闸门自动控制系统概要

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预警报警
根据采集的数据进行分析，当系统发现收集到的水位 接近汛限水位或库容水位时进行提示告警，达到预警效果， 提高监控质量。当监控对象设备故障时，当闸门发生电器 故障、通讯故障、传感器故障等问题时系统会根据管理预 定的设置报警，并根据报警信息分析存储报警类别，使系 统具有事故追忆功能，方便日后故障查询以及设备检修。
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闸门控制
闸门现地控制应用RS232协议与前端PLC通讯， 并发送相应的控制指令，可实现闸门的实时控制，远 程设定闸门开度，控制闸门上升、下降、停止，同时 在软件上形象的显示监控界面，显示全部闸门的运行 状况，并可观看对应闸门的视频图象。相比以往的传 统手动控制，此功能提高了闸门控制的准确性，并且 能够即时直观的观察到闸门开度等准确数据，提高了 闸门控制的安全性以及可见性，节省了很大一部分人 力开销。
是一号闸门 Y
N
报系统油压
异常
Y
报告告警信息
N 是二号闸门 Y
有开启命令
有关闭命令
开启基准确认
关闭基准确认
调开启参数 调开启规律给定
调关闭参数 调关闭规律给定
置开启中继
置关闭中继
停止运行
减小左比例阀 Y 左超偏 Y 高 N
减小右比例阀
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闸门左右开 度计算
闸门左右开 度计算
左右超偏 N
完成情况 完成
完成 完成 完成 完成 完成 完成 完成 完成 完成 完成
具有数据库查询功能 具有打印各种生产报表、历史数功能
完成 完成
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社会、经济效益情况
１．社会效益
人类的活动不能离开水的利用，本项目的实施除了有 明显经济效益，更重要地体现在水利信息化进程中所能发 挥的社会效益。由于水利工作具有明显的社会公益特性， 通过本项目的实施为防洪抗旱减灾、水资源的开发、利用、 配置、节约与保护以及水环境保护与治理等综合管理和决 策服务，提高了水资源优化配置及水利工程的科学管理水 平，解决好流域水利与经济社会发展的诸多矛盾，就能为 保护人民的生命财产、保证人民的正常生活、维护社会的 稳定起到重要作用。
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项目完成情况
任务书要求 自动监测被控闸门开度及工况 闸门运行参数、运行状态的监测及记录 自动监测闸门上下游水位 根据操作规程自动控制闸门启闭 具有手动/自动转换功能 生成日报表、月报表、年报表 可定开度自动控制 具有视频监控画面和电视监视前端操作过程功能 具有操作过程记录功能 具有操作过程查询 自动生成闸门运行实时数据库、历史数据库、事件数据库
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项目的实施内容及其实现
1. 现地控制单元 2. 上位机管理软件
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现地控制单元
现地控制单元采用PLC完成对闸门的逻辑控制，PLC首先从闸门现有的参 数，如闸位、机械上/下限位、电子上/下限位、按钮输入、闸门是否有运行 机械故障报警等判断现有的工况，然后通过控制指令和逻辑运算使闸门完成 操作，在软件上考虑闸门上升、下降时的逻辑互锁和反向延时以防止闸、阀 的机械和电气冲击，上升、下降时左右的闸位高度是否达到纠偏要求，是否 超差等，所有这一切都通过PLC内的梯形图软件编程来实现。闸门测控仪根据 从安装在闸门两端的光电闸门开度传感器传来的闸位信号，判断闸门现在的 实际位置与状态，如是否已到指定位置、左右是否超偏、闸门上/下限位置、 是否正在运行等。然后，根据面板操作设定及按钮操作或监控中心闸门监控 计算机运行指示给PLC发出运行、到位、停止、自动纠偏和限位停车等指令。 PLC这些功能由硬件和程序软件来实现。所有PLC通过RS-485总线通讯接口与 监控中心闸门监控计算机构成一主多从结构的通讯系统，完成上位机发出的 采集和控制指令。监控中心计算机通过应用软件直接监控，监测闸、阀的状 态、并控制闸、阀到设定开度；现地控制柜中的测控仪和PLC直接控制闸阀， 并响应上位机的控制命令、采集命令，组成分布式系统，共同完成闸门的监 控。
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项目概述
该软件系统还有默认的设备报警功能，当设备出现通讯不畅通等 问题时，系统会及时的报警，并提示具体是哪个设备出现了问题， 大大的方便了工作人员的故障查找，为该系统的正常运行提供了保 障。
