闸门监控系统设计论文

闸门监控系统设计论文（共7篇）

闸门监控系统设计论文 篇1

0 引言

闸门监控系统主要用于水电厂、水库、河道、供水渠、泵站出水口的闸门控制,由闸门开度仪、现场控制单元、信号传送线及中心控制站组成,可根据用户要求进行闸门的单控和群控。该监控系统一般采用分布监控方式;信号传输采用光缆或其它避雷性能良好的传输方式,控制范围达数公里;具有现场图像监视功能。

1 闸门监控系统电气

1.1 电机

闸门监控系统可控制平板闸、弧形闸、人形闸,并通过电机拉动闸门吊绳或螺杆作正反向运动实现闸门上升、下降的。控制闸门的电机主要是三相交流电机,通过改变电源的相序即可改变电机的旋转方向。

1.2—次回路

在一次回路中,通过正、反转交流接触器1QC、2QC来改变电机的旋转方向,如1QC接三相电源次序为ABC三相,2QC接三相电源次序为CBA。闸门控制一次回路如图1(a)所示。

1.3 二次回路

闸门控制二次回路如图1(b)所示,热继电器辅助触点RJ1-95,96主要用于电机的过载保护,1TZAN-1,2为电机手动停止按钮,电机自动停止靠继电器3JDQ(1,9)来实现。

闸门上升控制方式分为手动和自动,通过一个转换开关进行选择。当转换开关打到手动时,由上升按钮1SSAN-3,4控制电机,使闸门上升;当转换开关打到自动时,由继电器1JDQ(5,9)控制电机,使闸门上升。在闸门二次回路中设有互锁开关2QC-21,22,用于防止闸门上升时按下下降按钮造成相间短路;二次回路中还设有限位开关上限继电器17JDQ(1,9),当闸门开到最大时,限位开关上限继电器断开,闸门会自动停止。

闸门下降时,控制原理与上升控制原理相同,运行方向相反。

2 闸门监控系统网络

闸门监控系统以网络交换机为核心进行组网,通常分为中心控制层、集中控制层、现地控制层。这里以4孔闸门为例介绍闸门监控系统网络,监控系统网络如图2所示。

2.1 现地控制层

现地控制层设在启闭机房内,由4套分别布置在每台启闭机旁的闸门现地控制箱构成。闸门的手动控制均由现地监控箱实现。现地控制层还设有摄像机,用于监视闸门运行情况,便于及时发现运行异常。

2.2 集中控制层

集中控制层设在闸门管理单位值班室内,有1台集控LCU机柜,也可选配摄像头以监视设备运行情况。LCU机柜内通常装有PLC、触摸屏、继电器等。LCU机柜上设有“现地/远方”控制方式选择开关,可实现控制方式的选择。集中控制层还负责采集闸位、限位、水位等信号,供自动化控制显示用。

2.3 中心控制层

中心控制层一般设在管理单位控制中心机房。为提高闸门监控系统集中监控的可靠性,在中心控制层设有1台工业级监控主机,主要用于闸门监控系统的管理,数据的计算与处理,各种报表曲线、故障信号的分析处理,具有画面显示、数据打印、闸门运行状态监视与控制、操作控制令发送、定值切换、工作方式设定及变更、音响报警等功能。中心控制层还配置有服务器、网络光端机、不间断电源等设备。

3 结束语

随着工业技术的快速发展、基础设施的逐步改善、光纤的逐步普及,闸门控制将更好地满足“无人值班、少人值守”的要求,达到远程监控、数据共享、图像实时远传浏览的目的。

参考文献

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[5]王顺晃,舒迪产.智能控制系统及其应用[M].北京:机械工业出版社,2005

[6]方承远.工厂电气控制技术[M].北京:机械工业出版社, 2000

闸门监控系统设计论文 篇2

1.1 闸门工程概况

闸门工程监控系统主要用于泵站、水电厂、水库、城市防洪、河道、供水控制、江河航道船闸等场所。工程主体内容为闸门运行所需要的启闭设备,相关的机械、动力和控制设备,以及钢筋砼防洪墙修筑等建筑设施。根据闸门工程的用途和功能不同,其工程控制内容相差甚远。例如,船闸工程还包括:船闸主体由上下闸首、闸室、导航墙、靠船墩、部分引航道、跨闸室工作桥、上游人行桥、下游公路桥以及闸门、阀门的预埋件安装等部分组成。

1.2 远程监控的主要任务

闸门工程远程监控的主要任务是:1)自动监测被控闸门开度及工况;2)自动监测闸门上下游水位;3)可定开度自动控制或定流量自动控制;4)闸门工程建筑物及其环境状况的观测。

闸门启闭过程中安全与否是通过对闸门开度的检测和限位、荷重的保护来实现的。正常情况下,远程启闭闸门时,系统中的控制程序根据安装在启闭机上的开度传感器所提供的信号,通过计算机指令将闸门升、降到预设开度后停机。当闸门启闭过程中出现超过上升或下降设定开度、最大或最小行程或者因外力造成闸门启闭过载等异常情况,给闸门工程安全带来威胁时,监控系统将检测到的闸门行程信息和启闭机荷载变化信息,及时反馈给控制程序以采取补救措施,达到确保闸门工程安全运行的目的。

