2022年2022年计算机及可编程序控制器技术在闸门群控中的应用 .pdf

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1、上海水务前言上海市到年的发展宏伟蓝图是形成人和自然和谐相处的生态城市，这需要从更高的起点上优化和完善水资源综合规划，综合考虑防汛抗洪、水资源合理利用、水环境整治及改善，科学合理地进行水资源的调度和利用，为此对在防汛和水资源调度中承担重要作用的水闸及其控制系统的可靠性、安全性和先进性等提出了更高的要求。目前上海水闸闸门的门型主要有平板直升门、平板升卧门、三角门、悬挂门等形式，其启闭设备一般采用卷扬式、液压式、和螺杆式启闭机等，控制系统尚无统一的模式。一般来说，在年代后期前建设或技改的水闸均采用了传统的继电器一接触器控制方式，在年前后 建 设 或 技 改 的 水 闸 则 分 别 采 用 了与 数

2、显 仪表、与触摸屏、与计算机相结合的控制方式。继电器一接触器控制方式传统的水闸启闭机控制系统一般采用继电器接触器方式，通过按钮操作来开闸和关闸。由于它结构简单、价格便宜，因此在一定的范围内满足了简单自动控制的需要，在上海水闸系统使用面甚广，但随着先进的控制技术的发展，其在可靠性、灵活性、排查故障困难等等的缺点逐步显现，目前正逐步被淘汰。可编程序控制器（）与数显仪表结合的控制方式该控制方式在年代后期逐渐被使用和推广于水利工程的设备控制中，经过多年的实践，具有工作可靠、方便与水闸控制计算机连接、改进操作方式方便、日常维护工作量小、出现故障不影响运行数据的显示等特点。但此种控制方式存在着运行参数的显

3、示没有摆脱传统的数显仪表和信号灯模式、增加数显设备有难度、数显仪表与反映的运行数据存在误差、数显设备的维护工作量大、只能反映现时数值，不能记录历史数据等缺点。可编程序控制器（）与触摸屏结合的控制方式该控制方式采用了触摸屏操作面板作为运行参数的显示单元和自动控制的操作单元，具有可靠性高、显示容量较大、内部接线少、故障率低、运行数据一致性好等特点；但该控制方式存在着可编程序控制器一旦有故障，参数将无法在触摸屏上显示，触摸屏存储容量有一定限制、只能显示和记录有限的数据等缺点。可编程序控制器（）与计算机结合的控制方式该控制方式是由个人计算机、可编程序控制器（）、各种现场设备和测量仪表组成的分散控制系统

4、，通过数据通讯总线组成一个独立的、开放性的和人机界面友好的系统。具有内部元件和连线少，控制方式比较灵活，显示容量大，使用寿命长，可以采用热备份提高可靠性和安全性等优点。该控制方式的缺陷在于未将操作层和数据管理层有效分离，不利于系统的保护，难以避免计算机的误操作、删除有用数据或死机状态以及计算机病毒的侵害。闸门群控系统的需求和结构监控对象概况计算机及可编程序控制器技术在闸门群控中的应用沙治银上海市蕴藻浜东闸管理所摘要本文简要介绍了上海在水闸控制方面使用的几种控制方式及其优缺点；结合蕴藻浜东闸控制系统的改造，具体分析了水闸的控制需求，提出了基于环型以太网、计算机技术、可编程序控制器（）技术的三级分

5、层分布控制系统结构，并介绍了控制软件的编程；最后对该控制系统的应用进行了总结与展望。关键词水闸计算机控制名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 3 页 -上海水务蕴藻浜东西走向（西侧为上游，东侧为下游），流经嘉定、宝山两区，上接苏州河，下通黄浦江，属感潮河流，是市区骨干排水、航运河道之一。蕴藻浜东闸水利枢纽（以下简称蕴东水闸）地处上海市宝山区顾村镇白杨村西南侧，距吴淞口约，属中型水利枢纽工程，由一座吨级船闸和三孔节制闸组成，节制闸位于河道中心线上，船闸位于节制闸北侧，两者之间由导航堤相隔。该枢纽担负着嘉宝北片防洪、排涝、航运、冲淤等综合功能，近年来为配合苏州河综合整治，承

