水闸自动监控系统设计探析

程 艳 胡 颖

摘要结合海河二道闸水闸的实际情况,进行了计算机自动控制系统技术方案设计研究,并着重阐述了系统架构设计、现地系统设计、中心系统设计,为海河二道闸建立水闸自动化监控系统提供了技术支持。

关键词海河二道闸水闸;监控系统;PLC;闸门启闭

中图分类号TH134文献标识码A文章编号 1007-5739(2009)21-0209-02

海河二道闸是以防洪、排涝、引水、航运为主的一座节制闸,目前主要以现地控制为主,很多设备需要人工现场监控和操作。对闸门控制的可靠性不高、效率较低,并且不具有远程通讯功能,不能进行信息共享,已不能满足当今管控一体化的要求。随着经济发展和对水利信息需求的日益增加,水闸的自动化改造势在必行。

自动化技术经过10多年的发展已经达到一定水平。目前,自动化技术多采用PLC、微机保护单元、控制主机及继电器等。随着智能化开关、光电式互感器、一次运行设备在线状态检测、变电站运行操作培训仿真等技术日趋成熟,以及计算机高速网络的开发应用,全数字化的变电站自动化系统必将出现。现主要结合海河二道闸水闸的实际情况,讨论一种基于数字化的水闸监控系统,保证水闸更加安全、可靠、经济地运行,实现水闸“无人值班,少人值守”的目标,满足当今信息化的要求。

1系统结构

海河二道闸有7孔泄水闸门和1孔通航闸门,该系统主要是监控闸门的启闭、机电设备的运行情况、闸上下游水位。每个监控子系统由现场控制、集中控制、远程控制组成。利用PLC进行数据采集和输出的逻辑顺序控制。该系统采用2台工控机作为双机热备,工控机除了控制的作用外,还具有对数据进行记录、实时显示曲线、查询历史曲线和报警等作用,此外利用工控机进行Web发布,任何与其相连的计算机都可以通过IE浏览器进行控制。系统结构如图1所示。

现地控制级主要包括:一是控制箱。每孔闸门旁安装现场控制箱,当控制模式置于现场位置时,操作员可利用控制箱上的启动和停止来操纵闸门的运行,是最高级别的操作,独立于PLC和计算机控制,主要用于设备维护和调试。当控制模式选择远程时,控制箱的启动和停止不能使用,此时的操作权交由PLC完成。二是泄水闸现地控制级。7扇泄水闸由一套 PLC组成现地级。闸位采用高精度闸门开度仪进行监测,精度达±1mm。闸门的启闭是由左右液压活塞上下运动决定的;开度的测量是通过绝对编码器检测的,它将闸门的上下位移变成一系列的数字量,经开度仪的二次仪表变换成标准电流信号送PLC的模拟量输入模块。开度仪具有开度数字现地显示、量设置、非线性补偿等功能。三是通航闸现地控制级。通航闸由一套PLC组成现地级,它的主要功能是控制闸门上升、下降和通航、停航指示等动作。四是公用设备现地控制级。备用发电机、水位、雨量等设备的监控,采用1个公用现地控制PLC装置。首先采用市电(东24或252线路)供电,若监控到市电线路无电,将迅速开启柴油发电机组供电,当市电线路来电后自动断开发电机,线路投入运行,不需要工作人员干预;另外,还可以自动定时开关闸区路灯照明。闸上下游水位的监测至关重要,是整个自动控制能否实行“无人值班,少人值守”的关键。为此,系统在选用传感器时,要做充分的比较,可选用美国DTSIO公司的智能型激光水位计。其测量原理为,在水面上方某一高度的激光水位计向水面垂直地发送光束,光束到达水面后反射回来,而测得水位计达到水面的距离,水位计高度与所测距离相减即得水面高度,即水位。该水位计具有结构简单、安装和使用方便的特点。水位计的安装必须考虑防浪措施,保证水位的准确。监控雨量的传感器计可选用双翻斗式雨量传感器,每翻1次降雨量为1mm。由PLC自动完成各种信息的采集、分析处理、执行控制操作。五是中控室。中央控制室内配置现场指示仪表,以方便实际操作。中控室2台工控机互为热备冗余,每个工控机配有双网卡,一块网卡与控制网相连,另一块与管理中心相连,进行信息发布。主要负责采集现地控制级各种数据,通过计算机通讯网络集中于中控室并上传至管理中心。中央控制室可直接对PLC下达有关控制命令,如控制油泵电动机、闸门升降停等。为防止雷电,该监控系统为了提高抗干扰能力和可靠性,凡是从外引进的电源线和信号线都采取了防雷措施,户外设备高空处需安装避雷针。中控室安装防盗设备,确保各站点在无人看守的情况下设备的安全性。一旦发现安全问题,立即发出声光报警,同时向中心和安全部门发出报警信息。

2监控软件

主控制室采用Cimplicity作为监控软件,该软件可以采集现地控制级现场数据,并进行相应的处理,然后存放到SQL SERVER建立的数据库中,供分析、统计、报表和打印使用。具体功能如下。

2.1计算功能

监控软件采用模块化结构设计,对闸区上下游水位采集的数字信号进行滤波、计算,根据平均值判断变化趋势,形成上下游水位曲线,根据水位变化规律决定闸门的启(升)或闭(降)、开度、自动运行。

2.2控制功能

根据水位曲线的变化趋势计算分析,有2种方法可向闸门发出控制命令,实现闸门的启闭操作。一是自动运行。根据计算结果,计算机自动完成闸门启闭操作,做到无人职守。二是人工操作。运行人员根据水位曲线变化趋势,通过人机对话界面,实现闸门启闭的操作。

3Web远程访问

水闸信息网络系统通过ADSL专线上网实现与防办信息调度中心Internet网络互联,以及网络化数据管理。系统可以基于Web的B/S服务。

为了实现控制系统和信息网络紧密连接,系统采用了基于OPC标准的自动化技术。OPC标准基于OLE/COM技术,同时OLE/COM的扩展远程OLE自动化与DCOM技术支持TCP/IP等多种网络协议,因此可以通过OPC接口实现远程访问。这里中控室的计算机服务器OPC服务器,允许与其他具有OPC客户机接口的应用程序进行数据交换。网页服务器(Web服务器)通过OPC通讯接口程序和OPC服务器通讯,读取实时数据在网页上动态刷新显示。

4结语

计算机自动集中控制系统的建成,极大地优化了水闸系统的运行和管理,实现水闸运行“无人值班、少人值守”。有效地实现了管理的科学化、现代化,提高闸门控制的安全性、可靠性,充分提高二道闸水闸工程效益,促进水闸工程管理的现代化。通过Internet技术和Web技术实现了资源共享。同时,系统设计通过采用当前先进的技术和设备,具有一定的先进性、可扩展性。实际运行证明,该系统效果良好,达到了设计要求。

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