1.3 远程监控系统

远程监控系统由闸门开度仪、现场控制单元、信号传输线及中心控制站组成。可以根据用户要求进行闸门的单控、群控。系统采用了高可靠性的硬件设备和工业控制专用软件,具有可靠性高、操作简单之优点,为防止误动作和误操作,系统具有连锁控制,中心站操作具有操作等级设置及操作自动记录备查。监控系统一般采用分布控制,信号传输采用光缆或其它避雷性能良好的传输方式,使系统远方控制可达数公里以外,系统同时具有现场图像监视功能,使用安全可靠。

2. 闸门工程远程监控系统的设计原则

为了使闸门工程自动化监测控制系统工程能可靠、高效、安全、经济地运行,系统应采用先进的计算机技术、自动控制技术、网络通信技术、互联网技术和图形显示技术于一体的分层分布式集散控制和管理系统。在提出设计闸门工程远程监控系统时应考虑以下设计原则。

2.1 安全、可靠和先进实用的原则

闸门工程远程监控系统必须有稳定、可靠的运行保障。设计时要充分考虑后备以及灾难恢复系统,使整个系统在出现故障时仍然能够维持工作,并能很快的排除故障正常运行。系统对数据的安全性必须予以高度重视,要采取防范措施防止黑客入侵。另外,对内部员工以及调度客户也要加强权限控制,避免用户能够操作到超越权限的数据。

设计应用时,应选择成熟和先进的分布式计算机控制系统。在控制过程中信息集中管理和操作的前提下,使控制危险分散,提高系统的可靠性。闸门工程远程检测控制系统将分散在现场的数据及信息通过现地控制柜上的PLC采集后,通过工业以太网上传至主控上位机进行集中监控和管理,同样主控站的操作员操作命令也通过网络传送至PLC柜和现场设备,对各现场设备进行分散监测和控制。控制系统的主要硬件采用国际、国内的优质产品进行优化组合,高度可靠,并对重要设备考虑冗余配置,以使系统不会因其本身的局部故障而影响现场设备的正常运行,保证系统的MTBF,MTTR及各项性能指标达到和超过《水电厂计算机监控系统基本技术条件》的规定。

2.2 信息分层管理和控制权限分级的原则

监控系统采用全计算机监控及后备手动控制,二级分层监控方式。例如,船闸工程远程监控系统采用,船闸集中控制层、现地控制层。各层之间控制权限划分明确,其中以现地手动控制优先级最高,各级之间通过集中控制与现地控制转换开关切换(同时切换电气回路和信号控制回路,以保证各级互锁)。

船闸集中控制层主要由中控闸室的主控上位机构成,它可提供交互式人机监控界面,集中采集船闸各闸的各项状态信息以及水位的实时数据和开关状态,发出各项主控指令,处理发生的故障信息并对紧急状态进行控制,保持系统的整体协调。

现地控制层主要由LCU现地控制柜组成,负责在现场采集各闸门的现场实时运行状态、开度和限位等信息,并根据上位机发送来的主控指令对现场各闸门进行自动控制,同时当系统自控系统出现故障时,可以启动现地LCU柜的手动后备控制回路,让操作员可在现场对各闸门实现现地应急控制或进行设备检修和维护。

计算机自动监控系统在监控系统上位机与现地LCU之间采用以太网进行通讯,实现数据监测、监控和监视功能。

2.3 系统的经济性、开放性和可扩展性原则

闸门工程远程监控系统设计时应按最经济的原则,设计一个扩展性很强且在扩容升级时浪费最少的系统。该系统设计遵循开放性原则,能够支持多种硬件设备和网络系统,软、硬件支持二次开发。由于整个监控系统采用分层分布的网络结构,其网络通信协议是国际公认的,开放的。所以,能够很方便的实现对系统进行扩展和连接。系统的硬件资源也应具有充足的余量和可扩展空间,其软件采用模块化结构化设计,使监控系统更能适应功能的增加和规模的扩充。

2.4 方便管理,便于维护的原则

闸门工程远程监控系统应满足为闸室操作人员提供形象逼真,直观的可视性人机交互监控界面,全中文菜单,渐开式多层窗口和全中文操作指导,不熟悉微机的操作的人员也可很方便地根据工艺要求,发布主控指令和在一定权限下进行设备工作参数的设定修改;系统除对监控设备工作状况和检测参数作出必要的报警提示、报警处理、故障记录外,还具有系统本身软硬件自我诊断功能,使操作人员对所有设备包括监控系统本身运行状况了如指掌。系统硬件亦采用模块化结构,可拆卸接线端子,管理机可实现冗余。这些给系统维护提供了极大的便利,大大缩短了维护时间。

3. 闸门工程远程监控系统网络拓扑结构

在设计和实际应用远程监控系统时,示监控的范围和内容不同,网络拓扑结构也有所不同。例如,在船闸设计中,将船闸自动化控制系统的网络拓扑结构分为以下三层。最上层是中央监控和管理层,包括工控计算机(含数据库系统),一套硬盘录像机及网络交换机,这些计算机通过以太网,可以通信与连接到上级主管单位,其他船闸及因特网(如果开通外网连接)。中间层是现地PLC控制层,PLC布置在船闸控制室内,通过以太网互相连接。底层是设备与器件层,各种设备与器件通过硬线电缆与PLC及继电器、接触器相连接。

