王尚宏，張 倩

（新疆電子研究所有限公司 新疆 烏魯木齊 830049）

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，SCADA等工業(yè)控制技術(shù)的日趨成熟，采用計(jì)算機(jī)、PLC、網(wǎng)絡(luò)、智能閘門測(cè)控儀（開(kāi)度儀）、旋轉(zhuǎn)編碼器、閘位傳感器、水位計(jì)、上位機(jī)監(jiān)控軟件等多種現(xiàn)代技術(shù)，實(shí)現(xiàn)閘門的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控已經(jīng)成為事實(shí)，但是現(xiàn)階段的技術(shù)理論在實(shí)際工程中出現(xiàn)了許多應(yīng)用問(wèn)題，文中針對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行了研究探討并提出了相應(yīng)的解決思路與辦法[1]。

1 閘門遠(yuǎn)程監(jiān)控的定義

閘門自動(dòng)化遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)就是通過(guò)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)檢測(cè)采集閘門上、下游水位、閘門荷重、閘門啟閉狀態(tài)與開(kāi)度、工程運(yùn)行實(shí)時(shí)工況圖像等信息，并根據(jù)實(shí)測(cè)水文資料，通過(guò)上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的分析、判斷、水文水利計(jì)算，進(jìn)行科學(xué)控制、自動(dòng)調(diào)節(jié)，保證閘門的優(yōu)化、安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。操作方式上則以計(jì)算機(jī)作為人機(jī)界面，控制方式和理念上則轉(zhuǎn)變?yōu)檫h(yuǎn)程監(jiān)控為主，現(xiàn)場(chǎng)就地控制為輔，并僅作為備用檢修操作方式運(yùn)行。

2 閘門遠(yuǎn)程監(jiān)控的構(gòu)成

閘門遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)就地控制和遠(yuǎn)程控制2種方式[2]，主要由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、啟閉控制系統(tǒng)、安全保障系統(tǒng)、視頻監(jiān)視系統(tǒng)、語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)、web發(fā)布系統(tǒng)等幾部分組成，其相互間邏輯關(guān)系如圖1所示。

圖1 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)邏輯Fig.1 Long-range logic picture of monitoring system

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)負(fù)責(zé)上下游水位、閘位、閘門位置等開(kāi)關(guān)量和模擬量的采集；啟閉控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)閘門升降停的控制；安全保障系統(tǒng)則是為了確保閘門在啟閉運(yùn)行時(shí)，無(wú)論出現(xiàn)任何非正常工況都可以迅速地安全終止操作，保護(hù)設(shè)備安全；前臺(tái)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)的處理、分析、判斷，提供較為直觀友好的人機(jī)界面；語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)除了對(duì)設(shè)備運(yùn)行異常情況進(jìn)行報(bào)警外，還可以在閘門啟閉前進(jìn)行語(yǔ)音提示，對(duì)上下游起到告知作用；WEB發(fā)布系統(tǒng)則可以對(duì)閘門的運(yùn)行工況，如水位、流量、開(kāi)高、開(kāi)孔數(shù)、荷重等參數(shù)進(jìn)行對(duì)外發(fā)布，以供其它人員瀏覽；視頻監(jiān)視系統(tǒng)負(fù)責(zé)采集存儲(chǔ)啟閉機(jī)房?jī)?nèi)外、上下游河道等重點(diǎn)監(jiān)控點(diǎn)的運(yùn)行情況 ，并同時(shí)具備通過(guò)IE進(jìn)行遠(yuǎn)程WEB瀏覽功能。

其中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、啟閉控制系統(tǒng)由PLC完成，安全保障系統(tǒng)由數(shù)字電子限位、機(jī)械限位、負(fù)載過(guò)荷、工作超時(shí)、啟閉機(jī)過(guò)流、方式閉鎖等多重保護(hù)功能組成，確保閘門運(yùn)行安全可靠。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)、Web發(fā)布系統(tǒng)由前臺(tái)監(jiān)控計(jì)算機(jī)完成，視頻監(jiān)視系統(tǒng)及遠(yuǎn)程瀏覽可以通過(guò)硬盤錄像機(jī)來(lái)輕松實(shí)現(xiàn)。

通過(guò)RS485與閘位計(jì)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)地控制的方式。閘門遠(yuǎn)程集中控制通過(guò)可編程控制器[3]與閘位計(jì)的通訊來(lái)實(shí)現(xiàn)，如DZKB、XDZC-100型閘門測(cè)控儀等，其本身具備閘門啟閉控制、上下限位設(shè)置、開(kāi)高模擬跟蹤顯示、荷重監(jiān)視等功能，一般閘門測(cè)控儀與PLC的通訊是通過(guò)基于MODBUS RTU 485標(biāo)準(zhǔn)串行通信總線[5]實(shí)現(xiàn)近地控制.實(shí)現(xiàn)方式如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)工作原理圖Fig.2 System working principle

3 工程應(yīng)用中常出現(xiàn)的問(wèn)題與解決辦法

文中主要針對(duì)現(xiàn)地控制部分在工程應(yīng)用中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行研究。