6、担着嘉宝北片调水的繁重任务，是该控制片最重要的水利枢纽。该水闸建造于年代初，使用三套液压系统分别控制船闸上、下游闸门及节制闸三孔闸门，其控制系统虽然在年代初进行了改造，但仍然采用继电器接触器控制方式，节制闸与船闸的控制各自独立，控制设施设备比较陈旧落后。控制系统的需求分析蕴藻浜东闸控制系统改造的目标：实现对水闸的自动控制、运行数据的监测，提高水闸安全运行和维护管理水平，为水闸实现远程控制提供平台。为此该系统的主要需求有：）自动控制：按运行管理的要求安全、准确、可靠地完成船闸、节制闸闸门等被控对象的控制；）数据采集：通过变送器和位置开关实时采集与运行有关的全部数据，并进行必要的处理，将数据按性质

7、不同分别存入不同的数据库；）显示打印：用直观而形象的画面显示设备的运行状况和参数，自动绘制统计表格和曲线，并能定时或随时召唤打印；）越限报警：对采集到的运行参数进行实时监视，当参数异常（越限）时，及时报警。对超出安全运行的水情及工况及时报警；）事件记录：自动记录各种操作的名称、时间及次序；）通信管理：对总线网络结构和下属各实现有效的通信管理，包括对网络和下属的故障处理及警报；系统还应考虑为运行参数、向上级监控中心传输和实现远程控制提供通道。控制系统硬件结构根 据 水 闸 的 控 制 需 求，为 克 服 上 述 控 制 方式 的 不 足，系 统 采 用 了 三 级 分 层 分 布 开 放 式 控

8、制 系 统 的 结 构，即 系 统 采 用 中 央 计 算 机 主 控 管理 层、触 摸 屏 就 地 控 制 层 和 就 地 应 急 操 作 层 组成，实 行 就 地 优 先 操 作 原 则。其 控 制 系 统 结 构 见下 图控制系统结构图中央计算机主控管理层由两个冗余的计算机工作站、网络交换机及打印机等设备组成，作为数据记录打印终端和需远程操作时的操作终端。触摸屏就地操作控制层分为船闸控制单元和节制闸控制单元，主要由、触摸屏、以太网交换机等设备组成，由触摸屏作为日常人机操作的界面。船闸和节制闸的控制系统均保留有设备调试和应急情况下的手动操作功能。中央计算机、均与以太网交换机相联接，形成 交

9、换式以太网的网络结构，完成网络数据通讯。网络通讯介质采用光纤，另外系统可通过光纤经光端机实现与上级水务调度系统的通讯；安装在现场的传感器主要有摄像机、水位计、闸门开度编码器、压力变送器等设备，并配有相应的显示仪表。控制系统软件编制控制系统的软件包括三部分：系统软件、应用软件、基本软件。针对蕴东水闸的运行特点开发的闸门计 算 机 控 制 系 统 运 行 于 具 有 多 用 户、多 任 务 的操 作 系 统，采 用组态王软件进行应用软件开发设计，提供集成环境下简便、快速的生成工具来构造水闸控制系统。可编程序控制器（）的软件编程可编程序控制器采用的梯形图进行软件编程来实现逻辑控制，完成水闸控制设备的

10、程序运行。）正确设置判断条件根据蕴东水闸的设计文件，在外河水位高于或低于、内河水位高于或低于的条件下，船闸控制系统将停止运行，并给出相应的报警画面。对于节制闸，在水位差大于时，开启一次闸门的高度不得大于；对于船闸，为确保运行及上下游船舶安全，水位差在以上，其开启高度控制在；水位差在以上，其开启高度控制在以内；水位差在以上，其开启高度控制在的范围。在运行过程中，一旦操作人员输入超范围的数值，系统将不予认可，并给出报警提示。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 3 页 -上海水务）报警参数的设置：一旦运行参数超过预设的范围即发出报警，提醒操作员及时了解系统的运行情况。系统的