船闸自动化控制系统主要用于监控上闸首的卷扬启闭机、输水廊闸,下闸首的卷扬启闭机、输水廊闸,广播、交通信号灯以及闸室内外的船舶。

船闸自动化控制系统采用分层分布式体系设计,采用以太网网络结构,容错设计,成熟的标准汉化系统,并保证不会因为任何一个器件发生故障而引起系统误操作。

船闸各现地控制单元以Siemens S7-200系统可编程控制器(PLC)为基础,具有自动控制和自诊断功能,即使主控制级计算机发生故障,仍可通过现在的控制开关、按钮、信号灯、表计等设备对各现地设备进行操作和监视。

船闸自动化控制系统采用现地手动控制运行和远程集中自动化控制运行二级控制方案。现地控制的优先级最高,集中自动化控制次之。

综上所述,船闸远程监控系统与工业电视、广播及交通指挥系统一起构成一个完整的自动化船闸控制系统。

4. 结语

闸门工程远程监控技术的运用,实现了闸门工程运行的自动化控制,极大地提高了系统运行的安全性和可靠性。监控系统建成及运行,实现了“无人值班,少人值班”的基本目标。取得了明显的经济效应。闸门监控系统的运用,为防汛系统的自动化、信息化建设创造了有利条件。通过使用智能闸门工程远程监控系统,极大地方便了水利管理和监测部门工作开展,保证水利远程监控点的数据实时、准确、有效的传送,从而达到准确决策的目的。对推动水利信息化的进程,促进“数字水利”的建设有着深远意义。

摘要：根据闸门工程的功能，提出设计闸门工程远程监控系统时，应遵循安全可靠、信息分层管理、现地控制优先级最高，集中自动化控制次之等设计原则。结合船闸工程远程监控系统的设计与应用，叙述控制系统网络拓扑结构，为推动水利信息化的进程，促进“数字水利”的建设提供借鉴和参考。

关键词：闸门工程,远程监控,设计原则

参考文献

[1]刘肇袆．灌溉与排水分册[M]．北京：中国水利水电出版社．2004

[2]徐跃增．泵站与小型水电站[M]．北京：中国水利水电出版社．2005

[3]谢云敏．水电站计算机监控技术[M]．北京：中国水利水电出版社．2006

闸门监控系统设计论文 篇3

喀群引水枢纽位于叶尔羌河出山口处, 地处莎车县喀群乡境内, 距莎车县城65km。喀群引水枢纽包括一首两渠, 即叶尔羌河喀群引水枢纽、西岸引水干渠、东岸引水干渠及相应的配套工程。

二、总体设计

新疆叶尔羌河喀群引水枢纽除险加固工程闸门监控系统建设是利用遥测、遥控、通信、计算机网络等先进技术实现对闸门的远程监控, 图像、水位、流量的实时监测, 全面了解掌握整个工程的运行工况, 保证工程安全高效运行。建立一个能够适应引水枢纽闸门监控的科学、高效信息管理化网络, 完善叶尔羌河流域水量调度自动化管理。

系统组网方案按照“无人值守、少人值班”的原则, 采用以工业以太网为核心的开放、分层分布式计算机监控系统, 综合应用了数据、语音、视频信息的自动采集、远程控制、网络通信、数据存储与处理等技术, 为实现水量自动采集、闸门控制提供了一个现代化、可视化、智能化的技术支撑平台。总体结构如图1所示。

三、系统组成

(1) 现地级:处于网络的底层, 主要是各处闸室, PLC以网络节点的形式接入工业以太网。闸门开度仪、荷重传感器、水位计、压力计等通过PROFIBUS专用电缆, 把闸门现场的各种数据传送到PLC采集模块, 经过处理后再输送给上层网。

(2) 监控级:渠首管理站可接收、存储、分析、处理各种数据, 是系统的数据整合中心, 同时兼顾着数据分发、上传叶河流域管理局、下达现地监测点的职能。

(3) 管理级:叶河流域管理局为最高行政管理部门, 可接收渠首管理站传来的所有数据信息, 并能对喀群渠首各现地监测点进行远程监测和控制。

四、通信组网

喀群引水枢纽主要建筑物包括东岸总进水闸、东岸总干渠、东岸进水冲沙闸、东岸冲沙道、溢流堰、泄洪闸、西岸总干渠 (引水弯道) 及西岸泄水冲沙闸, 通信系统主要解决各个闸房与喀群引水枢纽管理站之间的数据传输, 引水枢纽管理站与现地闸房的语音通信系统。

4.1通信方式

喀群引水枢纽东、西两岸闸房分布范围约在3km范围, 需传输视频监视信号、闸门控制信号、水位流量信号、语音电话信号, 对通信带宽以及稳定性要求较高, 因此喀群引水枢纽各岸闸房到管理站均采用自建12芯光缆进行数据通信, 光缆沿岸边公路架空敷设。

4.2组网方式

喀群引水枢纽各岸闸房到管理站采用自建光缆进行数据通信主要为闸门监控、视频监视等的自动化监测、控制提供基础性平台, 确保数据的传输安全可靠。

系统根据各个闸房分布情况, 在每个闸房布设1台100/1000M工业以太网交换机通过光缆和管理站中控室核心交换机星型连接, 通信协议采用TCP/IP。

4.3语音组网

系统采用程控交换系统组网, 在喀群引水枢纽管理站设置数字程控调度交换机, 在东岸总进水闸、东岸进水冲沙闸、西岸泄洪闸、西岸进水冲沙闸闸房分别设置1部IP电话, 管理站交换机通过2M光纤与电信运营商交换机连接。

