基于PLC技术的水利自动化监控系统设计与应用

孙洪阳

（本溪关门山水库实业有限公司,辽宁 本溪 117108）

0 引言

水库运行对区域防洪安全、地区经济建设有着非常重要的影响,加强自动化监控对发挥水利工程效应意义重大。关门山水库属于Ⅲ等中型水库,兼具农业供水、防洪发电、水产养殖等功能。一直以来,自动化应用都是水库发展和管理的重点。为进一步提高水库各项参数指标监测的准确度、全面性,就需要依靠自动化系统实现。PLC作为一种全新的技术,与计算机控制系统相比,其能够在恶劣的水利系统环境中稳定运行,其优势更加明显。对此,针对关门山水库,以PLC技术为核心,设计自动化监控系统是极为有必要的。

1 PLC技术概述

1.1 PLC技术的发展现状

PLC技术的核心是微处理器,系统装置操作以数字运算为主,是计算机技术与传统继电触控技术的有机结合,在工业领域应用较多。系统装置中的存储器具有可编程作用,可以进行各种指令操作,如逻辑运算、顺序控制等,不仅能发挥出计算机的优势,使得程序更加直观,同时也能有效解决触控系统中线路复杂等问题,让操作人员操作更加方便[1]。目前,PLC技术应用已经比较成熟,集可靠、灵活、控制力强等特点,同时还能进行数据处理,图像显示也更加清晰,进一步推动了PLC在连续生产过程控制中的广泛应用。

1.2 PLC技术的优点

作为当前工业领域自动化监控系统中最先进的控制装置,PLC具有如下特点：第一,可靠性高。数据真实可靠对于水利监控而言是非常重要的,一旦出现数据错误,会直接影响工作人员对水利状况的判断。PLC具有多层抗干扰技术,无论环境如何恶劣,都能确保正常运行。第二,编程简单。系统中主要包括输入程序和更改程序两个步骤,且使用的是存储逻辑,可以有效减少外部接线。通常情况下梯形图编程就能满足所需,一般水利工作人员都能掌握。第三,适应性与通用性强。所采用的核心部件都是模块化和标准化的,通过这些配置能够形成不同系列的产品,从而应用于不同的监控系统中,如位置监控、CNC监控、数字监控等等[2]。而且该系统装置体积小、能耗低,有助于机电一体化的实现。

2 基于PLC技术的水利自动化监控系统的设计

2.1 概况

关门山水库位于小汤河支流,属于Ⅲ等中型水库,兼具农业供水、防洪发电、水产养殖等功能。目前,水库无水利自动化检测系统,为进一步提高对上游水请变化的掌握,以便能够及时预报水库来水与泄流,切实提高水库管理水平,有必要基于PLC技术设计水利自动化监测系统。

2.2 总体设计

关门山水库虽然在2012 年对下游泄洪道进行全面疏通,但为了保证水库的安全度汛,还是需要提高汛情监测水平。而单一的通过春夏季蓄水情况来确定水情,这样无法实时了解水库实际防洪状况。对此,本系统以PLC技术为主,同时融合DCS、FCS等系统,包括控制、设备以及网络等层级,以Profibus-DP总线通信为例,数据采集和运行主要是借助PLC及智能设备完成,同时PLC、I/0设备负责对现场设备进行控制调节[3]。网络通信监控采取的是以太网方式,主要监控上机位和系统。此外,程序设计、智能仪器、转换器、变送器等独立负责完成程序控制,也就是说即便是PCL发生故障,其他控制器也能继续维持工作,实现了分散控制。在水利系统监控任务中,利用以太网和驾驶室的操作站之间的联系,可以实现工控机与上级管理设备的信息互通。

2.3 程序设计

2.3.1 组态编辑

关门山水库自动化监控系统中,程序设计板块具有用户编辑界面功能,与PLC网络中各类监控数据的互联互通,以显示关门山水库的各类信息数据成果,从而赋予其功能性。关门山水库管理人员可依据界面内容显示,明确操作的目标、级别,掌握运行的参数及状态,并可对报警信息、故障信息加以显示。

2.3.2 程序设计

在关门山水库自动监测系统的用户界面的创建中,主要以Win-CC实现图形设计功能,在程序运行的过程中,水库的技术人员能够依据监控及显示内容完成相应的操作。从界面设计的布局看,主要包括图形、按钮、文本框、I/O框、运行参数等要素。

