■葉銳敏 ■嘉善縣太浦河管理所，浙江 嘉興 314100

信息化是世界經濟和社會發(fā)展的大趨勢，我國產業(yè)結構實現升級以及向工業(yè)化、現代化轉變必須依賴信息化技術的應用，我國也應將提高信息化水平在作為推動我國經濟發(fā)展的主要手段之一。水利工程作為我國的社會和經濟發(fā)展的重要基礎設施，水利的現代化也離不開信息技術的支持。政府要解決新世紀水的問題，必須應用自動化控制系統(tǒng)，實現水閘自動化控制，實現傳統(tǒng)水利向數字水利轉變，才能進一步發(fā)揮水利工程的效益。

1 水閘自動化監(jiān)控系統(tǒng)設計

根據水閘自動化監(jiān)控系統(tǒng)的作用與功能，水閘自動化監(jiān)控系統(tǒng)采用分級分布式系統(tǒng)結構設計，自動化監(jiān)控系統(tǒng)結構見圖1。該系統(tǒng)結構通過安裝在水位井、液壓泵、電器柜等部位的傳感器和其它相關儀表，通過地面控制裝置實現對水位、水壓、閘高等參數的收集，再通過通訊系統(tǒng)將傳感器和儀表收集的數據傳輸至控制中心計［1］;控制中心對數據進行分析和存儲，根據是數據反映的內容向現場控制單元發(fā)送控制命令，實現設備開啟或關閉。設備運行期間，控制中心對設備運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控，如監(jiān)控液壓系統(tǒng)和啟閉機運行狀態(tài)，一旦發(fā)現設備和系統(tǒng)運行異常，立即通過音頻、燈光、文字等方式向操作人員發(fā)出警報。根據水閘自動化監(jiān)控系統(tǒng)的運行原理，自動監(jiān)控系統(tǒng)主要包括數據采集控制系統(tǒng)、數據傳輸系統(tǒng)和控制中心三個部分。

圖1 自動化監(jiān)控系統(tǒng)結構

2 數據采集控制系統(tǒng)選擇研究

數據采集控制系統(tǒng)的關鍵裝置為現地控制裝置，主要負責采集現場數據和信息。網絡連接各個設備，實現數據共享，共同完成控制和管理功能。數據采集控制系統(tǒng)包括可編程邏輯控制器各類電器儀表。

2.1 可編程控制器

現地控制裝置主要為可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller，PLC)，它不僅能采集先創(chuàng)數據和各類信息，還能作為設備控制驅動裝置。本系統(tǒng)選用德國西門子S7-300 系列產品，用于系統(tǒng)運行狀態(tài)數據采集，并作為油泵、啟閉機和通航燈等設備的控制驅動。該系列可編程邏輯控制器專為自動化監(jiān)控系統(tǒng)設計，控制器零部件性能高，能滿足系統(tǒng)對各類設備自動化控制需求。該控制器還包括大量用戶程序，如定時器、計算器、復雜數學計算、通訊等內容，達到對監(jiān)視人機交互的作用，發(fā)現人工輸入狀態(tài)異常后，可改變輸出狀態(tài)，實現控制目的［2］。S7-300 系類可編程邏輯控制器的靈活性強，可根據不同的用途選擇不同規(guī)格的CPU，實現合理配置。

2.2 過程儀表及傳感器等設備

此外，數據采集控制系統(tǒng)還包括大量儀表和傳感器，屬于信息轉換部件。儀表和傳感器收集的水位、液壓等信息后，將信息轉換成電信號，經數據傳輸系統(tǒng)傳輸至控制中心。過程儀表、傳感器等采集設備主要包括壓力傳感器、投入式水位傳感器、浮子式水位傳感器、電量儀表、閘門高度變送器，分別用于測量液壓系統(tǒng)的油壓、測量閘室水位、采集水位值、采集被采電流，與上位機連接實現數據交換、計算閘門高度。

3 數據傳輸系統(tǒng)設計

由于采集控制點相對集中，因而可采用工業(yè)以太網通訊方式實現控制室主站系統(tǒng)、新老閘現地控制柜的PLC 數據通信，并且由于新閘和老閘距離間隔較遠，因而可采用光導纖維作為數據傳輸媒介，而不能采用雙絞線直連方式。上級信息數據采用公用電話通道，并根據TCP/IP協議實現數據傳播。