五、视频监视

视频监视系统主要是为了喀群引水枢纽管理站操作人员向现地自动控制单元发布命令, 能够直视闸门的动作及运行时的工作状况, 确保闸门能够安全的进行远程操作, 让操作人员在分中心能都看到闸门的整个运行过程, 并及时发现闸门异常情况, 做出判断及处理方案。

5.1点位布置

根据喀群引水枢纽闸门监控的工作重点, 确定监视重点是枢纽东西两岸的闸房, 进水闸、引水冲沙闸、泄洪闸等。

表1视频监视点位表

5.2监视功能

视频监视是实现喀群引水枢纽各重点区域24小时的实时视频监视, 通过通信系统提供的传输链路, 将图像信息传至管理站, 为调度提供重要的决策依据, 以确保工程安全。具体系统功能如下:远程监视、远程图像控制、录像和画面扑捉、系统管理维护。

5.3视频架构

系统选取基于IP网络架构的数字视频监视系统, 主要由现场监控前端设备、站控网络设备所构成。视频监视以闸房间的工业以太网为依托, 综合利用数字视频处理、网络传表1视频监视点位表输、自动控制、视频存储等技术。系统采用H.264压缩标准对视频图像进行压缩, 同时配置24T硬盘, 可实现对视频图像进行30天存储。

六、控制软件

闸门监控应用软件主要负责数据采集处理、各种运行操作、参数设置、系统运行状态监视, 数据记录, 动态运行报告生成及打印, 提供故障报警故障信息显示等。软件具有以下功能:1) 总体控制界面;2) 监控数据通信;3) 闸门模拟显示;4) 闸门控制处理;5) 信息采集处理;6) 故障事故报警;7) 数据库及报表生成;8) 系统维护管理;9) 监控信息联网。

七、结语

(1) 基于工业以太网的闸门监控系统极大地优化了水闸系统的运行和管理, 实现喀群渠首闸门运行的“无人值班、少人值守”, 有效地实现了管理的科学化、现代化, 提高闸门控制的安全性、可靠性, 充分提高工程效益, 促进管理的自动化。

(2) 视频监视与闸门控制的有效结合使得各处闸门现场图像能实时展现在控制室, 提高了整个水利工程的管理水平, 并且改善了值班人员的工作环境和劳动强度。

参考文献

[1]李曼娜.基于PLC的水电站闸门监控系统的研究[D].武汉理工大学.2012

[2]张兴华.以太环网技术在闸门监控系统中的应用[J].水利科技与经济, 2013 (10)

[3]郭瑞.基于MODBUS和TCP/IP协议的远程闸门集控系统[J].工业控制计算机, 2013 (2)

闸门监控系统设计论文 篇4

我国河流众多, 水资源贮藏量居世界第一。在广西贺州地区, 数量众多的小型水电站是电网可靠供电的重要组成部分, 并对保护环境等起着不可估量的作用。小型水库闸门控制系统担负调节水电站发电来水量、汛期水库泄洪等任务, 其动作是否正常可靠, 直接关系到发电机组的运行和人民群众安全。传统水闸启闭机控制系统一般采用继电器-接触器, 通过按钮来操作启动和关闭, 由于电器触点可靠性比较差, 控制手段落后, 闸门开度也多凭肉眼观察, 误差大;并且不能根据水位或其它状态的变化实现自动控制;维修方式采用事后维修和计划维修, 这些方法都是基于人工或现场操作人员的经验, 实时性差、可靠性低, 不能准确定位故障发生的实际部位和原因, 一旦出现故障则需要全站停机检修, 造成较大的损失;而且传统的控制方式导致人员臃肿, 分工过于繁密, 工作效率低, 浪费人力与物力的同时又不能充分发挥每个人的效能。因此迫切需要对闸门控制方式进行自动化改造。

1 系统方案确定与仪器选择

1.1 系统方案确定

系统要实现自动和手动功能。自动控制是利用PLC的逻辑处理功能和数据运算功能, 自动控制水闸闸门的启闭, 根据水位传感器传来的数据, 自动调节闸门的开度。手动部分是根据现场的控制面板上的开关、按钮来控制闸门的启闭。水位传感器的计数存储在PLC上, PLC经过数据处理作用在现场设备上[1]。

1.2 仪器选择确定

根据控制系统实现的控制功能, 选定:1) PLC[2]。输入口至少15个, 输出口至少9个, PLC最大的负载电压不能大于24 V, 电流2 A, 选用FX2N-48 MR共计24点输入, 24点输出。2) 水位传感器[3]。选用UXP-91静压式水位计;4-25 m A的电流信号输出, 精度高, 性能可靠, 价格低廉。3) 模拟量输入模块。FX2N-4AD, 共4路模拟量输入端口。

