潘忠寶+王玉珍

摘 要 針對(duì)連云港市某沿海擋潮閘，設(shè)計(jì)了基于PLC，工業(yè)以太網(wǎng)，WinCC6.2、ActiveX的閘門自動(dòng)化控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)閘門啟閉自動(dòng)控制、閘門運(yùn)行實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控、滲透壓等各種數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和采集，網(wǎng)絡(luò)集成與共享。

【關(guān)鍵詞】擋潮閘 PLC 閘門自動(dòng)化控制系統(tǒng)

隨著水利科技快速發(fā)展，閘門自動(dòng)化控制系統(tǒng)已成沿海擋潮閘的標(biāo)配，無(wú)論是科技含量，還是工作效率，較以前都有大幅提升。連云港市某沿海擋潮閘共有4個(gè)閘孔，采用平面直升式鋼閘門，啟閉機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)為卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)，采用基于PLC，工業(yè)以太網(wǎng)，WinCC6.2、ActiveX的閘門自動(dòng)化控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)閘門啟閉自動(dòng)控制、閘門運(yùn)行實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控、滲透壓等各種數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和采集，網(wǎng)絡(luò)集成與共享，系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，集成度高。

1 擋潮閘自動(dòng)控制系統(tǒng)組成

計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)主要由監(jiān)控工作站、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、現(xiàn)地控制單元、閘門開(kāi)度儀、水位傳感器、閘區(qū)滲透壓檢測(cè)系統(tǒng)、視頻監(jiān)視系統(tǒng)等部分組成。

網(wǎng)絡(luò)通信采用以態(tài)網(wǎng)總線，主站與各二級(jí)站之間采用以態(tài)網(wǎng)絡(luò)連接，抗干擾能力更強(qiáng)。根據(jù)操作控制層次和業(yè)務(wù)信息流程，主要由現(xiàn)地控制單元和上位機(jī)兩部分構(gòu)成，采用分層分布式結(jié)構(gòu)形式?，F(xiàn)地控制單元包括：前端采集和后端控制兩個(gè)區(qū)域，前端采集主要有水位計(jì)、閘位編碼計(jì)等傳感器和閘位開(kāi)度儀等設(shè)施，后端控制區(qū)域則是由包含可編程控制器（PLC）、微電腦保護(hù)器、智能數(shù)字儀表、通信模塊、數(shù)字采集卡、輸入/輸出模塊、I/O電源模塊、機(jī)電保護(hù)電子器件、運(yùn)行操作鍵鈕、控制切換開(kāi)關(guān)和狀態(tài)指示器具等設(shè)施構(gòu)成的分布式LCU現(xiàn)地控制柜。上位機(jī)主要由監(jiān)測(cè)監(jiān)控工作站、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、監(jiān)測(cè)監(jiān)控軟件等構(gòu)成。遠(yuǎn)控查詢單元主要是利用中心控制室內(nèi)的信息查詢工作站、網(wǎng)絡(luò)匯接交換機(jī)、激光打印機(jī)和計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件、遠(yuǎn)程客戶端訪問(wèn)軟件等構(gòu)成。主機(jī)控制單元可以通過(guò)Internet采用TCP/IP規(guī)約與上級(jí)管理部門鏈接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與圖像遠(yuǎn)程傳輸瀏覽。

2 自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 監(jiān)控工作站

啟閉機(jī)房集中控制室監(jiān)控主機(jī)是計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的上位機(jī)，其主要功能如下：

（1） 聯(lián)網(wǎng)功能；

（2）數(shù)據(jù)采集與處理功能：現(xiàn)地控制單元巡測(cè)閘上各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與狀態(tài)信號(hào)，最后經(jīng)格式化處理后再通過(guò)以太網(wǎng)送至主控級(jí)計(jì)算機(jī)，在顯示終端顯示和處理。進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理并建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和歷史數(shù)據(jù)庫(kù)。對(duì)斷路器及重要繼電保護(hù)的動(dòng)作信號(hào)等中斷開(kāi)關(guān)量信號(hào)，監(jiān)控系統(tǒng)以中斷方式迅速響應(yīng)這些信號(hào)并作出必要?jiǎng)幼骷白詣?dòng)操作。監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)定期掃查對(duì)手動(dòng)和自動(dòng)方式選擇的位置信號(hào)等非中斷開(kāi)關(guān)量信號(hào)進(jìn)行采集。

（3）系統(tǒng)可在線對(duì)運(yùn)行狀態(tài)判別條件、預(yù)置參數(shù)和計(jì)算公式進(jìn)行在線修改。

（4）控制與調(diào)節(jié)功能，系統(tǒng)設(shè)手動(dòng)操作，自動(dòng)控制和優(yōu)化調(diào)度自動(dòng)運(yùn)行方式選擇功能。

（5）設(shè)備運(yùn)行統(tǒng)計(jì)記錄及生產(chǎn)管理，系統(tǒng)對(duì)各設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)記錄，某些信息自動(dòng)提示給運(yùn)行人員。對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行變位及變位時(shí)間的統(tǒng)計(jì)，必要時(shí)產(chǎn)生報(bào)警。系統(tǒng)還將對(duì)參數(shù)越限及定值變更等情況作出統(tǒng)計(jì)記錄，并自動(dòng)生成各類報(bào)表、日志，進(jìn)行打印操作。

