水库闸门远程监控自动化系统研制

水库闸门远程监控自动化系统研制

摘要：随着数字化水平的逐步提高，自动化系统在各个领域都得到采纳和应用。为了提高水库闸门的自动化水平，实现水库闸门的远程监控，采用了自动化系统对水库闸门实现远程监控。本文主要针对水库闸门的远程监控自动化系统中采用的plc控制系统的研究。着重地介绍了系统软件和硬件的设计方案。通过plc对水库闸门控制程序的编程，实现对闸门的远程监控。

关键词：水库闸门；远程监控系统；自动化；plc

目前，我国大部分的水库还停留在原始的操作方式，绝大多数都是通过人工现场收集数据，根据命令进行现场操控。因此，受到的各方面因素导致误差相对较大，工作量和人员需求大大增加。并且不能随时地了解水库闸门的情况，也不能全面地了解水库现状，远远满足不了实际要求。为了随着社会数字化水平的提升，满足自动化监控要求，本文总结了现有的水库闸门监控特点，以plc技术为核心，建立远程监控自动化系统，真正实现“无人值班，少人看守”的数字控制体系，从而达到远程监控的目的。

1、水库闸门远程监控的组成

水库闸门的远程监控系统利用开放、分层的分布式计算机控制技术，共分为总控制级和现地控制级，分别由三个现地控制单元和一个闸门管理单元构成，而三个现地控制单元与闸门管理单元通过profibus-dp总线连接，在于管理处的上位机通过以太网tcp/ip网络相连，构成整个系统。系统结构分布如图1所示：

图1 水库站们远程控制系统结构图

2、闸门远程监控系统plc控制配置

该系统可分为主站和从站两部分。其采用plc配置主站为simatic s7-300系列cpu 315-2dp。选用cp341-1的通讯处理器，将simatic s7-300plc与以太网相连，完成通讯的功能；采用plc配置从站为simatic s7-200系列cpu224，采用em277 profibus-dp作为通讯模块，通过profibus模块与主站通讯。文本显示器采用td200，可以起到设定与修正参数的作用。

3、水库闸门监控系统的数据监测

3.1水位检测

水位的检测要求精度很高，现阶段常用的超声波水位计和浮子式水位计都有良好的精度和稳定性。但超声波水位计对直径要求很高，受温度影响也大，不符合水库的野外条件，所以水库的水位检测通常选用浮子式水位传感器，一般采用（0～10）m浮子传感器传送至水闸处，再选用（4～20）ma传送到plc。

3.2电压电流数据收集

采集三个启闭及的三相电压和单相电流，配电柜变压器低压侧电流，柴油发电机回路电流及各支路电流等9个电压，14个电流，1个功率因数需要数据收集。

3.3溢洪闸底流和绕流检测

采用磁浮式数字水位传感器能够理想地实现无缘工作、抗雷击、稳定性强，测量误差低、不存在零漂等优点。磁浮式数字水位传感

器是应用悬浮的原理设计的，模仿了神经网络系统的设计思路，对电缆要求较低，距离较短。该传感器将液位变化直接转换为开关信号输出。

1、模拟量的读取算法

主程序采集到的模拟量，传送到指定的模块中进行转化，供程序处理。其换算关系是：

其中x表示采集的模拟量，r表示测量的对象范围上限其处理不同对象时其值不同，y表示转化的结果。

2、水库闸门控制自动化系统的实现

5.1闸门开启度的计算

根据有关规定，通过闸门设计的规范泄流公式，计算泄流量，带入闸门开度公式中，从而计算出开启的高度。

5.2闸门开启度测量

系统采用zw-1型闸门测控装置来测量闸门的开度。开度测量由位移传感器、信号电缆和测控仪组成。

5.3启闭机的控制系统

启闭机控制系统包含控制线路、限位保护和过载保护三个部分。运用手动和自动控制相结合的方式控制线路。控制原理是通过改变不同三相电来控制电机正反转，通过不同的启闭机装置完成闸门的开关动作。限位开关的作用就是判断启闭机的运行范围，超过运行范围则进行保护。过载保护作用是保护电机，当出现过载或短路现象时，过载保护将自动切断电源供应，从而保护电机电路。

5.4闸门控制

闸门控制可以通过远程控制和实地控制来完成，通过控制启闭机，从而实现闸门的上升和下降功能。闸门控制采用的是现地操作和远方操作两种方式，互为闭锁，其操作流程如图2所示：

图2 水库闸门控制流程

首先将开度值和闸门的设定值传给vw950，闸门开度适口符合范围，如果适合，闸门自动执行开启或关闭动作。闸门上升与下降要满足于预备条件，这样才能保证闸门安全运作，然后通过判断控制命令来执行闸门的上升与下降。

3、远程监控软件

监控软件目前选用组态王v6.02，它是数据处理中心、数据收发中心和远程监控中心。与其他控制和检测等设备共同组成快速响应控制体系。控制的方案和算法通过设备执行，下达到设备中并执行。

4、容错设计

系统的容错设计可分为软件容错设计和硬件容错设计。

通过系统的故障诊断、定位、处理和报警来提高系统的可靠性。当经过诊断以及报警发现cpu故障时，将停止软件运行，保持系统的当前状态，供人工分析和检修。软件不断地检测运行和语法是否出错，并进行排查处理。模块电压出现异常，则报警，避免闸门数据流失导致工作异常。

当闸门运动过程中，可能会出现开度达到最大限度还继续开启，根据这种情况，设置一个开关限制触点，当达到这一触点后系统还

在运行，plc检测到这一过程会直接切断闸门的回路，立刻停止闸门的动作。闸门的关闭同样依照开启的设计来完成。在硬件的回路中也采取了同样的措施，在主回路中添加一个紧急断路器。当超过开度设定值以后闸门仍在运行时或点击过载的情况下，如果不能保证及时令闸门正常停止。则紧急断路器将主回路断开，停止闸门的运动。

结论

根据水库检测手段的现状，本文通过以plc为基础的自动化远程监控系统，阐述了系统的方法和配置，来弥补以前对水库监测方法的不足。通过实际可以看出，采用对水库闸门采用自动化系统控制可以实时、准确地反映出水库闸门的状态，从而达到迅速和及时的发出相应的指令，达到水库闸门的远程监控目的。

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