2 外部+电路设计

2.1 PLC输入输出接线图

图1表示的是PLC的输入和输出。工作原理:首先要闭合总开关, 当开关选择到手动挡时, 现场控制面板上的按钮有效, 当需要放水时, 按下SB3, A闸上升, A闸上升指示灯亮, 按下SB5, B闸上升, B闸上升指示灯亮;如果水位安全, 按下SB1, SB2, A、B闸停止上升。如果没有按下SB1, SB2, 当A、B闸上升到上限时, 限位开关SQ1、SQ3自动断开, 致使A、B闸门停止。同理, A、B闸下降也是同样的原理。

当选择开关选择到自动挡时, 控制面板上的A、B闸按钮无效, PLC会根据水位传感器传来的数据与预置值相比较, 自动调节闸门开度, 例如:天正在下大雨, 水位很快就到了危险水位, 则水位传感器能立刻将数据传到PLC存储器中, PLC经过与预置值比较, 发现危险水位, 就会立刻作用于电动机正传, 从而使得A、B闸门开启, 进行泄洪调节。

2.2 外部电器控制电气原理

外部电器控制主要实现控制闸门电机的正反传, 分别通过接触器KM1、KM2实现闸门A的上升和下降, 通过接触器KM2、KM3实现闸门B的上升和下降。系统接通电源后, 按下SB3、SB5, 接触器KM1、KM3得电吸合, 电动机A、B转正转, A、B闸门上升;按下SB1、SB2, 电动机A、B停止, 从而闸门A、B停止;再按下SB4、SB6, 电动机A、B反转, 闸门A、B下降;按下SB1、SB2, 电动机A、B停止, 从而闸门A、B停止。

3 系统软件设计

3.1 程序流程图

程序分系统参数初始化, 手动和自动控制部分。核心部分即自动控制流程图, 如图2所示。系统先初始化水位参数。水位参数就是在PLC存储器中写入枯水水位、安全水位和危险水位的数据, 目的是和水位传感器传来的数据做比较。然后到开关判断, 系统会检测是手动挡还是自动挡。如果是手动挡, 转入手动控制;如果是自动挡, 即为图2的自动控制流程。首先, 系统要读入安全水位, 再读入当前水位, 然后比较两数值;如果水位安全, 系统就比较闸门预置值和当前闸门的位移, 从而把闸门控制到预置值位置;如果水位不安全, 系统就会判断是枯水还是危险, 从而控制闸门的上升和下降。

3.2 I/O分配表

PLC的I/O分配:X0-X7、X10-X16分别接A、B闸门的停止开头、手动升降按钮、上下限开关、自动开关等;Y1-Y7、Y10-Y13分别接A、B的闸门的电机正反转继电器和必要的升降指示灯。具体分配见图1。

3.3 PLC梯形图

根据流程图和I/O分配表, 使用三菱公司的GX Developer编程仿真软件设计出PLC梯形图, 这是控制系统软件的关键, 系统程序采用步进顺控指令设计, 以便做到程序清晰明了。

4 系统仿真

利用GX Developer的仿真功能。给定输入, 观察输出结果是否与预先设置的数据一致, 直到将程序调到正确为止。通过仿真, 模拟了多种运行情况, 明确了各个开关之间的优先级, 实现了预期的设计目标。仿真界面及部分结果如图3所示。

5 结语

由小型水电站水闸的控制目标, 设计了PLC外部电路和控制程序, 初步实现了水库闸门的自动控制系统。下一步研究工作:通过传感器采集闸门开度、水流量等信息, 利用上位PC机输入各种参数启动各种操作, 进行远程闸门控制, 并显示闸门的运行状态、水流量及各种故障信息等。

摘要：小型水库闸门系统普遍存在设备落后、功能差、自动化水平低等问题。文中选择合适的PLC控制器、驱动器和水位测量仪, 设计了基于PLC的小型水库闸门自动控制系统, 可以实现手动和自动功能;并且对控制系统进行虚拟仿真, 得到了预期的结果。

关键词：PLC,闸门,控制系统

参考文献

[1]鞠石泉, 侯玉成, 等.PLC在水电工程液压启闭机控制系统中的应用[J].水利水电施工, 2012 (3) :76-77.

[2]徐昌荣.PLC工程应用实例解析[M].北京:中国电力出版社, 2007.

闸门监控系统设计论文 篇5

由于传统闸门控制系统的单元工作站与集中控制工作站相距甚远, 导致闸门控制系统运行成本高、可靠性低、维护和管理困难。随着PLC技术在自动控制系统的应用日益成熟, 基于该技术的闸门监控系统也广泛用于水电站, 在水运调度方面发挥了重要作用。基于PLC技术的小水电站闸门自动化管理系统, 融合了PLC技术、计算机技术和自动控制技术, 成为一种新型的全分布式网络结构闸门监控系统, 顺应了控制系统的网络化、集成化和智能化发展趋势, 可实现对不同类型闸门的自动控制。

本文以土房水电站为例, 结合PLC和网络技术, 设计了一种新型的分布式网络结构闸门监控系统, 该系统有效地提高了实时监控能力和效率, 同时具有可靠性高、成本低、使用维护方便等优点, 可以实现闸门的远程监控[1~4]。

