摘要 許家崖水庫(kù)監(jiān)控系統(tǒng)采用分布式控制集中管理，可編程邏輯控制器進(jìn)行裝置邏輯和整定計(jì)算的網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)控制系統(tǒng)。當(dāng)上位機(jī)發(fā)出指令時(shí)下位機(jī)響應(yīng)解列，然后分布式控制中樞無(wú)壓閉合實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)量的控制。本文根據(jù)實(shí)況數(shù)據(jù)分析并設(shè)計(jì)出本系統(tǒng)，并通過(guò)仿真測(cè)試，針對(duì)控制較分散不統(tǒng)一驗(yàn)證了所提方案的可行性。

　　關(guān)鍵詞：自動(dòng)化監(jiān)控;邏輯裝置;水質(zhì)自動(dòng)檢測(cè);氣象自動(dòng)檢測(cè);整定計(jì)算

　　前言:山東水利不少接有可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller,PLC)的終端管理，當(dāng)單側(cè)聯(lián)絡(luò)控制通信線(xiàn)路發(fā)生瞬間故障時(shí)，由雙冗余備用采集切換，數(shù)據(jù)采集中心依然是單側(cè)采集末梢的通信端口，使自動(dòng)化的監(jiān)測(cè)控制質(zhì)量無(wú)法保證。針對(duì)邏輯控制和通信閉鎖問(wèn)題，給出了裝置邏輯和整定方面的分布式解決方案。通過(guò)對(duì)許家崖水庫(kù)綜自系統(tǒng)進(jìn)行了小縱深大廣域仿真測(cè)試，驗(yàn)證系統(tǒng)的可靠性。

　　1水庫(kù)管理處監(jiān)控中心

　　水庫(kù)管理處監(jiān)控中心主要有水庫(kù)管理人員監(jiān)控閘門(mén)的運(yùn)行狀態(tài)、閘門(mén)的各種參數(shù)、閘門(mén)的遠(yuǎn)程啟閉控制;監(jiān)控低壓電氣柜的電氣參數(shù)及啟閉機(jī)的電氣參數(shù)并能遠(yuǎn)程對(duì)低壓電氣柜進(jìn)行遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)控制;主要監(jiān)控水庫(kù)的水文參數(shù)，包含水位、水溫等;主要監(jiān)控閘門(mén)、大壩及水庫(kù)各個(gè)方面的視頻監(jiān)視;主要采集庫(kù)區(qū)氣象方面的數(shù)據(jù)及水庫(kù)水質(zhì)的監(jiān)測(cè)。并可以通過(guò)水利專(zhuān)網(wǎng)上報(bào)水庫(kù)的相關(guān)數(shù)據(jù)，接收上級(jí)的調(diào)度指令。

　　2、橋頭堡集控站

　　橋頭堡集控站主要包括對(duì)整個(gè)閘門(mén)監(jiān)控系統(tǒng)的管理、數(shù)據(jù)的采集和處理、綜合計(jì)算、事故故障信號(hào)的分析處理等。同時(shí)供運(yùn)行值班人員使用，具有圖形顯示、運(yùn)行監(jiān)視、發(fā)操作控制命令、設(shè)定與變更工作方式、通信控制、系統(tǒng)診斷、修改定值，通過(guò)彩色顯示器可以對(duì)全系統(tǒng)及所有被控對(duì)象的控制、設(shè)備運(yùn)行作實(shí)時(shí)監(jiān)視，并取得所需的各種信息。閘門(mén)監(jiān)控工作站除完成對(duì)被控對(duì)象的監(jiān)視控制外，還可實(shí)現(xiàn)與水庫(kù)管理處管理平臺(tái)計(jì)算機(jī)通信，是整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的控制核心。

　　2.1橋頭堡閘門(mén)監(jiān)控工作站功能

　　1)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和處理

　　閘門(mén)監(jiān)控工作站通過(guò)PROFIBUS-DP總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)和工業(yè)以太網(wǎng)與PLC通信，進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集和處理;大壩測(cè)壓監(jiān)控工作站通過(guò)光纜以RS485口與大壩MCU通信，采集溢洪閘、大壩的應(yīng)力、變形及滲壓。