3.1 基于以太網的系統(tǒng)網絡結構

數據傳輸系統(tǒng)可基于以太網設計，將整個閘門自動監(jiān)控系統(tǒng)分為3層，上層為管理信息層或管理級，負責連接上級管理部門內局域網;中間層為監(jiān)控級，為內部局域網上互相聯網的監(jiān)控主義和服務器;下層為現地級，是現場各設備網絡層。現地控制級設備主要為可編程控制器和輸出繼電器等設備，多分布于啟閉機室等近設備端?，F地控制級與各類傳感器相連，負責采集設備運行信息數據和信號，還與控制級工控主機，監(jiān)控工控主機的控制命令;搜集現場信息數據，并以獲得的數據信息為依據，實現現場執(zhí)行機構的邏輯控制?，F地級采用大規(guī)模的可編程邏輯控制器以及其它模塊組成現地監(jiān)控單元，工業(yè)以太網負責通訊，將高質量雙絞線連接監(jiān)控級的交換機，將現地級信息傳遞至控制工控機。配備數據服務器，記錄實時和歷史數據參數，方便用戶查詢［3］。以太網貫穿于整個閘門監(jiān)控系統(tǒng)，達到直接快速通信以及對監(jiān)控和管理信息的集成。以太網還具備同步傳輸數據、文字、圖像的功能，可方便工作人員監(jiān)控多種類型軟件和遠程修改參數。

3.2 數據傳輸協議及傳輸媒介

異構型網絡互聯的最大問題在于不同協議之間的轉換，異構計算機之間實現通信互連需要進行多次轉換，n 臺計算機則需要轉換協議n(n-1)次。而基于TCP/IP 的網絡通訊協議可以減少異構計算機通信互連需轉換協議的次數，n 臺計算機只需轉換n 次通信協議，并編寫TCP/IP 協議支持下的通信程序，即可實現通信互連。

新閘和老閘距離間隔較遠，新閘和老閘之間采用光纖連接。光纖通訊的原理為將傳輸信息首先轉換成電信號，將其調制到激光器發(fā)出的光束上，通過光纖發(fā)送光信號［4］。接收端檢測器將收集的光信號再轉換成電信號，恢復原信息。和傳統(tǒng)數據傳輸媒介相比，光纖通訊具有容量大、衰減小、抗干擾性能力強、抗腐蝕性強、溫度使用范圍廣、安全性高、成本低的特點，非常適合用于數據傳輸介質。

4 控制中心主站系統(tǒng)設計

控制中心計算機系統(tǒng)以windows 系統(tǒng)為操作平臺，構成網絡體系。并配置為通信監(jiān)控處理機、數據服務器以及工作站，構建可伸縮結構控制系統(tǒng)［5］。由于水閘自動監(jiān)控系統(tǒng)需要處理大量數據，并且存在自動監(jiān)控現地設備受外界因素干擾作用強，因而需要采用高配置、冗余設計，確保系統(tǒng)整體的可靠性。對于數據處理量較少的部分，可采用高性價比的設備，如現地控制裝置，減少成本。另外，在通訊系統(tǒng)和通訊方式選擇上，需要根據項目大小選擇合適的通訊系統(tǒng)和方式。如通訊距離較短，可采用網絡通信方式，既保證通信系統(tǒng)的可靠性，還能提高系統(tǒng)整體的性能指標。

5 結語

實現水閘自動化監(jiān)控系統(tǒng)精確掌握水閘水位運行情況，及時搜集實時水位數據，提高系統(tǒng)運行焦慮，減少故障，節(jié)省水電，降低人工勞動強度?？偠灾?，水閘自動化監(jiān)控系統(tǒng)具有極高的社會經濟效益。本文就水閘自動化監(jiān)控系統(tǒng)的各個主體結構設計及設備選擇進行分析，但是由于自動控制系統(tǒng)的實際應用環(huán)境非常復雜，系統(tǒng)設備不僅需要面臨直接雷擊風險，還需要面臨雷擊引起的電源和通信線路中感應電流涌浪帶來的風險。因此，設計水閘自動化監(jiān)控系統(tǒng)時還需要加強抗干擾研究，減少因雷擊引起的儀器儀表損壞，降低損失，最大限度的發(fā)揮自動化監(jiān)控系統(tǒng)的經濟效益和社會效益。

［1］邱明.基于水電站自動監(jiān)控系統(tǒng)的構建研究［J］.科技資訊，2014，09(28):13-14.

［2］徐艷.現代光纖通信傳輸技術的應用分析［J］.電子世界，2014，06(18):274-275.

［3］申林，徐丹.自動化系統(tǒng)在水閘工程應用中的問題與解決方法［J］.小水電，2015，12(03):66-67.

［4］柳文述.城域網中配電自動化關鍵技術的研究［J］.湖北民族學院學報(自然科學版)，2015，09(02):215-217 +224.

［5］王輝，羅震，韓智.淺析自動化監(jiān)控系統(tǒng)在水閘運行管理中的應用［J］.科技信息，2013，13(10):406-407.