1 土房水电站概况

土房水电站 (如图1表示) 坝址位于合作市大夏河流域, 电站距合作市60千米, 安装2台单机70千瓦机组, 总容量为150千瓦, 年平均发电量为67.5万千瓦时, 年利用小时数为4500小时, 可供上网电量为61万千瓦时, 以发电为主, 是大夏河流域的重要水电站。大夏河流经甘肃夏河后在康家湾注入刘家峡水库, 全长为203千米, 流域面积为7152平方千米, 其主要支流有咯河、铁龙沟、大滩河。大夏河共有两处水源, 北源出自青海同仁县后进入甘肃夏河县, 西源出自夏河县西部的加威也喀东南侧, 两源头在夏河县桑科汇合后汇入刘家峡水库。

2 PLC技术原理及闸门监控系统结构

按照《农村水电技术现代化指导意见》的要求, 为了提高电站运行的可靠性, 对于闸门的监测应采用自动化监控手段。因此, 本文以PLC (Programmable Logical Controller) 技术为载体, 以土房水电站为实例来探讨小水电闸门监控系统的硬件设计。

PLC (Programmable Logical Controller) 综合了PC技术、自动控制技术和通信技术[5], 以可编程存储器为重要手段, 来执行定时、计数与逻辑运算等用户的指令, 并通过internet技术来控制生产过程。因此, 将PLC技术用于闸门监控系统的硬件管理有助于提高电站的运行效率。

基于PLC技术的闸门监控系统集成了远程控制与实地控制相合的控制网络, 该系统由监控中心工作站、网络通信设备和视频系统组成。PLC监控系统集合了信息采集、网络通信、远程控制技术, 为实现闸门的自动控制提供了智能化技术平台。土房水电站闸门的PLC监控系统由分层结构控制 (如图2所示) , 该系统的硬件包括两部分:监控中心工作站和现场控制单元LCU (Local Control Unit) , 现场控制单元则主要监控水位闸位和电器开关。

视频监视系统主要由摄像设备、视频矩阵切换器和无线通讯等硬件设备构成, 该系统通过对闸门运行情况、上下游水流情况的实时监测, 来完成对闸门运行中重要工位的管理, 以确保闸门安全运行。现场控制单元 (LCU) 由PLC控制装置、电器控制柜、工业检测装置等组成。LCU的下端由继电器控制, 上端主要由PC主机组成的监控中心单元控制[6]。LCU技术的应用可以带来许多优势, 使得传感器、传动装置、旋转编码器可轻松实现互联互通。

土房水电站的LCU技术的工作原理是将现场采集到的数据通过internet技术传送至中心监控站的PC主机, PC主机则以直观的数字、图形等形式实时显示闸门运行情况。每一个LCU构成一个独立的控制回路, 也就是说, 若某一个LCU损坏不会影响其他LCU的正常工作, 这充分体现了分布式LCU的优势。

3 闸门监控系统的硬件设计

土房水电站共四扇闸门, 本文基于PLC技术可以实现四扇闸门的全程开关控制。闸门的PLC自动控制装置具有完备的接口设计, 可在监控室通过视频监控实现远程控制, 同时可实现闸门的开度、水位值的自动监测并在面板上予以显示[7]。

基于PLC技术的土房水电站闸门监控系统的硬件设计, 其核心技术在于水位传感器、尾水水位传感器以及LCU仪器设备的选择。对于其中的仪器设备及其参数分别简述如下:

3.1 水位传感器

在闸门的PLC监控系统中, 对闸门实时控制的成败与上下游水位密切相关, 需要利用传感器对闸门和压力池水位分别进行实时动态测量, 因此选择一个精度高、抗干扰能力强的水位传感器对闸门监控系统显得尤为重要[8]。

在土房水电站闸门PLC技术监控系统中, 其压力池水位传感器采用北京浩远电子公司生产的HY-2型液位传感器。该传感器采用光电式系列编码器, 由浮子、防浪锤、重锤、精密变速机构、线轮等部件构成。由于HY-2型传感器具有分辨率高、抗干扰能力强和断电记忆功能, 因此我们将其用于液位测量, 以期保证监测结果的可靠, 其主要技术参数如表1所示。

土房水电站闸门PLC技术监控系统的尾水水位传感器则采用南京远方传感技术公司生产的YF-A型投入式静压液位变送器。该仪器的工作原理为利用扩散硅敏感元件的压阻效应, 将静压力信号转换为电信号, 再经过线性修正, 转化成4~20m A的标准信号后输出。其主要技术参数如表2所示。

3.2 LCU仪器设备

由于LCU系统采用多功能模块设计, 可轻松实现修改或扩展, 还能高效省时地对基于输送器系统配备智能自动化技术。其内置可编程微处理器, 通过编程, 实现零点、满量程、开关报警的设定, 而无需通过电位器调整。鉴于此, 在土房水电站闸门PLC技术监控系统中选择福州昌辉公司生产的SWP系列智能LCU现场控制器, 其菜单清晰明了, 能及时反映实际测量的百分比, 并有数字化功能[9~10]。

4 结论

本文基于PLC技术的土房水电站闸门自动监控系统, 其硬件核心部分为闸门监控中心工作站和现场控制单元, 运行实践表明该系统可靠性高、性价比好, 较好地实现了水电站“无人值守”运行管理模式。通过对该系统硬件设计的初步研究, 得出如下结论:

(1) 根据水电站闸门监控系统的要求, 本文提出了基于PLC技术的分层式的闸门监控系统。 (2) 在PLC技术的闸门监控系统中, 对闸门前后和压力池分别选用HY-2型传感器、YF-A型静压液位变送器和SWP系列智能LCU现场控制器。 (3) 将PLC技术应用于闸门监控系统, 不仅实现了闸门的实时监控, 有助于水电站自动化管理水平的提高, 而且可以实现无人值守模式, 最大程度发挥水电站的经济效益。

参考文献

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[3]郭际康, 付方明, 周国胜, 等.探索中小型水电站"无人值班、少人值守"运行模式[J].湖北水力发电, 2006 (1) :69~73.