　　主要完成下列數(shù)據(jù)量的采集和處理：

　　(1)與上級(jí)通信工作站通信，并實(shí)時(shí)顯示，執(zhí)行上級(jí)調(diào)度中心命令。

　　(2)溢洪閘閘門(mén)位置。

　　(3)網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備的狀態(tài)。

　　(4)現(xiàn)地單元主要設(shè)備的狀態(tài)。

　　(5)閘門(mén)上升或下降等接觸器的狀態(tài)。

　　(6)閘門(mén)啟閉機(jī)保護(hù)裝置的狀態(tài)。

　　(7)動(dòng)力電源及控制電源的狀態(tài)。

　　(8)有關(guān)的操作狀態(tài)。

　　(9)實(shí)時(shí)采集的水庫(kù)水位數(shù)據(jù)。

　　(10)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)低壓配電柜各測(cè)點(diǎn)的狀態(tài)。

　　(11)實(shí)時(shí)采集溢洪閘大壩的應(yīng)力、變形及滲壓。

　　2).實(shí)時(shí)控制

　　操作人員通過(guò)選擇不同的操作模式，用鼠標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)鍵盤(pán)，對(duì)監(jiān)控對(duì)象進(jìn)行下列控制：

　　(1)單個(gè)閘門(mén)上升、下降。

　　(2)對(duì)溢洪閘成組閘門(mén)的控制。

　　3).運(yùn)行監(jiān)視

　　(1)過(guò)程監(jiān)視

　　在控制臺(tái)CRT上，模擬顯示單臺(tái)閘門(mén)和成組閘門(mén)的升降過(guò)程，及閘門(mén)開(kāi)度數(shù)據(jù)，對(duì)閘門(mén)的升降過(guò)程進(jìn)行過(guò)程監(jiān)視。通過(guò)顯示器上大壩應(yīng)力形變及滲壓實(shí)時(shí)數(shù)值、柱狀圖、曲線(xiàn)圖監(jiān)視大壩的安全。

　　(2)狀態(tài)監(jiān)控及報(bào)警

　　操作員工作站可對(duì)其監(jiān)控對(duì)象進(jìn)行安全運(yùn)行監(jiān)視。其中包括對(duì)電源斷路器事故跳閘，運(yùn)行接觸器失電，保護(hù)動(dòng)作大壩滲壓及應(yīng)力形變等狀態(tài)的變化進(jìn)行監(jiān)視、顯示;除此之外，還能對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行異常監(jiān)視，當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)中硬件或軟件發(fā)生故障時(shí)，可立即發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并在CRT上顯示記錄，指示報(bào)警部位。系統(tǒng)能時(shí)刻監(jiān)視閘門(mén)設(shè)備及監(jiān)控系統(tǒng)本身的硬件和軟件的運(yùn)行狀況，一旦發(fā)生故障，立即發(fā)出報(bào)警信號(hào)，顯示報(bào)警部位和時(shí)間，并打印記錄。

　　4).數(shù)據(jù)通信

　　監(jiān)控工作站與現(xiàn)地PLC或MCU通采用總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，介質(zhì)DP總線(xiàn)專(zhuān)用電纜和單模光纜。

　　5).系統(tǒng)故障診斷

　　主控級(jí)硬件故障診斷：可在線(xiàn)和離線(xiàn)自檢計(jì)算機(jī)和外圍設(shè)備的故障。故障診斷能定位到電路板。

　　主控級(jí)軟件故障診斷：可在線(xiàn)和離線(xiàn)自檢各種應(yīng)用軟件和系統(tǒng)軟件故障。

　　3、閘門(mén)監(jiān)控系統(tǒng)

