闸门自动控制系统设计与应用研究

闸门自动控制系统设计与应用研究

摘要：闸门对于确保防汛工作的有效实施以及水资源调度工作的正常运行等方面有着至关重要的作用，而系统设计则是其正常运行的有效依据，合理的设计方式能大大的提高闸门的操作效率，反之，也会给闸门的正常运行带来阻碍。因此，现阶段必须要加大对其控制系统设计方式的重视，必须要确保其设计的安全、可靠，同时还要合理的将现代化的技术手段融入其中。近些年来，我国的科学技术有了极大的发展，闸门控制系统也相应的得到了极大的改善和进步。文章就结合某水库来深入的分析闸门自动控制系统设计及应用。

关键词：自动控制系统；设计；闸门；功能

水库是现阶段常见的一种设施，它不仅是我国重要的防洪设施同时还有发电、灌溉等多种作用，因此，我国非常重视水库的建设和设计。而闸门作为水库建设的重要组成部分，对于确保防汛工作的有效实施以及水资源调度工作的正常运行等方面有着至关重要的作用。随着社会的发展及科技的进步，对于闸门的控制系统也相应的有了更高的要求，近些年来计算机技术逐渐得到广泛的应用，闸门控制系统也逐渐的向着自动化方向发展。文章结合某水库的具体实例来探析闸门的自动控制系统的实际和应用。

一.控制系统的功能

随着社会的发展与科技的进步，对于水库闸门的控制系统也有了更高的要求，而可靠性、安全性、便于操作等等都是对其的基本要求。其主要功能有五个，一是自动控制闸门的启闭，该功能主要是通过对先进的程序控制技术的应用而实现，其控制方式也包含两种不同的形式，一种是现地控制，另一种是远程控制；二是自动测量闸门的开度，这一功能是通过设置专门的测量传感器来实现的，通过该设备对闸门的开度进行有效的测量。；三是自动对闸门进行限位保护，该功能是通过对闸门开度的限制来对水库进行保护的，即在闸门开度到达设定值时系统就会及时的停机；四是对工程数据进行处理，该功能是以闸门开度以及水位为依据，来对具体的数据进行计算的；五是通讯及数据处理功能。

二．控制系统的结构

闸门控制系统包括三个不同的控制层，一是现场控制层，主要是控制闸门的现场；二是集中控制层，主要是对闸门进行集中控制；三是远程控制层，主要是对闸门进行远程控制。由于各层所具备的功能不一样，且所处的环境也不一样，因此其所要实现的功能也不一样，并且规定了不同层之间的先后顺序，同时通过分级权限控制系统来对确保该系统的正常运行。通常情况下，远程控制层都设置在管理中心位置，其有效的对传输到其中的信息进行相应的整合和处理，并制定

相应的调度命令同时及时的传递给相关操作，从而有效的对水资源进行合理的调度，同时还能有效的对闸群进行合理的调度。如果遇到特殊情况也可以通过远程控制功能来对闸门进行相应的操作。而集中控制层通常是设置在只有一个闸门的控制室内，达到对多孔闸门合理调度的目的。该层是以远程控制层所下达的命令为依据，来制定相应的调度措施，同时再配合计算机系统来对多孔闸门进行相应的调度。为了确保系统的安全性，一定要确保该层的控制优先于远程控制层。同时为了方便管理人员对系统进行管理，通常情况下要将作为实现控制功能的重点。

控制系统的实现

DP总线

RS485是DP总线常用的电缆型号，而使用的连接器通常为9针D型。而总线型拓扑结构是其常用的分布方式，因为控制系统的设计中有十七个不同的从站，所以把所有从站都设置在相同的网段内，而不必要使用中继器。通常情况下，一个网段中挂载的从站不能超过三十二个，同时如果没有使用中继器的话，一定要确保所有网段的长度都不超过一千九百米。通常情况下电缆长度和其传输速率有着直接的关系。

想要通过DP总线对系统内的所有从站进行有效的连接，就一定要在首站和末站内设置相应的终端电阻设备，其余的十五个从站只需把数据线和总线进行有效的连接。

DP总线对使用的线头和电缆有很高的要求，通常情况下一定要保证其是西门子专门的，在将电缆入柜时一定要保证其屏蔽层和柜体进行连接，并要和地面相接。而位于控制室外部的总线则要以电线的形式进行设置。

2.控制软件的实现

通常情况下集中控制级的目标很容易达到，因此文章重点对控制软件的实现进行说明。

自动控制系统包括两个不同的功能，一是现场级控制；二是集中开（闭）环控制。其中为了确保闸门控制的安全，给予现场级控制的优先级最高。如果使用的是现场级控制的话，另外一个系统功能就会自动的被屏蔽。PLC就是通过对现场控制柜的运行信息的收集来对闸门进行相应控制的，从而实现闸门的开、闭、停等状态。这种状况下，闸门的具体信息也会及时的反映在控制柜中，而且及时的发送给监控主机。一旦有错误信息出现，就会系统就会自动进行报警提醒，同时会终止闸门运行。

3.系统数据的采集

上位机控制闸门运行状态的过程中，一定要及时把闸门的运行状况发送到监

控主机。而起要把闸门前面及后面的水位情况也及时的发送到监控主机。除此之外，为了方便对闸门进行监控，从而判断有没有卡滞现象出现，就要持续的把闸门启闭机的荷重状况反馈给上位机。该系统内是通过旋转编码器的作用来达到闸门监控效果的。因为该编码器通常输入的数字信号是十六位的，因此，一定要加入相应的数字模块。

4.分级控制的实现

通常现场级的构成包括所有闸门现场所设置的相应的控制柜，总数为十七台。其目标是为了达到在现场通过手动的方式来对闸门进行相应控制的效果，同时在现场收集相关的水位、运行情况、闸门开度等信息，并对其进行严格的监控，同时还要及时的和集中控制级进行信息传递，比如控制信息的接收、将错误信息及时的传送到主站等等。

集中控制级的构成则不同于现场级，通常只包含一个控制柜，且其位于闸门控制房中。该级的目标是利用通讯总线的传输作用，来实现和下级系统通信的效果，从而对相关数据进行相应的处理，同时将闸门的运行情况以及不正确的信息等及时的传送给监控主机，此外该级还承担着信息的接受和传达的作用，在该级受到监控主机好下达的命令后要及时的将其传达给相应的部门。除此之外，UPS 电源经常被作为备用电源，防止由于停电等原因而造成的系统终止的现象出现。

总结

随着我国经济水平的不断提高以及科学技术的进步，我国逐渐加大了对水库建设的重视，而闸门控制系统作为其中重要的组成部分，其设计方式对确保水库的正常运行有着至关重要的作用。而闸门自动控制系统具有很高的安全性和可靠性，同时有效的将控制及管理融合在一起，同时该系统有效的减少了工作人员的工作难度及工作量，大大的提高了系统的操作效率，从而更符合闸门对控制系统的需求。

参考资料：

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