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[9]沈祖治.潮汐电站[M].北京:中国电力出版社, 2012.

闸门监控系统设计论文 篇6

根据伊河北干渠拦河枢纽工程运行管理的实际需要,拦河引水枢纽工程信息系统由3个子系统构成,分别是光缆传输网络系统、远程图像监控系统、自动化控制系统。通过上述系统的建设,拦河引水枢纽可以实现远程、自动、实时的运行管理模式,同时为整个干渠信息化建设打下坚实的基础。自动化控制系统可以实现对闸房内闸门启闭机各种组态信号量采集,以及实现远程启闭闸门;实现对拦河引水枢纽闸前水位实时检测,并通过各闸门的流量提供计算依据,实现对现场环境的实时监控。本文通过介绍闸门的运行控制方式、PLC远控柜、水位监测等几个方面对枢纽闸门监控自动化系统的设计进行阐述。

2 概况

伊河北干渠拦河枢纽拦河渠首位于察布查尔县城以东约50km,距伊宁市以东约55km,东西总长128.710km。拦河引水枢纽由10孔泄洪冲沙闸弧形工作闸门以及南、北岸进水闸弧形工作闸门(各3孔)等组成。通过建设拦河引水枢纽闸门控制自动化系统,实现对枢纽闸门的“无人值班、少人值守”。

设置1套PLC总控制柜,联合启闭机生产厂提供的弧形工作闸门现地控制单元,对内以Modbus实现与现地控制单元PLC的通信连接,以获取相应的状态与参数,如闸门开度、荷重等。同时支持以无源接点式状态输入与控制输出,主要包括进线断路器的分合状态、闸门的升降停状态以及上下限位状态、电气过载状态、机械过载状态、现地及远方控制状态、手自动状态、PLC故障、提升、下降、停止等。对外通过以太网与数字化管理系统相连,满足闸门远程监控的需要。

3 闸门运行控制方式

按照干渠拦河引水枢纽的运行模式,闸门运行控制方式可分为综合调度指挥中心控制级、调度分中心控制级、现地控制级三级控制,优先权现地控制级别为最高,触摸屏控制次之,远程综合调度指挥中心、分中心控制级最低。

3.1 综合调度指挥中心控制级

综合调度指挥中心调度控制人员可以通过监控计算机远程查看全部运行数据,实现远程遥测、遥信、遥控等功能,控制分为自动控制和人工操作控制台控制两种控制模式。自动控制即按预先给定的控制要求和相关限制条件,完成对各闸站闸门的启闭控制。人工操作控制台控制是指综合调度指挥中心操作人员通过在控制台上手动操作,对闸门的主要设备执行控制管理,实现全部过程自动执行方式或采用分步按顺序组执行的方式,即每一步或每一顺序组完成后需经操作人员确认,才能进行下一步或下一顺序组的操作。

3.2 调度分中心控制级

调度分中心调度控制人员通过监控计算机,远程查看全部运行数据,实现远程遥测、遥信、遥控等功能,控制方式同综合调度指挥中心。

3.3 现地控制级

在闸门遇到检修或中心、分中心出现故障时,根据现地控制需要,操作人员可通过现地控制柜上触摸屏等设备,实现对闸门的控制,也可在现地动力柜上进行现地控制,此时中心级命令被闭锁,但不影响单元控制器上传信息。

4 PLC远控柜

干渠拦河引水枢纽工程在16个闸门启闭机旁各设置了1套PLC现地控制柜,每套控制柜中包含1套PLC、I/O电源、荷重传感器变送器、中间继电器等设备,拦河引水枢纽闸门的16个PLC实现远程控制,需配备1台PLC总控制柜作为远控柜,放置在渠首闸房内。分别以节制闸房、分水闸房为例,闸房电缆管及盘柜基础槽钢预埋布置如图1和图2所示。

PLC远控柜内配置如下:机架O上有电源,CPU314,IM365,5个32路的DI,CP341,以态网模块。机架1上有IM365,1个32路DI,3个32路的DO,8个AI。远控柜CP341为串行通信模块,通信协议为MODBUS,与16个闸门PLC现地控制柜进行通信,把PLC远控柜作为MODBUS MASTER,在CP341内装载PTP DRIVER驱动以及作为MODBUS MASTER要求的驱动,与启闭机PLC厂家配合同时作好参数配置。

屏柜尺寸为2260mm×800mm×600mm,前后开门,前门采用双层结构,外层采用透明玻璃门,内层用于按钮、指示灯、嵌入式设备等的安装,接线方式为前接线,防护等级不低于IP42。