　　許家崖閘門(mén)監(jiān)控系統(tǒng)主要由5套溢洪閘機(jī)旁箱LCU和放水洞LCU、輸水洞LCU、開(kāi)度儀、水位計(jì)、網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備、 避雷設(shè)備、PLC及觸摸屏等組成。橋頭堡閘門(mén)監(jiān)控工作站與現(xiàn)地控制單元LCU采用PROFIBUS-DP總線(xiàn)或以太網(wǎng)連接，傳輸速率高，安全穩(wěn)定性好。監(jiān)控范圍包括溢洪道、放水洞、輸水隧洞。閘門(mén)監(jiān)控系統(tǒng)的核心是LCU、PLC，在控制系統(tǒng)形成之前以及安裝調(diào)試期間，通過(guò)LCU完成對(duì)閘門(mén)的控制操作與監(jiān)視。

　　3.1.實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和處理

　　LCU可采集閘門(mén)位置、閘門(mén)上升或下降等接觸器狀態(tài)、閘門(mén)行程開(kāi)關(guān)狀態(tài)、保護(hù)裝置狀態(tài)等數(shù)據(jù)，經(jīng)處理后上送主控級(jí)。

　　現(xiàn)地PLC實(shí)時(shí)采集各閘門(mén)啟閉機(jī)電動(dòng)機(jī)工況，并通過(guò)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上傳給主控級(jí)操作員工作站，實(shí)現(xiàn)對(duì)啟閉機(jī)工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

　　現(xiàn)地LCU采集電源開(kāi)關(guān)、電氣設(shè)備的狀態(tài)，水位信號(hào)。

　　3.2.實(shí)時(shí)控制

　　(1)現(xiàn)地PLC控制

　　在設(shè)備投運(yùn)初期，閘門(mén)檢修期及主控級(jí)發(fā)生故障時(shí)，操作人員可以根據(jù)現(xiàn)地單元上的信號(hào)數(shù)據(jù)顯示，通過(guò)按鈕和開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)下列操作。

　　閘門(mén)上升或下降

　　中途停機(jī)

　　另外，LCU通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)接收主控級(jí)的指令，自動(dòng)完成閘門(mén)的開(kāi)啟或關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作。

　　現(xiàn)場(chǎng)操作與遠(yuǎn)程操作通過(guò)設(shè)于現(xiàn)地控制單元上的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)進(jìn)行切換。控制優(yōu)先級(jí)為現(xiàn)地操作優(yōu)先于遠(yuǎn)程操作。

　　(2)中控室控制

　　在現(xiàn)地控制屏上設(shè)有現(xiàn)地/遠(yuǎn)程轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，當(dāng)開(kāi)關(guān)打在遠(yuǎn)程控制時(shí)，可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接受主控級(jí)的指令實(shí)現(xiàn)對(duì)閘門(mén)的控制。

　　(3)手動(dòng)控制

　　在現(xiàn)地控制單元PLC發(fā)生故障時(shí)，能通過(guò)現(xiàn)地控制屏上的手動(dòng)按鈕和開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作，并有顯示和指示。

　　3.3.通信功能

　　通過(guò)現(xiàn)地PLC的通信功能將采集到數(shù)據(jù)，PLC狀態(tài)等信息經(jīng)處理后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)上傳至閘門(mén)監(jiān)控工作站，并接受其命令;閘門(mén)監(jiān)控工作站可將閘門(mén)工況通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送至水庫(kù)管理處監(jiān)控中心，供工作人員調(diào)度決策。

　　3.4.溢洪閘上下游水位觀測(cè)

　　為使觀測(cè)成果準(zhǔn)確，水位觀測(cè)設(shè)在上、下游水位平順、水面平穩(wěn)、受風(fēng)浪和泄流影響較小處。在距離溢洪閘底板上游6m處及下游翼墻各設(shè)置1個(gè)超聲波水位計(jì)。

　　4、電力自動(dòng)化系統(tǒng)

