某水库闸门自动控制系统设计与应用

某水库闸门自动控制系统设计与应用
唐小林贵州江河水利监理有限公司
【摘要】在防汛和水资源调度中，闸门一直以来都承担着重要的角色，这就对闸门及其控制系统的可靠性、安全性和先进性提出了更高的要求。

随着计算机技术、通讯技术和控制技术的飞跃发展，水利枢纽的自动控制迫切需求可靠性高、性价比好的闸门控制系统。

本文主要讲述某水库闸门控制系统采用先进的计算机控制系统，系统分为现地控制、集中控制和远程控制，该系统操作简便，维护量小，运行稳定可靠。

【关键词】水库闸门自动控制系统pＬＣ
一、闸门控制系统的设计原则系统本着技术先进、安全可靠、经济实用的原则进行总体设计和配置。

系统要求简单可靠、操作灵活、维护方便、实时性好、抗干扰能力强；具有人机接口功能强，便于功能和硬件设备的扩充，系统配置和设备选型符合计算机技术发展迅速的特点。

二、闸门控制系统功能水库闸门控制系统要求高可靠、免维护、功能强大、操作方便、易于扩充和更换部件，实现闸门启闭的手动与自动控制，闸门开度的自动测量与指示。

配合闸门开度的测量和对库水位的自动采集与数据处理。

完成对泄水流量、库容、面积的计算处理与显示输出。

闸门控制系统实现的主要功能有：工作闸门启闭的自动控制，包括现地控制和远程控制；闸门开度自动测量；闸门启闭限位保护；泄
流量自动计算；库容自动计算和库水面面积自动计算等功能。

１．闸门启闭的自动控制功能。

采用现代程序控制技术，对水库闸门实施现地控制和远程控制。

２．闸门开度自动测量。

安装闸门开度自动测量传感器，在闸门启闭过程中自动跟踪测量，闸门现地和远程显示开度数据。

启闭闸门时。

由传感器获取的开度数据首先传入现场。

ＬＣ中，然后再传入远端计算机系统进行数据处理，完成开度的计算、显示与远程传输。

开度数据可在现场显示，同时进入网络传给远端的计算机。

启闭闸门时，可以实时观察闸门的启闭开度情况。

３．闸门自动限位保护。

闸门运行到上、下极限位置以及闸门启闭到预定开度时，能够准确停机。

自动控制系统要对闸门运行的限位接点与执行机构进行自动控制，系统设计双重硬限位保护接点，实施限位保护与定位保护。

自动发出指令并自动停机，保证系统安全可靠的运行控制。

４．工程数据处理。

工程数据采用数据库技术，预置工程数据库。

内容包括水位—库容—水位—面积库—水位—开度孔数—泄流量库等工程库，数据信息图化处理、图文信息量化处理。

系统自动实时采集水位和开度等信号，自动进入计算机中。

根据闸门开度和库水位等当前信息，自动计算对应的水库库容和水库水面面积以及泄流总量等参数。

５．通讯及数据处理。

闸门自动控制系统的数据，存储在中心控
制室计算机的数据库中，完成数据的编辑、检索、统计、分析和报表输出等操作。

三、控制系统的体系结构系统采用分层控制思想为基础进行设计，根据闸门控制系统实际需求，将系统分为现场控制层、集中控制层、远程控制层三层，分别执行闸门的现场控制、集中控制、远程控制功能。

系统中各层分别根据所在地性质以及管理功能的不同完成相应的功能，同时明确了各层接口以及层次间的优先体系结构，并采用分级权限控制系统实现闸门控制系统的保障体系。

远程监控层一般位于管理中心决策机构，该层接收几个集中控制层的信息、完成信息综合分析、实现水资源的统筹调度以及闸群联合调度，形成高级决策调度指令并实现指令下达，紧急时直接启用远程控制功能执行闸门远程控制。

