謝釗

摘 要：在水利工程中，對于水庫的控制工作的重點在于閘門是否能及時的開啟與關(guān)閉，而閘門的開啟與閉合主要有閘門啟閉機控制。為實現(xiàn)對閘門啟閉機的高效控制，可以通過計算機技術(shù)實現(xiàn)對閘門啟閉機的自動化控制與監(jiān)控。本文將就其具體設(shè)計方案進行深入探析。

關(guān)鍵詞：計算機;自動控制監(jiān)控;啟閉機;研究

隨著計算機技術(shù)的不斷成熟，閘門啟閉機的自動化控制與監(jiān)控已經(jīng)在大型水利工程中得以普遍的應(yīng)用。這也有效地提升了大型水利工程施工效率與質(zhì)量。但是，在小型湖泊及水電站的建設(shè)中，受條件的限制，這種方法并沒有得到全面的普及。因此，用針對閘門啟閉機自動化控制與監(jiān)控進行進一步深入探究，使其更好的為優(yōu)化水資源而服務(wù)。

一、閘門啟閉機的自動控制與監(jiān)控系統(tǒng)要求

（一）功能完善、投資低

對于小型工程而言，對閘門的控制功能的要求并不高，只要能夠通過自動化控制與監(jiān)控實現(xiàn)基礎(chǔ)的運動功能，滿足初步控制需求即可。因此，在保證功能完善的情況下，無需額外投入過多的資金。

（二）動作可靠，運行穩(wěn)定

自動化控制系統(tǒng)的應(yīng)用就是為了保證閘門啟閉機能夠高效、快速、穩(wěn)定的工作。因此，控制系統(tǒng)應(yīng)首先保證自身的穩(wěn)定性及可靠性。這就要求在設(shè)計之初，確保其主控制器能夠穩(wěn)定運行，同時確保傳輸網(wǎng)絡(luò)及執(zhí)行機構(gòu)的可靠性。

（三）結(jié)構(gòu)簡單維護方便

在水利工程施工現(xiàn)場，進行閘門啟閉操作時，往往不能保證操作人員的專業(yè)性。因此，為了更方便其投入應(yīng)用，應(yīng)保證操作的簡單性，結(jié)構(gòu)不要過于復(fù)雜，以便于工作人員使用、維護及保養(yǎng)。

二、控制方案的確定

（一）控制器的選擇

在閘口啟閉機控制器上，最常見的兩種選擇，一是利用PLC完成控制，二是利用單片機完成控制。但由于水利工程中，閘口啟閉機存在諸多輸入/輸出口。為了保證控制與監(jiān)測的精準(zhǔn)性，并且提高其便捷性，在控制器的選擇上，更加傾向于利用PLC完成控制。

（二）控制方案

在確定選擇利用PLC進行控制后，應(yīng)圍繞其展開控制方案設(shè)計。控制方案的主要要求是要滿足閘門啟閉機在正式運行后對電氣控制的需求。而在控制方案中，PLC的意義在于有效地采集外部設(shè)備所傳達出的狀態(tài)信息，同時采集外界的模擬信號。另外，PLC.應(yīng)做到結(jié)合實際情況完成設(shè)計優(yōu)化，實現(xiàn)對啟閉機的實時控制，第一時間對其故障進行報警。除此之外，PLC在接受到現(xiàn)場紛雜的信息與信號后，應(yīng)將其轉(zhuǎn)化為操縱指令，實現(xiàn)對閘門啟閉的控制。同時，PLC應(yīng)實時監(jiān)控閘門啟閉機的狀態(tài)，確保其運行過程中一直維持在安全、穩(wěn)定的狀態(tài)。

三、系統(tǒng)設(shè)計

（一）系統(tǒng)構(gòu)成

系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)保證在施工過程中，能夠遠(yuǎn)程、實時的對閘門進行控制，并且保證對閘門狀態(tài)的實時監(jiān)控。因此，本系統(tǒng)主要利用了CAN總線的方法進行各組件的連接，系統(tǒng)的組成部分主要包括：閘門、啟閉機、監(jiān)控單元、集中控制中心。從功能層次上來說，系統(tǒng)主要由計算機監(jiān)控層與控制層兩部分構(gòu)成。計算機監(jiān)控層的核心組成為計算機傳輸線纜;控制層的核心組成為PLC控制單元。