（6）安全管理功能。用戶實(shí)施分類別，分權(quán)限管理，不同類別的用戶擁有不同的管理權(quán)限。

（7）遠(yuǎn)程訪問(wèn)和網(wǎng)絡(luò)接口。該系統(tǒng)與水利網(wǎng)連接，支持基于IE方式的遠(yuǎn)程訪問(wèn)功能。經(jīng)身份驗(yàn)證后，可以查看任何一張現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控畫面、遠(yuǎn)程控制、視頻同步、視頻圖像云臺(tái)焦距控制等現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控功能。

2.2 現(xiàn)地控制單元

現(xiàn)地控制單元選用PLC可編程控制器，采用以太網(wǎng)方式與監(jiān)控主機(jī)進(jìn)行通訊，接受上級(jí)操作指令，同時(shí)上傳各種設(shè)備的狀態(tài)和運(yùn)行數(shù)據(jù)，其功能有：

（1）與監(jiān)控主機(jī)通訊，接收上級(jí)開(kāi)、停、關(guān)等命令；

（2）巡測(cè)各種電量和非電量參數(shù)以及設(shè)備狀態(tài)；

（3）根據(jù)操作指令，實(shí)施自動(dòng)開(kāi)、停、關(guān)等操作；

（4）向上位機(jī)發(fā)送實(shí)時(shí)運(yùn)行信息；

（5）數(shù)據(jù)采集、處理和系統(tǒng)診斷；

（6）通過(guò)人工輸入指令，實(shí)施自動(dòng)開(kāi)、停、關(guān)操作，顯示各種運(yùn)行參數(shù)；

（7）具有運(yùn)行狀態(tài)識(shí)別、故障多重保護(hù)功能。

現(xiàn)地控制單元是控制啟閉機(jī)運(yùn)行優(yōu)先級(jí)最高的自動(dòng)控制單元，即便在監(jiān)控主機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，它也能保證啟閉機(jī)正常運(yùn)行和程序控制的各種運(yùn)行操作。

2.3 數(shù)據(jù)庫(kù)軟件

數(shù)據(jù)庫(kù)采用分布式關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù) Microsoft SQL Server2005，數(shù)據(jù)庫(kù)由以下幾個(gè)部分組成：

2.3.1 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)

存放數(shù)據(jù)是由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)。保存每次采集得到和操作人員錄入的數(shù)據(jù)、狀態(tài)和編碼信息。

2.3.2 參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)

存放包括常數(shù)、曲線和操作員手動(dòng)輸入的數(shù)據(jù)，存取頻次較高的數(shù)據(jù)常駐內(nèi)存中。

2.3.3 歷史數(shù)據(jù)庫(kù)

存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)，供閘門調(diào)度信息管理和數(shù)據(jù)表子系統(tǒng)使用。

2.4 系統(tǒng)接地

PLC系統(tǒng)屬高速低電平控制裝置，采用直接接地方式。由于信號(hào)電纜分布電容和輸入裝置濾波等影響，裝置之間的信號(hào)交換頻率一般都低于1MHz，所以PLC設(shè)備接地線采用一點(diǎn)接地和串聯(lián)一點(diǎn)接地方式。集中布置的PLC系統(tǒng)并聯(lián)一點(diǎn)接地方式，各裝置的柜體中心接地點(diǎn)以單獨(dú)的接地線引向接地極。用一根大截面銅母線（或絕緣電纜）連接各裝置的柜體中心接地點(diǎn)，然后將接地母線直接連接接地極。接地線采用截面大于25mm2的銅導(dǎo)線，總母線使用截面大于60mm2的銅排。接地極的接地電阻小于1Ω，接地極埋在距建筑物10至15米遠(yuǎn)處，而且本系統(tǒng)接地點(diǎn)與強(qiáng)電設(shè)備接地點(diǎn)相距10米以上。信號(hào)源接地時(shí)，屏蔽層在信號(hào)側(cè)接地；信號(hào)線中間有接頭時(shí)，屏蔽層牢固連接并進(jìn)行絕緣處理，避免多點(diǎn)接地；多個(gè)測(cè)點(diǎn)信號(hào)的屏蔽雙絞線與多芯對(duì)絞總屏電纜連接時(shí)，各屏蔽層相互連接好，并經(jīng)絕緣處理。

3 結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集上下游水位、揚(yáng)壓力等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)控、數(shù)據(jù)共享目地。系統(tǒng)配置和設(shè)備選型適應(yīng)計(jì)算機(jī)迅速發(fā)展的特點(diǎn)，采用基于工業(yè)以太網(wǎng)的分布式控制系統(tǒng)，便于硬件和功能的擴(kuò)充。軟件采用模塊化、結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)理念，能更好適應(yīng)規(guī)模擴(kuò)充。系統(tǒng)主要軟硬件設(shè)備均采用知名產(chǎn)品，并已成熟應(yīng)用于水利行業(yè)，確保計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)安全可靠地投入運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介

潘忠寶（1983-），男，江蘇省灌南縣人。大學(xué)本科學(xué)歷?，F(xiàn)為連云港市市區(qū)水工程管理處工程師，從事閘門自動(dòng)化控制系統(tǒng)維護(hù)管理和水利工程管理。

作者單位

1.連云港市市區(qū)水工程管理處 江蘇省連云港市 222006

2.江蘇省農(nóng)墾農(nóng)業(yè)發(fā)展股份有限公司東辛分公司 江蘇省連云港市 222248