整个系统采用Borland® C++ Builder6™编写,考虑到数据对该 系统的重要性，我们采用了著名的中量级数据库Microsoft® SQL Server 2000™ 作为数据保障。同时为了方便日后对该系统的扩展， 应用到了Microsoft® 的COM(Component Object Model)技术。 该系统的设计开发过程，严格的按照了详细的开发规范执行。
左右超偏
到达制高度或上下限点
清开启、关闭中继
加大左比例阀 Y
Y
左超
偏高
N 加大右比例阀
结束
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现地控制柜控制功能
一、就地手动方式，通过PLC的按钮可提升、 降落闸门到指定位置。
二、远程手动控制: 操作员在上位机界面中输 入要求的闸门开度或者点击上升、下降指令，向主 控PLC发出指令，PLC响应上位机指令实现对闸门运 行控制。
热 继 电 器
电 机 及 抱 刹
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项目研制过程简述
项目从2004年10月启动，经过实施前的用户调查、 需求分析，确定总体设计方案；完成现地控制单元 的硬件设计和PLC软件编程与调试、闸门控制系统 的软件编程与调试、系统联调等工作。项目完成后 与水利局协商，同意在绵阳市南河大坝建立闸门自 动控制和在三江大坝完成水情信息采集的试验系统。 系统自开通以来操作简便、运行可靠，受到水利部 门认可，因此正式签定武都引水枢纽的闸门自动控 制系统。
闸门开度十路模拟量
模拟量采集模块 两块FX2N-8AD
水位显示仪
电
闸前水位计
压
电
高压380V
流
高压动力开关
表
PLC可编程控制器
中间继电器
模拟采集A/D
低油压 高油压
油泵油压检测 吸油堵塞 回油堵塞
控制方式选择
控制闸门选择
泵运行状态选择
控制按钮
交流接触器 交流接触器
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故
热继电器 1号泵电机
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数据采集监视
该系统通过RS232协议与前端PLC通讯，通过即 时的接收PLC返回数据来实时的周期性的采集水位数 据、及闸门开度/开关情况数据。软件会自动检查数据 合法性，并进行分类处理，用户则能够及时、安全、 准确地读取各闸门上的监测数据以及闸门设备的工作 状态。并能根据要求发出监控指令或进行自动存储或 实时显示。
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系 统 图
管 理 / 控 制 工 作 站
光纤
网络光 端机
双机热 备份
网络服务器
数据服 务器兼 工作站
内部网
Ethernet
激光打 印机
网络交换机
C 7 8 9 101112
A 12 34 56
7x 8x 9x 10x 11x 12x 1x 2x 3x A 4x 5x 6x
7x 8x 9x 10x 11x 12x 1x 2x 3x B 4x 5x 6x
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视频采集、控制功能
实现对闸门的摄像头的统一管理，将各摄想头 的视频采集并在软件界面上直观的显示出来，便于 实时监视现场环境，做到不出门就可以了解到闸门 周围环境情况。同时还能通过软件对任一摄像头的 云台进行控制，进行变、聚焦，云台移动等系列操 作。相对以往的手动现场调节方便了很多。
三、远程自动控制:操作员根据情况设定相关水流、 闸门开度等相关数据，软件对数据进行综合运算，实 时向PLC传送控制指令，PLC自动地执行相应动作。
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具有的特点
➢ 优先级：手动控制 >远程手动> 远程自动控制。
➢保护：具有机械限位、数字电子限位、方式闭锁 等多重保护功能，确保闸门运行可靠性高。
热继电器 2号泵电机
号号号号 闸闸闸闸 油油油油 阀阀阀阀 及及及及 左左左左 右右右右 纠纠纠纠 偏偏偏偏
各 种 状 态 指 示 灯
障 及 电 源 检 测 指 示
备用泵及紧急停 机按钮
通信模块485BD
485 总线
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PLC软件控制程序流程方框图
参数初始化，各功 能模块设置初始化
系统油压正常
Y
有其他告警信息 N
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南河闸坝闸门控制系统示意图（现）
1号闸门的光 电编码器1和2
2号闸门的光 电编码器1和2
3号闸门的光 电编码器1和2
4号闸门的光 电编码器1和2
左右
1号闸门开度 智能控制仪
2号闸门开度 智能控制仪
上下下 限 限 滑 24V
3号闸门开度 智能控制仪
4号闸门开度 智能控制仪
开关电源1 开关电源2
芙蓉溪闸坝
232/ 485 PLC
现地控 制柜
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平政桥闸坝
