桃山水库闸门自动控制系统的组成及技术应用

□ 杜纪奎 周 蕾

桃山水库闸门自动控制系统实现溢洪道工作闸门（3孔弧形门、卷扬启闭机）、输水洞出口工作闸门（1孔弧形门、液压启闭机）的现地控制与远方自动控制，是一套具有“可靠性、先进性、实用性、经济性”的系统，本系统是一个集管理、操作和分散控制为一体的三级计算机网络控制系统。它是由计算机、网络通信、信号处理、测量控制、系统分析以及人机接口等技术相互渗透、相互支持构成的典型的分布式控制系统。

一、系统基本组成

桃山水库闸门自动控制系统主要由监控工作站、网络交换机、现地控制单元、PLC（双CPU）、液晶触摸屏、闸门开度仪、水位传感器等部分组成。

闸门自动控制系统为分层分布开放式结构，采用冗余光纤快速以太网拓扑结构，分为三级，即远控级、主控级与现地级。控制权分“远方、控制室、现地”三级，可以进行无扰动切换。系统的控制权限越接近设备，控制权限越高。控制权顺序为：现地、控制室与远方。远方控制经相关授权方可进行操作。控制系统中设置带密码的授权、核对程序。

溢洪道启闭机房设有1套PLC控制柜，3套现地控制箱。输水洞出口工作闸门启闭房设有1套PLC远程IO控制箱，1套液压启闭机动力控制柜。配套由主控制器和备用控制器组成，包括电源模块、热备CPU模块、以太网通信模块、远程I/O主控模块、开关量输入/输出模块和模拟量模块。

PLC控制柜装有闸门开度显示仪表，具有闸门状态指示、闸门开度显示，控制柜面板上装有现地／远方切换开关、按钮与信号灯等，内部装有防雷保护器、隔离变压器组成I/O电源、传感器电源、中间继电器、远程I/O光端机、光纤收发器等。

二、系统中的关建技术

（一）数据采集与处理

1、模拟量的采集与处理

对上下游水位、闸门开启高度、电气系统电量等参数、越限位报警进行周期采集，最后经格式化处理后形成实时数据并存入实时数据库，信号量值及状态设定。

2、开关量的采集与处理

（1）对事故信号、开关量信号等，闸门自动控制系统能以中断方式迅速响应这些信号，并作出一系列必要的反应及自动操作。

（2）对各类故障信号、辅助设备运行状态信号、手动自动方式选择的位置信号等非中断开关量信号，计算机监控系统对这些信号的采集方式为定期扫查。对信号的处理包括光电隔离、接点防抖动处理、硬件及软件滤波、基准时间补偿、数据有效性合理性判断、启动相关量功能(如启动事故顺序记录、发事故报警音响、画面自动推出等)，最后经格式化处理后存入实时数据库。

3、根据闸门过水断面和流量计实测的流量，计算出过闸流量和统计过水量。

4、开关量输出

各种操作指令，计算机在输出这些信号前进行校验，经判断无误后送至执行机构。为保证信号电气独立性及准确性，输出信号具有防抖动并光电隔离功能。

5、信号量值及状态设定

由于设备原因而造成的信号出错以及在必要时要进行人工设定值分析处理的信号量，计算机自动控制系统允许运行值班人员和系统操作人员对其进行人工设定，并在处理时把它们与正常采集的信号等同对待，计算机自动控制系统可以区分它们并给出相应标志。

（二）运行监视和事故报警

1、运行实时监视

计算机自动控制系统可以使运行人员通过屏幕对闸门各主设备的运行状态进行实时监视。所有要进行监视的内容包括当前各设备的运行及停运情况，并对各运行的参数进行实时显示。

2、参数越限报警记录

计算机自动控制系统将对某些参数以及计算数据进行监控，对这些参数量值可预先设定其限制范围，当它们越限及复限时要作相应的处理。这些处理包括越限报警、越复限时的自动显示、记录和打印；对于重要参数及数据还进行越限后至复限的数据存储及召唤显示；启动相关量分析功能，故障原因提示，对于一些重要参数有趋势报警。

3、事故顺序记录

当发生事故造成跳闸动作等情况时，系统立即以中断方式响应并自动显示、记录和打印事故名称及时间；记录和打印相关设备的动作情况，自动推出相关画面，作事故原因分析及提示处理方法，计算机自动控制系统能将发生的事故及设备的动作情况按其发生的先后顺序记录下来。

4、故障状态显示记录

计算机自动控制系统定时扫查各故障状态信号，一旦发生状态变位将在屏幕上即时显示出来，同时记录故障及其发生时间，并用语音报警。系统对故障状态信号的查询周期不超过2s。

5、事故追忆及相关量记录

在发生事故时，由各现场控制单元采集各设备的状态量送控制中心，完成事件顺序排序排列、显示、打印和存档。每个事件的记录和打印点名称，状态描述和时标，记录的分辩率不大于2ms。能记录事故发生前10s和后20s时间内重要实时参数的变化情况。事故追忆由自动控制系统完成，计算机将这些追忆数据保存于磁盘中作历史数据，运行人员可以召唤、显示或打印这些数据。

三、结束语

桃山水库闸门自动控制系统投入使用以后，使工作人员全面地掌握和控制水库运行状况，并应用该系统进行水资源调度管理。有效地降低了工作人员的劳动强度、提高了自动控制的精度和稳定性, 增强了人性化操作，使工作人员的操作简单方便,直观可靠，真正为桃山水库的管理带来巨大的便利和效益。