主控制器主要是對閘門啟閉機的開關(guān)進行控制，在檢測水位的同時采集相關(guān)設(shè)備的參數(shù)確保閘門的有效控制能夠按照設(shè)定的流程完成，另外，還保留了手工操作啟閉機的功能，這樣做是為了在設(shè)備遇到突發(fā)情況時，能夠及時的進行處理。通常情況下，主控級和單元控制級構(gòu)成了控制系統(tǒng)的重要組成部分，在控制中心，主控級借助計算機完成對閘門和參數(shù)的控制與設(shè)定，單元控制級則負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)進行采集與判斷，響應(yīng)主控制的控制指令。

（二）系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

計算機、通信電纜、PLC以及執(zhí)行機構(gòu)是構(gòu)成閘門啟閉機控制系統(tǒng)硬件的重要組成部分，作為整個控制原件的核心，PLC可編程邏輯控制器在整個系統(tǒng)中發(fā)揮中樞作用，PLC-繼電器-接觸器是比較典型的控制方案，這種方案既實現(xiàn)了對閘門啟閉機的控制，又能對閘門狀態(tài)進行監(jiān)測，因此硬件上系統(tǒng)采用了12位格雷碼設(shè)計。

（三）系統(tǒng)軟件設(shè)計

在系統(tǒng)軟件設(shè)計上采用主態(tài)軟件的目的是為了實現(xiàn)對閘門啟閉機的直觀控制，由于組態(tài)軟件能夠直接設(shè)置在計算機上，因此處于監(jiān)控中心的計算機便能夠?qū)ο嚓P(guān)數(shù)據(jù)進行實時采集，監(jiān)控中心能夠結(jié)合地面控制單元的指令做出相應(yīng)的應(yīng)答，及時滿足控制需求，使執(zhí)行機構(gòu)能夠進行有效控制，組態(tài)軟件能夠采集各個閘門的位置，采集閘門開光量以及閘門啟閉機保護和電源狀態(tài)，利用圖形化控制，使操作人員在使用過程中更加便捷。

四、系統(tǒng)功能實現(xiàn)

（一）系統(tǒng)控制功能

在閘門的系統(tǒng)控制上可以采用兩個方案，分別是手動控制和遠(yuǎn)程自動化控制，作為整個控制系統(tǒng)的核心，控制中心在閘門啟閉機和狀態(tài)監(jiān)測中發(fā)揮著重要作用，在對閘門進行遠(yuǎn)程控制過程中，主控制器發(fā)揮了自身的優(yōu)勢，使計算機與控制系統(tǒng)之間能夠?qū)崿F(xiàn)信息傳遞，從而實現(xiàn)對系統(tǒng)的整體控制。

（二）監(jiān)控功能

監(jiān)控功能主要是單元控制模塊的傳感裝置發(fā)揮作用，正是因為有了這個傳感裝置的存在，控制中心才能對上游水位、設(shè)備狀態(tài)以及閘門狀態(tài)等進行實時監(jiān)控，確保整個系統(tǒng)能夠在安全穩(wěn)定的環(huán)境下運行。系統(tǒng)需要定期的對數(shù)據(jù)進行采集，確保數(shù)據(jù)的刷新有規(guī)律可循，這樣在遇到故障時，系統(tǒng)才能夠發(fā)出警報，并對故障進行診斷。

（三）系統(tǒng)的優(yōu)先級與功能互鎖

轉(zhuǎn)換裝置的存在能夠讓系統(tǒng)實現(xiàn)現(xiàn)場和遠(yuǎn)程控制工作狀態(tài)的切換，相對而言，系統(tǒng)的優(yōu)先級在現(xiàn)場控制時最高，當(dāng)開關(guān)的傳感器信號達到系統(tǒng)的上線閾值時，啟閉機的上升功能就會被鎖定，同樣道理，當(dāng)開關(guān)的傳感器信號達到系統(tǒng)的下限閾值時，啟閉機的下降功能就會被鎖定，這是系統(tǒng)的功能互鎖，由于功能互鎖，系統(tǒng)的運行環(huán)境才更加安全。

五、總結(jié)

為了實現(xiàn)水資源的最優(yōu)處理，必須采取有效措施控制閘門啟閉機的工作狀態(tài)，采用PLC對閘門啟閉機進行控制與監(jiān)控，使其真正實現(xiàn)了智能化與自動化，為控制系統(tǒng)的穩(wěn)定工作提供了有力保障。

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