11、报警信号有：?外河水位过高；?外河水位偏低；?水位差过大；?内河水位过高；?内河水位偏低；?液压系统压力过高；?液压系统压力过低；?闸门开度超过设定的范围。触摸屏（）的软件编程下闸首和节制闸触摸屏主要采用组态软件进行编程，上闸首触摸屏采用组态软件进行编程。）显示功能的软件编程主要是开关量和模拟量的显示，即在船闸或节制闸的系统操作界面图上，将所有的模拟量、开关量组态在一幅画面上，主要有电流、电压、上游水位、下游水位、水位差、闸室水位、闸门开度等。）操作功能的软件编程操作权限的设置。为了确保系统的操作安全，设置了两级操作权限密码。第一级是操作员密码，掌握该级密码的操作员能进入图控画面，进行水闸的启

12、闭；第二级为工程师密码，只有掌握该密码的人员才能对所有的报警值等参数进行修改，并可以增加操作员的人数，增添新的密码。与此同时，还设定了注销（退出登录）功能，在操作人员操作完后，不将权限留给别人，以保证系统的安全性。操作确认功能。为了使整个控制系统具有安全性、可靠性，闸门操作程序都设计了确认功能，只有在确认后，才执行操作指令，避免了因操作人员的偶尔误动作产生的设备运行。实现操作互锁。为了提高水闸操作的安全性，在上采用互锁的操作方式。当选择了某扇闸门的操作时，只有在对应的操作画面出现，同时应输入正确开度值后才能操作。对于船闸，只有掌握工程师密码的人员才能同时对上下游的闸门同时操作，一般操作员只能对

13、一扇闸门进行操作，只有闸门关闭后，才可以对另一扇闸门操作，避免了船闸开通闸的问题。设置报警窗口。为使整个程控系统与操作人员的人机界面友好，在软件编程中，设置了报警窗口，显示报警的内容，并发出报警声响。计算机的软件编程）显示功能。远程计算机控制的软件编程采用组态王软件，在控制总图界面上显示所有需要的模拟量：电流、电压、上游水位、下游水位、闸门开度、油泵压力等。在登录后可以点击界面上模拟量图框，显示相关历史曲线，并可根据需要隐藏不必要的曲线。当监控数据超过设定值时可以及时给出报警画面提醒操作人员。）操作功能。在密码登录后，可以点击不同的闸门图框显示不同的操作画面，在条件满足的情况下可以实现对节制闸

14、三扇闸门或船闸内外闸门的操作。）参数设定功能。掌握工程师密码的人员在登录后可以进入参数设定界面对水闸控制系统的有关参数进行调整。并可增加操作人员或更改其他人员的密码，提高了运行操作的安全性。）报表输出功能。根据水闸工作要求，在控制系统中设定了水闸节制闸报表、船闸报表、水位峰谷报表、调水历史查询、调水月报表、调水年报表、船闸操作查询、节制闸操作查询等种报表，其中节制闸报表和船闸报表可以根据要求选择需要的子项目（水位、开度、电流电压等）生成不同的表格，还可以根据选定的时间段和时间间隔显示项目数据，方便查询，并可以进行打印输出。小结与展望蕴藻浜东闸作为枢纽工程，既有节制闸，又有船闸，并且船闸的流量十

15、分繁忙，在此实现闸门计算机和可编程序控制器系统的应用，提高了水闸管理的管理水平和技术含量，促进管理和运行养护人员提高自身的业务素质，加强了对水闸运行的技术管理，改善了水闸安全运行环境，增加了水闸运行的安全系数，并为水闸管理实现科学化、专业化和水闸养护运行向少人管理和无人值守提供了条件。目前作为上海防汛安保体系重要组成部分的水闸绝大部分采用传统的继电器控制方式，其运行调度经验主义占主导地位，缺乏科学性；在造成运行失误进行分析时，往往缺少基础的数据和现场资料，难以形成数据的集中传输和信息的共享，对水资源的合理利用和区域水闸的统一调度造成了技术障碍，应用水闸计算机控制技术迫在眉睫。蕴东水闸控制系统的改造方案为枢纽水闸特别是通航量较大的水闸进行控制系统的改造提供了经验和应用范例。参考文献上海市水务局，“上海市水闸泵站计算机自动控制系统可行性研究报告”，王为人，李庆生，“可编程序控制器与触摸式操作面板技术在大型泵站控制中的应用”，上海水利投资建设有限公司，沙治银，“张家塘、彭越浦泵闸控制系统的比较”，上海水务第期作者通讯处上海市沪太路塘桥名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 3 页 -