原创《王家坝闸自动监控系统设计和实现》
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水利信息化过程中,为了更好地实现防汛和水资源调度等功能需要,安全、可靠的闸门自动控制系统一直都是研究设计的重心.闸门自动控制一般采用继电器—接触器控制方式、PLC 与数显仪器结合的方式、PLC 与触摸屏结合的控制方式以及基于现场总线PLC 与计算机控制结合的方式等[1].这些自动控制方式各有优劣,适合不同的水利工程.继电器—接触器控制方式,通过按钮操作来开闸和关闸,可以满足简单的自动控制需求,但在可靠性、灵活性方面有欠缺,且排查故障较困难.PLC 与数显仪器结合的方式具有工作可靠、操作方便、日常维护量小等特点,但运行数据存在误差,不能记录历史数据.PLC 与触摸屏结合的控制方式具有可靠性高、显示容量较大、故障率低、运行数据一致性好的特点,但触摸屏存储容量有一定限制,只能显示和记录有限的数据等缺点.PLC 与计算机控制结合的方式显示容量大,使用寿命长,可以采用热备份,但操作层和数据管理层未分离不利于系统保护,难以避免误操作和病毒侵害.一般来说,在90年代后期的水闸均采用传统的继电器——接触器控制方式,在2000 年前后建设的水闸一般采用后三种控制方式[2].
一、工程概况
王家坝闸新闸扩建于2003 年11 月,2004 年12 月竣工.该闸全长118 米,共13 孔,每孔宽8 米,底板高程24.46 米,设计水位差4.5 米,设计流量1344-1626 米.王家坝闸处于中上游分界处,上中游也是淮河洪涝灾害易发区域.因此王家坝闸的知名度要远远高于淮河上的其他分洪闸.王家坝新闸设计为全电脑自动化封闭式机房,自2005 年投用以来,已经使用了12 年.王家坝闸自动监控系统将计算机信息技术、现代控制技术应用于闸门控制系统中,在河道上建立一套快速及时、准确可靠、先进实用、高度自动化的流域水雨情信息、工程安全信息、闸门监控信息、实时图像信息的采集、监测( 控) 与管理自动化系统,避免了传统集中控制的风险,实现了模块化设计, 增强了系统的综合控制功能,提高了运行的稳定性和可靠性.
二、系统设计原则
本系统采用PLC 与数显仪器结合的方式,系统设计具有如下原则：
（1）实用性与先进性.系统方案必须强调实用性与先进性的结合.采用成熟的自动控制技术、计算机技术、安全防范技术及计算机通信技术,使自动化系统实用可靠.在开放性与标准化方面,整个自动化系统设计采用开放型结构,便于系统的升级、扩展和互联.
（2）可靠性与安全性.在系统设计中,必须强调系统设备的可靠性与安全性,主要是采用高可靠的控制设备和传输设备,设置系统控制权限等[3].
（3）经济性和可拓展性.在满足工程需要的前提下,选用性价比高的控制设备和通信设备.采用的设备充分考虑易升级换代,并且在升级时可以最大限度保留原有的硬件设备和软件资源.
三、系统结构与系统配置
王家坝闸自动监控系统采用分布式监控系统结构.分布式监控系统以控制对象分散为主要特征.以控制对象为单元设置多套相应的装置, 构成现地控制单元,完成控制对象的数据采集和处理、电机机组等主要设备的控制和调节以及装置的数据通信等[4].该系统主要由监控工作站、服务器、交换机、现地控制单元、闸门开度仪及其编码器、压力式水位计、闸位仪等部分组成.系统分为“远方、站控室、现地”,具备下列功能：数据采集与处理；实时监控；安全保护；数据通讯等.该系统结构网络图如图所示：
中心控制室监控主机是自动控制系统的上位机,监控计算机的操作系统为Windows XP,监控软件采用iFix 3.5 版本,24"LCD 显示器.
现地控制单元采用以太网方式通过交换机与监控主机进行通讯,接受上级开、停命令,同时上传各种设备的状态和运行数据.现地控制单元选用GE 90-30 系列PLC,内嵌以太网口.PLC 装在现地控制柜内,1 扇闸门设1 套现地控制单元,配备1 台环网交换机,用于网络通讯.
在现场安装各类传感器：闸门启闭机上安装绝对增量编码器、称重传感器分别测量闸门的开度和载荷；在闸门的上下游安装水位计测量上下游水位[5].
四、系统功能
王家坝闸自动监控系统主要实现了以下功能：
（1）数据采集.监控中心主动从各现地控制单元和多功能测量仪表采集各种实时运行数据,掌握各设备的工作情况,采集报警信息.主要采集上下游水位、闸门开度、闸门左右载荷、各种电量（高低压侧的电压、电流等）参数以及闸门启闭机的工作状态、高低压断路器的分合状态等数据信息[6].
（2）报表处理.系统自动记录各类运行数据,并将所有数据经归纳整理后形成报表,报表可进行打印,操作人员也可以进行实时查看.
（3）实时监控.对各控制设备包括闸门启闭机、高低压断路器、柴油发电机等实行实时控制.
（4）安全保护.实现闸门极限位置连锁保护、闸门超负荷及偏载连锁保护、误操作连锁保护,并具有防雷、抗干扰功能.
（5）通讯功能.实现闸门计算机监控系统与上级管理调度系统的实现数据通讯,传输实时数据及接收控制指令,并提供第三方标准的通讯接口,实现与第三方仪表或控制设备的通讯.
五、运行效果
王家坝闸自动监控控制系统的建成,真正实现水闸运行 “无人值班、少人值守”的管理目标,极大地优化了水闸系统的运行和管理,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,提高了水闸工程的效益[7]. 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.
六、结语与展望
可编程逻辑控制器（PLC）因其功能强大、采用现场总线接口、可靠性极高而成为最重要的过程控制装置.基于PLC 进行水坝闸门监控系统的设计,不但能提高闸门控制的灵活性、快速性,而且可以加强水坝闸门运行的可靠性和安全性,有效提高水闸的自动化水平,实现水闸运行的无人值守或少人值班.
由于现代计算机信息技术的快速发展,王家坝闸自动监控系统面临更新改造和升级换代需要,未来将在如下方面进行改造：监控用计算机替换为2 台新的工控机,操作系统安装Windows 7.将原有的监控软件iFix 3.5 版本升级为最新版本iFix 5.8,并再采购一套软件.实现2 台工控机对闸门的实时监控,相互作为冗余备份.对电力仪表、闸位仪、网关机的更换；重新安装及调试压力式水位计；对原有PLC 系统设计重建,升级为GE 的PAC 3i 系统.H
系统设计论文参考资料：
本文总结，本文是适合不知如何写王家坝和监控系统和设计方面的系统设计专业大学硕士和本科毕业论文以及关于系统设计论文开题报告范文和相关职称论文写作参考文献资料。