打印机
232转485 232
单
监控中心
一
闸
485
群
系
模拟量采 集模块
PLC可编程控制器
485通 讯模块
统
图
水 位
显
示
闸
闸
门
门
开
系列低压配电
现
度
与保护器件
地
仪
仪
控
制
闸前 后水 位计
绝对 光电 编码
器
绝对 光电 编码
器
电机、电磁阀及其 它需要控制的设备
网络光端机
光纤
光纤
光纤
网络光 端机
网络光 端机
网络光 端机
iMac
客户端
防火墙
闸
门
自
动
控
制
系
统
光纤
示
意
图
网络光 端机
232/ 485 PLC
现地控 制柜
2022/3/23三江闸坝
232/ 485 PLC
现地控 制柜
南河闸坝
232/ 485 PLC
现地控 制柜
洞天闸坝
232/ 485 PLC
现地控 制柜
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系统管理
•1 数据备份
该系统提供了人工和自动进行数据备份的功能。为了 避免出现意外导致的数据损害甚至丢失，该系统提供了 完备的两种备份方式供用户选择。使数据损害降到最低。
l 2 权限控制
具有用户权限分级管理功能。使不同人员的操作具 有不同的特点，使整个系统的使用及管理更具有立体感。
2022/3/Fra Baidu bibliotek3
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数据的管理
由上位机监控、管理软件完成各种实时数据的处理、 筛选、汇总、分析，把筛选后的重要数据存储到对应的 数据库，代替了传统的手工录入方式，大大的减少了人 力开销，把错误的出现降低到最低。这些数据都能被系 统其他功能模块灵活的读取，模块可根据数据库中的数 据，完成各种历史数据报表、数据报警信息的查询功能， 系统日志查询等等一系列相关的功能，并能依此完成各 种图表、曲线的绘制。数据良好的管理方式可以说是支 撑本系统正常运行的一个关键所在。
闸门自动化监控综合管理系统主要是通过计算机监控系统检测所 到达闸门的上\下游水位、上游流域的来水流量、库区的库容、闸门 荷重、闸门启闭状态与开度、图像信息自动化采集与传输，达到能 够在监控中心远程控制闸门启闭以及闸门手自动控制；并通过实时 图像监测可以直观了解闸门的运行工况以及周边环境。通过闸门开 度仪实时采集闸门的开度，通过闸门荷重仪实时采集闸门荷重。操 作员通过该软件系统直接控制闸门，提高了自动化控制程度，并减 少了闸门动作过程中的人工误差。结合远程图像监控系统，将闸门 现场的图像信息和数据信息在同一操作界面上直观的显示出来，互 为印证。完成了在操作界面上的所见即所得，所得即所见的双重保 证。通过设置上限水位或下限水位，可选择多种方式有效的提示操 作员，操作员可在此时进行自主的操作。
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历史报表、曲线图功能
• 历史报表 • 历史水位曲线图
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日志功能
本系统对闸门的操作或是设备故障等各种信息都 将记录下来，包括升／降闸门、启闭电机等类似操作 日志，实现“责任到人”。一方面方便了日后的故障、 事故追查，另一方面也对闸门工作人员的操作规范化 起到了一定的约束作用，使操作更趋于规范。
➢闸门开度、闸门提升、降落状态、行程设定值等参 数能现场显示，现地设置。
➢通讯：监控中心可远程可修改设定参数，还能够发 出控制命令，使闸门运行到指定位置
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上位机管理软件
• 数据采集监视 • 预警报警 • 闸门控制 • 数据的管理 • 历史报表、曲线图功能 • 日志功能 • 视频采集、控制功能 • 系统管理
机 柜
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光电编码器
逻 闸门开度仪
辑
开 关 电 源
按 钮 指 示 灯
控 制 方 式 选
紧 急 停 止
择
图 A/D转换 PLC可编程控制器
监控 中心 主机
485
通讯模块
水位计
中间继电器
DI AI
DO 通讯 高压 2022/3/23
上限位 下限位
空
气 开 关
380V
接 触 器
接 触 器
数据采集、现场控制和图像处理 综合平台管理系统
研制总结报告
四川九洲应用电子系统有限责任公司
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摘要
• 项目概述 • 项目研制过程简述 • 项目的实施内容及其实现 • 项目完成情况 • 研制中出现的问题及解决措施
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项目概述
数据采集、现场控制综合平台管理系统的开发先以水利行业的 闸门自动控制技术为开发突破口，主要实现对水文信息、闸门工况 参数的采集和现场实时图像的监视及闸门的自动控制系统。