3.1 編碼器安裝方式存在的問(wèn)題及解決辦法

1）編碼器設(shè)計(jì)安裝方式

旋轉(zhuǎn)編碼器以轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)輸出脈沖，通過(guò)計(jì)數(shù)設(shè)備來(lái)計(jì)算閘門位置[4]，在閘位控制中現(xiàn)在普遍采用的安裝方式是安裝在閘門的絲桿附近，依靠齒輪與閘門的絲桿嚙合，在電機(jī)提升或下降的過(guò)程中絲桿的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)編碼器的齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)開(kāi)度的計(jì)量。如圖3所示。

圖3 編碼器設(shè)計(jì)安裝方式Fig.3 Encoder designs and installs the way

2）存在的問(wèn)題

在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，中小型閘門在運(yùn)行過(guò)程中由于長(zhǎng)期受重力作用或者電機(jī)震動(dòng)會(huì)造成絲桿的垂直度全部產(chǎn)生變形，這樣帶來(lái)的問(wèn)題就是：要么編碼器與絲桿嚙合的間隙過(guò)大，導(dǎo)致編碼器不轉(zhuǎn)動(dòng)；要么是編碼器與絲桿嚙合的間隙過(guò)小，導(dǎo)致編碼器損壞，最終造成開(kāi)度計(jì)量的不準(zhǔn)確，無(wú)法保證閘門控制的可靠運(yùn)行。

3）解決辦法

參照浮子水位計(jì)的連接設(shè)計(jì)方式，將編碼器和絲桿的連接方式由齒輪嚙合改成鋼絲纏繞滑輪和編碼器的連接方式，鋼絲一端連接絲桿，纏繞滑輪和編碼器轉(zhuǎn)盤后再連接一個(gè)重錘。這樣的話，閘門絲桿在上升或下降過(guò)程中不與編碼器直接接觸，只牽動(dòng)鋼絲，鋼絲再經(jīng)滑輪傳動(dòng)帶動(dòng)編碼器轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖4所示。

圖4 改進(jìn)的編碼器安裝方式Fig.4 Way that the improved encoder is installed

3.2 閘門自動(dòng)啟閉的可靠性存在的問(wèn)題及解決辦法

1）閘門啟閉過(guò)程的設(shè)計(jì)方案

普遍采用的閘門啟閉控制方式：旋轉(zhuǎn)編碼器的信號(hào)提供給開(kāi)度儀，開(kāi)度儀以4～20 mA的信號(hào)傳給PLC，PLC根據(jù)編碼器產(chǎn)生的位移進(jìn)行邏輯判斷控制閘門的啟閉。其中閘門的上下限在開(kāi)度儀上可以進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，閘門的啟閉限位有限位開(kāi)關(guān)來(lái)保證。

2）存在的問(wèn)題

在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，多數(shù)閘門附近經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期沉沙，如果不及時(shí)清理，會(huì)有一定高度的泥沙堆積，有時(shí)也會(huì)有大的石塊卡在閘門閉合槽中。閘門在關(guān)閉的過(guò)程中，由于泥沙或石子的阻礙不能達(dá)到啟閉限位，此時(shí)上下限位的限位開(kāi)關(guān)就失去了保護(hù)功能，開(kāi)度儀在未達(dá)到下限參數(shù)設(shè)定時(shí)不會(huì)給PLC提供達(dá)到下限位的信號(hào)，PLC就會(huì)一直控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)閘門無(wú)法下降，但是電機(jī)卻在繼續(xù)運(yùn)行，結(jié)果是負(fù)載轉(zhuǎn)矩過(guò)大導(dǎo)致電機(jī)停轉(zhuǎn)，電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間電流增大必將引起繞組發(fā)熱[6]，最終會(huì)導(dǎo)致電機(jī)損壞，不能保證閘門控制的可靠性。

3）解決辦法

采用閉環(huán)智能分析+報(bào)警的方式來(lái)增加閘門啟閉過(guò)程的可靠性如圖5所示。

圖5 電流閉環(huán)智能分析Fig.5 Electric current closes the intellectual analysis of the ring

在閘門控制系統(tǒng)中，給電機(jī)增加一個(gè)電流感應(yīng)模塊，將電機(jī)電流信號(hào)輸出給PLC，再給PLC設(shè)定一個(gè)電機(jī)正常工作的電流參考變量。當(dāng)電機(jī)電流大于PLC設(shè)定的參考變量時(shí)就說(shuō)明電機(jī)堵轉(zhuǎn)，PLC立即發(fā)出電機(jī)停止運(yùn)行命令同時(shí)向上位機(jī)提出報(bào)警并提供相應(yīng)的參數(shù)。這樣就可以形成一個(gè)閘門啟閉過(guò)程的PLC閉環(huán)智能分析+報(bào)警過(guò)程，對(duì)閘門的維護(hù)和安全運(yùn)轉(zhuǎn)提供了可靠性保障。

4 結(jié)束語(yǔ)

閘門遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)已經(jīng)趨于完善，但是在技術(shù)實(shí)施過(guò)程中根據(jù)實(shí)際情況不同總會(huì)出現(xiàn)許多問(wèn)題，作為工程人員針對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題及時(shí)進(jìn)行研討和技術(shù)改進(jìn)能促進(jìn)系統(tǒng)的最佳化。本文中提到的相關(guān)技術(shù)問(wèn)題均取自新疆兵團(tuán)且末墾區(qū)蘇塘灌區(qū)自動(dòng)化項(xiàng)目，所論及的改進(jìn)方法也在該項(xiàng)目中具體實(shí)施，改善效果良好。

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