集中控制层一般位于信息分中心，即一处闸门的集中控制室，实现该闸门工程多孔闸门的联合调度。

集中控制层根据远程监控层的决策指令形成多孔闸门的联合调度方案，并通过计算机系统执行多孔闸门的联合调度任务。

出于安全的考虑，集中控制层具备高于远程监控层的控制优先级。

为了便于管理，管理人员一般以该层为控制功能实现最主要的层次。

现场控制层具体实现该孔闸门的开闭控制，并实现闸门运行参数的采集与通讯工作。

对闸门的实际控制均在该层物理实现，该层具备最高的控制优先级。

四、系统的实现１．分级控制的设计。

在我们设计的系统中，现场级是由在每个闸门现场都安装的闸门控制柜（Ｃ。

Ｕ采用ＳＩＥＭＥＮＳ公司的Ｓ７－２００。

ＬＣ，Ｃ。

Ｕ２２４）组成，共１７台。

其功能是实现在现场对闸门的手动控制，对水位、闸门开度、闸门运行状态和错误信息的现场采集与监视。

并且完成与集中控制级的实时通信，包括接收控制信息、完成闸门控制动作、发送用于远程监控的闸门运行状态、错误信息到主站。

集中控制级是由设置于闸门控制房内的一个控制柜（Ｃ。

Ｕ采用ＳＩＥＭＮＥＳ公司的Ｓ７－３００。

ＬＣＣ。

Ｕ３１５－Ｄ。

）。

其主要功能是：通过。

ｒｏｆｉ－Ｂｕｓ通信总线与下级系统进行通信，处理相关数据，向监控主机发送闸门的运行状态、错误等信息以及接收监控主机的指令后向下转发。

监控主机通过监控软件接收并显示闸门开度、状态等信息，对错误信息进行报警，并且可以发出指令，控制闸门的运行，同时生成报表。

另外，Ｕ。

Ｓ电源被采用来在停电时为两级控制系统供电，保证系统不间断工作。

２．。

ｒｏｆｉＢｕｓ－Ｄ。

总线。

ｒｏｆｉＢｕｓ－Ｄ。

总线电缆采用ＲＳ４８５传输电缆，选用９针Ｄ型连接器（ＲＳ４８５适用）。

Ｄ。

总线安装布线采用的是总线型拓扑结构，由于方案中只存在１７个从站，因此可将１７孔闸门的。

ＬＣ从站挂在同一段中，而无须加载中继器。

Ｄ。

总线型结构中每个网段最大可挂载３２个从站，且在无中继器的情况下每个网段最长距离为１９００米。

电缆最大长度取决于传输速率。

以Ｄ。

总线方式连接各个从站，需要在第一个和最后一个站加装终端电阻，而中间的各个从站则只需将相应的数据线连接到总线上即可。

Ｄ。

总线采用西门子专用的线缆和接头，通讯总线电缆入柜时屏蔽层与柜体连接接地。

通讯总线在室外段通过地线铺设。

３．系统数据的采集。

在上位机对闸门启闭机执行控制的时候，需要实时地将闸门的闸位信息上传至微机。

还要将闸前和闸后的水位信息同时上传。

同时，还需要不间断地将闸门启闭机的荷重告知上位机。

以便监控闸门是否出现卡滞。

在这个系统中，对闸位的监测采用旋转编码器来实现。

由于旋转编码器的输出信号是１６位的数字信号，所以必须增加一个。

ＬＣ的１６位数字量模块（ＥＭ２２１２１６ＤＩ）。

水位信息由投入式压力水位传感器测量闸前闸后水位，Ｓ７－２００自带有模拟量模块，水位传感器可直接接入，无须另加信号模块。

４．控制软件的实现。

由于集中控制级的实现比较简单，这里只是介绍现场级控制柜。

ＬＣ（第一孔）软件实现。

现场一号控制柜的软件编写如下：系统的自动控制功能可分为现场级控制、集中开／闭环控制。

现场控制级具有最高的优先级，这是由于对闸门的控制要求有较高的安全性和可靠性。

当选择现场级控制后，集中开／闭环控制都被屏蔽。

ＬＣ采集现场控制柜的升、降、停控制输入状态，对闸门进行升降停操作。

此时闸门的开度信息、运行状态可以在现地控制柜上的文本显示屏进行显示输出，并同时上传到监控主机显示。

如发生错误，则发出报警并停止闸门运行。

系统软件开发选用西门子专用开发平台。

开发平台ＳＴＥ。

７是用于ＳＩＭＡＴＩＣ可编程逻辑控制器组态和编程的标准软件包。

它是ＳＩＭＡＴＩＣ工业软件的组成部分。

由于本系统要实现精确控制闸门启闭高度的技术要求，所以程序设计除了采用开环控制方式以外，还采用了闭环控制的方式。

五、结语该套闸门计算机监控系统本着技术先进、安全可靠、经济实用的设计原则，着重考虑了控制与管理的结合、数据实时性与历史性的结合、通用性与安全性的结合，能够较好的满足水库各闸门的
控制管理要求。

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