鄭艷波，李慶榮，王璞東

（遼寧省大伙房水庫管理局，遼寧 撫順 113007）

渾河閘（亦稱謨家堡閘）位于渾河中下游，距大伙房水庫75 km，坐落于沈陽市蘇家屯區(qū)后謨家堡村。渾河閘是沈陽城市防洪的出口控制斷面，擔負著沈陽城市的防洪任務(wù)，是渾河沈陽城市防洪體系的一個重要組成部分。同時渾河閘也是大伙房水庫下游灌溉用水控制工程，擔負著沈陽市于洪區(qū)、蘇家屯區(qū)、遼中縣、新民市和遼陽燈塔等地區(qū)農(nóng)田灌溉任務(wù)。

渾河閘主體工程由22孔攔河閘、渾沙、渾蒲各3孔進水閘三大部分組成，閘門由固定卷揚啟閉機控制升降。2008年11月對渾河閘進行除險加固，除險加固前的渾河閘自動化水平落后，該次除險加固工程建設(shè)一套綜合自動化系統(tǒng)，全面提高渾河閘的自動化管理水平，其中閘門監(jiān)控系統(tǒng)是整個自動化系統(tǒng)的重要部分，實現(xiàn)了閘門的現(xiàn)地及遠程自動控制。

1 系統(tǒng)概述

在攔河閘設(shè)置6面PLC控制柜，有5面控制柜1控4啟閉機，1面控制柜1控2啟閉機；在渾沙進水閘和渾蒲進水閘各設(shè)置1面PLC控制柜，分別控制3臺啟閉機，遠程控制設(shè)置在渾河閘管理處控制室內(nèi)，位于處辦公樓內(nèi)，距離現(xiàn)地200 m。遠程與現(xiàn)地兩種控制方式通過現(xiàn)地控制柜面板上轉(zhuǎn)換開關(guān)實現(xiàn)切換。

在控制室內(nèi)設(shè)置2臺上位機，負責完成數(shù)據(jù)的接收存儲和閘門群的監(jiān)控任務(wù)，現(xiàn)地PLC單元將閘門與啟閉機的狀態(tài)信息傳輸?shù)讲僮髡旧衔粰C，上位計算機發(fā)出的一系列閘門控制操作指令數(shù)據(jù)等下行信息也可傳輸?shù)浆F(xiàn)場PLC單元，從而實現(xiàn)監(jiān)控調(diào)度功能。

2 系統(tǒng)特點目標與功能

2.1 系統(tǒng)特點

該系統(tǒng)采用分布式監(jiān)控，保留現(xiàn)地常規(guī)控制方式。計算機監(jiān)控系統(tǒng)，通過操作站實現(xiàn)對啟閉機控制，同時實時對啟閉機等樞紐電氣設(shè)備運行狀態(tài)進行監(jiān)視。當計算機監(jiān)控系統(tǒng)故障時，可在機旁常規(guī)控制柜現(xiàn)地手動操作。

系統(tǒng)通訊采用Profibus工業(yè)網(wǎng)絡(luò)方式，現(xiàn)地部分采用電纜傳輸，遠程控制傳輸介質(zhì)采用光纜，光纜敷設(shè)在電纜溝內(nèi)。

2.2 系統(tǒng)功能

1）控制啟閉機的開/關(guān)/停等操作。

2）故障監(jiān)視、保護聯(lián)動、記錄、報警及正常運行的控制。

3）檢驗操作條件。

4）單元自檢功能。

5）數(shù)據(jù)的采集、處理和累計。

6）與操作站的通訊，操作站可遠程監(jiān)控操作閘門。

7）依據(jù)閘門實際調(diào)度規(guī)程，開發(fā)監(jiān)控軟件功能。

3 閘門監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

閘門自動監(jiān)制系統(tǒng)分2個層次面：現(xiàn)地設(shè)備層和遠端運行管理層。

閘門自動化系統(tǒng)在現(xiàn)地手動控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了下位機（PLC）和（上位機）計算機自動監(jiān)控系統(tǒng)，以確保閘門安全運行的可靠性及自動化監(jiān)控的水平。遠端計算機自動監(jiān)控系統(tǒng)是在現(xiàn)地手動控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上建立的，形成系統(tǒng)的平行對接。

3.1 現(xiàn)地控制系統(tǒng)

控制單元采用西門子S7-300 PLC作為主控單元，以profibus工業(yè)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，按功能分散構(gòu)成模塊，適用于操作站對啟閉設(shè)備進行自動控制、監(jiān)視，將各種信號送至控制室。該系統(tǒng)設(shè)置8個現(xiàn)地控制單元，采用西門子的ET200系統(tǒng)，PROFIBUS-DP總線結(jié)構(gòu)，設(shè)置1套CPU單元，CPU單元安裝1號PLC控制柜中，分控單元為ET200+SM321+SM322+SM331采集各種信號，并可連鎖控制啟閉機開、關(guān)、停等操作，現(xiàn)地單元光纜通訊與操作站連接，組建控制級工業(yè)以態(tài)網(wǎng)，除通訊光纜外還配置有1對光纖鏈路模塊以及以太網(wǎng)卡和連接器等構(gòu)件。

