、水位、雨量监测等，以达到现地无人值守的运行管理要求。

2 技术要求

2.1 总体要求

自动化监控系统按“无人值班，少人巡视”进行总体设计，本着安全可靠、技术先进、经济、实用的原则进行设计。

2.2 启闭机及蝶阀要求

各卷扬式启闭机安装主令控制器、绝对编码传感器、机械过载负荷控制器、电动/机械手动转换接点以及荷重传感器等。各电动蝶阀安装开/关向行程限位开关、开/关向转矩控制开关、阀门位置反馈信号器、电机内部的温度保护开关、手电动切换互锁开关等;阀体安装开、关阀现场操作开关等。

2.3 通讯系统要求

沿渠线建设622M的SDH光传输网，渠道各闸站通过光纤接入光传输网，基于以太网技术解决干渠沿渠各闸房和调度中心之间的通讯问题。

2.4 现地控制单元设计原则

控制单元要求设计高标准、严要求和高起点。遵循先进性、可靠性、安全性、经济性相结合等原则。

3 水闸运行控制方式

水闸控制方式，分为两种:①人工控制:分为现地控制和远程控制，现地控制指操作人员在闸房内控制闸门;远程控制指操作人员在远程控制台上通过显示器、键盘、鼠标等设备来控制闸门。②自动控制:通过预先设定控制要求和其他限制条件，系统自动完成对各闸房内闸门的启闭控制。

水闸控制分为3级:①第一级为远程控制:操作人员可通过调度中心监控计算机，远程查看全部的报表数据，实现所有闸门的远程调度、遥测、遥信、遥控等功能。②第二级为现地触摸屏控制:操作人员可通过现地PLC控制柜上触摸屏等设备，实现对本座闸房所有闸门的控制。③第三级为现地动力柜控制:操作人员可通过闸门现地动力柜，实现对单个闸门的控制，此时远程命令被闭锁，但不影响单元控制器上送信息。控制优先权为现地动力柜最高，现地触摸屏控制次之，远程控制最低。

4 系统性能

系统的各种设备要完全能满足实时性、可靠性、可维护性、可用率、安全性、可扩展性等性能要求。

1)控制响应时间:①接收控制命令到执行控制的响应时间≤1 s;②调度中心控制命令的响应时间能满足调度要求。

2)可靠性:设备在设计、制造、装配上都是高质量、高可靠的，系统中单个元件故障将不会导致系统崩溃。

3)可维护性:可维护性指标为平均维修时间(MTTR);按标准规定的高端要求为1 h，这是指扣除管理和备品备件运送时间外的维修时间。

4)可用率:在系统正式投入运行后的一年保证期内，该系统的可用率不低于99.95%，即系统的停机时间每年不多于4.5 h。

5)系统安全:①操作安全性:具有防误操作和自动、手动报警功能。人机接口设备需操作员控制权限及口令。②软件和硬件的安全性包括:电源具有故障保护和自动重启动;能设置和重新设置初始状态;能实现自检，并具有故障检测、清除、切换、以及报警等功能;具备软件故障自诊断和故障消除功能。

6)备用能力:系统设计具有合理的软件和硬件结构，足够的冗余能力、存贮容量和接口，方便的扩充能力，系统的扩充和设备的增加将不会影响原系统的工作性能及响应时间。

5 屏柜结构及功能

5.1 卷扬启闭机PLC现地控制柜

自动化监控系统在每个闸房设置一套PLC现地控制柜，以实现本闸房所有启闭机的现地控制及远程控制。现地PLC主要完成数据的采集及数据预处理功能，同时也具有控制操作和监视功能，支持远方监控系统的接入。

PLC具有与调度中心进行通信的功能，定时向调度中心传送所需要的过程信息，也可根据调度中心指令随时上送要求的信息。故障或事故情况下，及时向调度中心传送故障及事故信息。并接受调度中心发来的控制指令，并将执行情况和结果回送到调度中心。

PLC以Modbus协议或现场总线的方式与其它设备如电机综合保护测控装置等进行通信。

5.2 卷扬启闭机现地动力柜

每台卷扬启闭机设置动力柜一套，动力柜是控制启闭机运行的最高一级自动控制单元，除实现启闭机的所有控制操作外，还必须保证当本地PLC与主机系统脱离后，能实现对水闸进行独立的监视、控制和故障保护等功能，并且当其与主机恢复联系后又能自动地服从上位机系统的控制和管理。

5.3 电动蝶阀PLC及动力现地控制柜

对于独立布置的电动蝶阀分水闸，将PLC、触摸屏、电机保护装置、动力控制元件等统一组成一面柜。

[1] 陈忠华.可编程序控制器与工业自动化系统[M].北京:机械工业出版社，2006.

[2] 刘柏青.水利工程管理自动化[M].武汉:武汉大学出版社，2002.