　　電力自動(dòng)化系統(tǒng)由監(jiān)控站和就地電力監(jiān)測(cè)儀表組成，就地電力儀表采集電參數(shù)并通過(guò)數(shù)據(jù)總線(xiàn)傳輸?shù)奖O(jiān)控終端，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)配電回路狀態(tài)，并對(duì)相應(yīng)回路實(shí)施遠(yuǎn)程控制。同時(shí)電力自動(dòng)化系統(tǒng)中S7-300PLC還通過(guò)PROFIBUS-DP總線(xiàn)與5個(gè)溢洪閘的LCU中S7-200PLC通訊，把5個(gè)溢洪閘的開(kāi)度荷重、信號(hào)反饋、狀態(tài)信息、控制信號(hào)上傳至溢洪閘控制室監(jiān)控工作站，并接受監(jiān)控工作站的指令控制5個(gè)溢洪閘的啟閉。

　　監(jiān)測(cè)范圍主要包括水庫(kù)配電系統(tǒng)、低壓配電柜、發(fā)電機(jī)、溢洪閘等。監(jiān)控系統(tǒng)與水庫(kù)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)統(tǒng)一設(shè)計(jì)和實(shí)施。

　　5.大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

　　大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是水庫(kù)特別是大中型水庫(kù)的重要組成部分，主要用于大壩和涵閘變形、滲流、應(yīng)力、溫度等安全參數(shù)的在線(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，故障預(yù)測(cè)和報(bào)警，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析和處理，從而為防洪調(diào)度、水庫(kù)安全優(yōu)化運(yùn)行提供決策依據(jù)。

　　大壩沉降觀測(cè)設(shè)在大壩樁號(hào)0+050、0+150、0+250、0+350、0+450、0+550、0+650、0+750、0+900斷面 上，共設(shè)27個(gè)測(cè)點(diǎn)。壩體測(cè)壓管25個(gè)、壩基測(cè)壓管24個(gè)。

　　大壩/溢洪閘安全監(jiān)測(cè)的主要功能有：

　　1)變形監(jiān)測(cè)及報(bào)警

　　(1)人工巡查

　　(2)表面位移的自動(dòng)監(jiān)測(cè)及報(bào)警

　　(3)壩體內(nèi)部位移的自動(dòng)監(jiān)測(cè)(包括水平位移監(jiān)測(cè)和垂直位移監(jiān)測(cè))及報(bào)警

　　(4)底板滲壓監(jiān)測(cè)

　　(5)裂縫與伸展縫的自動(dòng)監(jiān)測(cè)及報(bào)警

　　2)應(yīng)力自動(dòng)監(jiān)測(cè)

　　包括孔隙水壓力和土壓力的監(jiān)測(cè)、報(bào)警

　　3)水位等其他監(jiān)測(cè)、報(bào)警。

　　6、視頻監(jiān)控系統(tǒng)

　　監(jiān)控進(jìn)入計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，管理者分控及客戶(hù)端均在辦公室電腦上實(shí)現(xiàn)。 可以監(jiān)控圖像，控制及信息數(shù)字化后進(jìn)入計(jì)算機(jī)，充分利用高科技手段進(jìn)行系統(tǒng)管理和圖像處理。 值班人員及領(lǐng)導(dǎo)分控管理，系統(tǒng)運(yùn)行日志，警情處理，網(wǎng)上分控優(yōu)先權(quán)管理，確保系統(tǒng)安全運(yùn)行。領(lǐng)導(dǎo)分控管理，系統(tǒng)運(yùn)行日志，警情處理，網(wǎng)上分控優(yōu)先權(quán)管理，確保系統(tǒng)安全運(yùn)行。許家崖水庫(kù)高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用全網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化系統(tǒng)，攝像機(jī)采用130萬(wàn)像素高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，錄像機(jī)采用高清網(wǎng)絡(luò)數(shù)字硬盤(pán)錄像機(jī)。

　　7、水文自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

　　水文自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由監(jiān)控中心工作站和水庫(kù)現(xiàn)場(chǎng)水位計(jì)支架構(gòu)件、太陽(yáng)能供電系統(tǒng)、浮子式水位計(jì)(或超聲波水位計(jì))、水溫傳感器、數(shù)據(jù)采集模塊和GPRS無(wú)線(xiàn)傳輸模塊等組成，其傳輸是基于GSM數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸。中心站與大壩測(cè)壓系統(tǒng)共用，由監(jiān)控系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)處理、圖形顯示、報(bào)表編輯和打印、向相關(guān)測(cè)站發(fā)布指令等功能，并及時(shí)向上級(jí)部門(mén)報(bào)告水情。