現(xiàn)地測控內(nèi)容：閘門開度、閘門左荷載、閘門右荷載、總配電電流電壓、總配電電度。

測控模擬量及脈沖信號來自各閘門配套控制柜儀表。

3.2 遠端監(jiān)控系統(tǒng)

遠端自動控制操作臺是通過與現(xiàn)地手動控制系統(tǒng)的并接，把手動控制集中在操作臺上，實現(xiàn)控制；自動控制；遠程操作站（IPC），通過控制和檢測PLC狀態(tài)，再由PLC發(fā)出指令控制設(shè)備進行工作；視頻監(jiān)控是管理者對閘門控制和工程管理的有效輔助手段，也是提高管理水平的一個標志。

遠端計算機自動監(jiān)控系統(tǒng)是在現(xiàn)地手動系統(tǒng)的基礎(chǔ)上建立的，它通過網(wǎng)絡(luò)與下位機（PLC）相連，PLC與現(xiàn)地手動控制系統(tǒng)連接，由遠端計算機自動監(jiān)控系統(tǒng)（上位機）控制和檢測PLC狀態(tài)，再由PLC發(fā)出指令控制相應(yīng)設(shè)備進行工作。

遠端計算機自動監(jiān)控系統(tǒng)在前端設(shè)1臺PLC控制器，PLC與手動控制設(shè)備端相連，然后通過網(wǎng)絡(luò)與1臺計算機連接構(gòu)成計算機自動測控系統(tǒng)，該部分的計算機軟件包括兩部分：

1）PLC控制軟件。用于組合邏輯編輯和控制設(shè)備編輯。2）系統(tǒng)管理軟件：遠端人機界面程序編輯和遠端監(jiān)控軟件編輯。

遠端控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 遠端控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3）自動控制遠程操作站設(shè)備配置。研祥工控主機、顯示器以及人機接口設(shè)備等。

4）設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)。IPC/Intel CPU3.0GHz/DDR1G/HDD160G/52倍 CDRAW/；PCI-82142口 Intel 82559網(wǎng)卡；KB+MOUSE；22"LCD 寬屏顯示器；EIA RS-310C 標準 19英寸架裝機箱；9ISA/4PCI/IPKMG無源底板；帶鎖防塵保護門，防止誤操作。

3.3 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計

該系統(tǒng)軟件編程包括兩部分：一是為S7系列PLC進行配置和編程的標準軟件包STEP 7 V5.4編程軟件；二是操作站計算機上集成的人機界面系統(tǒng)和監(jiān)控管理系統(tǒng)WINCC V6.2工控組態(tài)軟件。通過SIMATIC NET V6.4對系統(tǒng)的工業(yè)以太網(wǎng)進行配置、組態(tài)、測試。通過STEP 7進行控制系統(tǒng)的配置和程序的編寫、調(diào)試，診斷PLC的運行情況；WINCC軟件提供強大的編輯、組態(tài)以及與PLC方便、簡單的通訊實現(xiàn)功能。

1）STEP 7程序設(shè)計。CPU 為 CPU315-2DP（6ES7 315-2AG10-0AB0），程序設(shè)計（BLOCKS）包括以下內(nèi)容：一部分是CPU對系統(tǒng)診斷出現(xiàn)錯誤進行處理的響應(yīng)程序模塊，如 OB80、OB82、OB85、OB86、OB87、OB121、OB122。另一部分是完成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)化編程的各個功能程序塊、主程序塊以及數(shù)據(jù)塊，如OB1、FC1-FC8、DB1-DB9。其中FC1為具有數(shù)字濾波功能的AI數(shù)據(jù)采集塊；FC2為30路兩線制、四線制的4-20mADC電流信號的數(shù)據(jù)采集塊；FC4-FC8為控制各地攔河閘的功能塊。

2）WINCC程序設(shè)計。在此控制系統(tǒng)中，利用工控組態(tài)軟件WINCC，設(shè)計了一組控制系統(tǒng)畫面（8個工藝畫面）以及報警、歷史曲線、報表等。當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，相應(yīng)的故障指示燈閃爍，操作者及時發(fā)現(xiàn)、處理故障，找出故障原因。

4 結(jié)語

隨著科技水平的不斷提高，水利工程自動化管理水平也不斷提高，尤其大型水利工程（如水庫等）的自動化管理水平已經(jīng)相當高，但中小型水利工程的自動化水平仍然很落后，希望此文為類似中小型水利工程建設(shè)提供借鑒，以全面提高水利工程的自動化管理水平，讓水利工程發(fā)揮更大的效益。

［1］胡雄峰，肖志懷，周良畫.浙江三插溪水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)改造設(shè)計［J］.中國農(nóng)村水利水電，2006（7）：122-124.

［2］王險峰.PLC控制系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的研究［J］.水運科學(xué)研究所學(xué)報，1999（3）.

［3］孫乃清，柳海鵬，仇岳江.微機監(jiān)控系統(tǒng)在閘門系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.水電廠自動化，2004（2）.