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。
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。
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)。
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。
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。
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。
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。
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。
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.
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