2.3.3 采集和传递

在关门山自动监测系统中,数据采集和传递是非常重要的环节,可以实时了解水库的运行状态。具体内容包括水库绕组温度、柴油机滑油转速、压力、电流电压、功率等数十项内容,同时还涉及水库图形的显示、打印、输出、操作[4]。尤其是当水库发生故障时,还能对突出对故障状态判断、记录、输出模拟量等一系列项目,便于关门山水库管理人员采集和传递相关信息。

2.4 监控中心系统组成

2.4.1 水域情报数据采集系统

关门山水库自动化监控系统中,对于各类情报信息的收集不可或缺,包括水情预报、防洪监控、防汛指挥等内容。另外,基于管理的要求与标准,能够对关门山水利站点雨量、风向、风速、气压等信息加以预测,提升管理的科学性和前瞻性。

2.4.2 大坝安全监测系统

大坝安全事关水利工程的安全,运用大坝安全监测系统,可以有效防范潜在的风险问题,确保关门山水库运行始终处于安全状态。其中,安全检测信息查询系统,能够针对水库各类信息元素,实现数据收集并生成曲线图,有助于水情、雨情等安全标准的建立,发挥数据采集的功能优势。

2.4.3 闸门控制系统

主要实现对闸门电机开关的自动化控制,尤其是可以实现远程操控的功能,即依托技术人员下达的相关指令,能够及时有效地配合泄洪与防汛工作。同时,基于PLC控制中能够掌握闸门的上升或下降,并且实施更加细致的数据设定,使其处于必要的位置,并在界面中了解其供电电流、急停指示、复位指示等项,使操作的便利性大幅提升。

在《孟子》一书中，孟子在与诸侯国王对话时常以“臣”自称，并称对方为“王”，而对于类似称谓词的翻译中，很多译本将“臣”普遍译为I，对“王”的翻译则是利用多重译法。然而，也有大一部分译者将“王”译为you，这样的译文无法体现出君臣间严格的上下等级关系，导致译文没有办法突出原作的真实语境及情感。因此，可以将“臣”译为your subject，将“王”译为Your Majesty，这样的翻译能够充分体现出特殊语境下谈话双方明确的等级关系，弥补英译中称谓词人际功能的缺失。

2.4.4 视频监控系统

在水库自动化监控系统中,视频监控系统是核心内容,可以将各种数据以直观化的方式呈现出来,如关门山水库设施运行情况、附近水域信息、溢洪道及主坝信息等,同时还能对水库运行情况进行实时远程监控,而通过计算机技术的运用,还能实现数据互通共享。

2.5 可靠性设计

当进行远距离数据传输时,可以屏蔽外界信号的接收器,或是直接选用接地方式,可有效提高数据的可靠性。

3 水利自动化监管系统在供水工作中的应用

3.1 水利自动化监控系统应用

该系统实际就是综合性的水利信息管理平台,主要监控和管理关门山水库的运行情况,通过该系统,调度中心可以实时监控多个单元所产生的数据、设备运行参数,并对重要的环节进行监管。

3.2 主要功能

3.2.1 权限管理

系统管理人员可以根据关门山水库工作人员所处的职位、部位以及工种等不同,合理设定具体的使用权限,且不同领域的管理者仅可以管理自己权限范围内的数据,若是该数据超过自己的管理权限,则仅能查询。

3.2.2 生产调度管理

系统可以实时监测关门山水库数据,若是现场具备光纤通信条件,还可以进行视频监控,一旦发现水库出现异常情况,系统会自动切换画面,以起到警示提醒作用。若是发生水位超警戒线等情况,监控系统还会自动发送远程预警,直接向相关负责人发送信息。不仅如此,系统还可以随意切换远程近程画面。

3.2.3 供水调度管理

系统可以检测到关门山水域流量和压力,及时校对各项参数并进行自动恢复,同时还能清晰反馈关门山各区域水流情况,为该地区供水调度提供有效的参考。

3.2.4 数据统计分析

在收集各项指标数据后,监控系统可以自动导出数据,然后制作生产各种报表,提高了工作效率,减少了工作压力。

4 结语

随着我国水利事业的不断发展,自动化是必然趋势,同时也决定了行业的发展质量。针对关门山水库设计基于PLC的自动化监控系统,可以进行实时采集和监控,能够直观显示系统的各项运行参数,并能根据参数状态精细化管理系统运行,其安全性和可靠性都较高,值得在今后的工作中持续深入的探索。