　　7.1系統(tǒng)功能

　　1)自動(dòng)采集水庫(kù)水位、溫度等水情信息2)圖形方式顯示水情數(shù)據(jù)3)太陽(yáng)能自動(dòng)供電，保證系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行。

　　7.2地點(diǎn)：

　　1)水庫(kù)上游溫涼河入庫(kù)口(超聲波水位計(jì))2)水庫(kù)上游新莊河入庫(kù)口(超聲波水位計(jì))3)輸水隧洞口(超聲波水位計(jì))

　　8、水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

　　水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水庫(kù)水源的的水質(zhì)信息。 HJ/T91-2002 «地表水和污水監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范»“水系的較大支流匯入前的河口處，以及湖泊、水庫(kù)、主要河流河流的出入庫(kù)應(yīng)設(shè)置監(jiān)測(cè)斷面”。共設(shè)置水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站2處，分別測(cè)量水源地的COD、氨氮、PH值、溶解氧等，數(shù)據(jù)并通過(guò)GPRS無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸至管理中心，實(shí)現(xiàn)水源地水質(zhì)的數(shù)字化管理。

　　9、氣象自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

　　氣象自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水庫(kù)的氣象信息。

　　本項(xiàng)目共設(shè)置氣象自動(dòng)監(jiān)測(cè)站3處，分別測(cè)量水庫(kù)所在地的降雨量、風(fēng)速、溫度等數(shù)據(jù)，并通過(guò)GPRS無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸至管理中心。

　　本系統(tǒng)主要設(shè)備包括翻斗式雨量計(jì)、風(fēng)速儀、溫度傳感器、氣象采集RTU、后備電源及避雷接地等。主要實(shí)現(xiàn)以下功能：

　　1)實(shí)時(shí)采集自動(dòng)雨量站的降雨信息

　　2)查詢(xún)歷史氣象資料

　　3)設(shè)定氣象站的工作參數(shù)

　　4)閥值報(bào)警

　　具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下：

　　通過(guò)翻斗式雨量計(jì)測(cè)量降雨量情況，通過(guò)風(fēng)速儀測(cè)量風(fēng)速數(shù)據(jù)，通過(guò)溫度傳感器測(cè)量氣溫?cái)?shù)據(jù)，通過(guò)氣象采集RTU將數(shù)據(jù)傳輸至所有的控制室，同時(shí)接受控制室的指令，實(shí)時(shí)采集各類(lèi)數(shù)據(jù)。

　　水利論文投稿刊物：中國(guó)水土保持(月刊)創(chuàng)刊于1980年，是水利部主管、黃河水利委員會(huì)主辦的對(duì)國(guó)內(nèi)外公開(kāi)發(fā)行的水土保持綜合性科技期刊。初名《水土保持》，為雙月刊,內(nèi)部發(fā)行。

　　結(jié)束語(yǔ)

　　隨著科技的進(jìn)步，電氣控制技術(shù)日趨完善，PLC技術(shù)操控靈活高效、穩(wěn)定可靠，模塊化組合及分布網(wǎng)絡(luò)控制的工控特點(diǎn)，獲得了工業(yè)自動(dòng)化業(yè)界的好評(píng)，并且在軍工領(lǐng)域及民用智能化家居控制系統(tǒng)中已開(kāi)始逐步應(yīng)用。在這場(chǎng)工業(yè)智能化的浪潮中，新一代PLC技術(shù)一定會(huì)在電氣工程自動(dòng)化應(yīng)用方面綻放出絢麗的科技之花。

　　參考文獻(xiàn)

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　　[2] 徐繼華.梯級(jí)泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用[J].南水北調(diào)水利科技,200

　　作者簡(jiǎn)介：莊新軍