5 水位监测

为了实现对拦河引水枢纽闸前水位进行实时自动观测,为通过各闸门的流量提供计算依据,采用相应水位自动观测设备对拦河引水枢纽闸前水位进行观测。水位的观测方式有多种,该干渠拦河引水枢纽工程的水位观测将同时采用水尺和自动水位计两种方式。

5.1 水尺

在泄洪闸、南岸引水闸、北岸引水闸分3个区域,分别在闸前闸墩绘制直立式水尺,水尺绘制前,需用四等以上水准测量的方法测定每支水尺的零点高程。在读得水位数值后加上该水尺的零点高程就是要观测的水位值。

5.2 水位的间接观测设备

间接观测设备主要由感应器、传感器与记录装置三部分组成。感应水位的方式主要有浮筒式、水压式、超声波式、雷达式等多种类型,其中浮筒式和压力式冬天需要防冻措施,维护不便。而相比超声波,微波传播的自身特点决定了雷达液位计的使用优势;定向传播,准光学特性,传输特性好,可以连续准确测量;由于雷达液位计不与被测介质接触,且受温度、压力、气体等影响非常小,安装简单,维护方便,操作简单。根据该干渠拦河引水枢纽工程的环境、天气、安装难易、维护方便等因素,选择雷达式水位计。

6 结语

充分运用计算机通信网络技术和远程控制技术,该流域干渠拦河引水枢纽工程通过综合调度指挥中心控制级、调度分中心控制级、现地控制级三级对闸门运行进行控制,PLC远控柜与16个闸门启闭机的PLC现地控制柜通信实现远程控制。采用水尺和自动水位计相结合的方式对拦河引水枢纽闸前水位进行实时自动观测。以通信计算机网络建设与信息安全保障体系为依托,结合现地视频监控系统,使各级管理机构可以实时掌握水闸的环境和闸门启闭情况,并在授权情况下进行远程控制,从而达到科学调度、精确计量的目的,促进资源的合理调配和利用,全面提升流域综合开发治理的信息化管理水平,提高运行效率,对渠道的整体良好运行提供了有力保障,保持各项开发治理业务的高效可持续发展。

参考文献

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[3]刘警豪.自动化监控系统在水电厂的应用分析[J].科技与企业,2013(22).

[4]刘晨亮.拦河引水枢纽工程区通信系统建设[J].河南水利与南水北调,2015(4).

水工钢闸门科学管养系统研究 篇7

关键词：水资源,水环境,水利工程管理,安全检查制度

江苏省滨江临海、水网密布、湖泊众多, 长江和京杭大运河分别贯穿江苏省的东西和南北。江苏省内现有河流2 900多条、流域性堤防6 600 km、大中型水库47座、大中型水闸341座和大中型泵站159座。由此可见, 切实、科学地管理这些水利设施, 对江苏省水资源的高效利用具有十分重要的战略意义。

水工钢闸门是水利工程中的重要设施之一, 是水利工程的安全渡汛、防洪和调配水资源的关键设备。相关研究表明, 加强对役闸门的运维研究, 是确保水利工程安全运行重要保障。本文以《中华人民共和国水法》《中华人民共和国防洪法》《水工钢闸门和启闭机安全检测技术规程》和《水利水电工程金属结构报废标准》等为指导, 编制了切实、可操作的水工钢闸门运行管理系统, 按计划组织了设备的更新、改造和除险加固计划, 从而为水工钢闸门的安全、可靠、高效运行提供了重要的数据和技术支撑, 这对工程管理的现代化建设具有一定的前瞻性。

1 水工钢闸门的科学管养制度

水工钢闸门的科学管养制度主要由安全检查制度、安全复核制度和各类运行规章制度组成, 具体如图1所示。

1.1 日常维护制度

水工钢闸门的日常维护是保证在役水利工程安全、可靠运行的重要措施之一。浙江省马山闸的闸门在潮水的不断冲击下逐渐锈蚀, 长期运行后导致垮塌, 进而造成了严重的经济损失;广西恶滩电站忽视了门槽中存在的局部破损, 在闸门下放过程中, 因受水力学流态作用, 导致钢丝绳被拉断, 进而造成闸门坠落的严重事故。因此, 加强钢闸门的日常维护工作, 对确保水利工程的安全运行和除害兴利具有重要的意义。

1.2 安全检测制度

安全检测由专门的工作技术人员、安全检测仪器和检测技术手段组成, 对水利工程进行规定的专项检查, 重点检查在役闸门的安全性。目前, 我国已经制定了《水工钢闸门和启闭机安全检测技术规程》等一批规程、规范, 可结合工程现状, 重点开展腐蚀量、无损探伤、应力和启闭力等方面的检测工作, 从而有效获取在役钢闸门的定量安全信息。

1.2.1 腐蚀量检测

腐蚀量检测采用测厚仪或其他量测工具, 获取腐蚀部位、分布状况、严重腐蚀面积占比、腐蚀构件的蚀余截面尺寸等综合信息, 并能评定主要受力构件的腐蚀等级, 从而为工程运行管理提供重要的决策数据。

1.2.2 无损探伤

闸门一般为焊接钢结构, 主要受力的焊缝为一、二类焊缝。无损探伤采用渗透或磁粉探伤的方法检查表面或近表面裂纹, 主要解决受力焊缝表面裂纹延展的问题。比如, 超声波探伤检测可侦测闸门受力焊缝内部的缺陷。

1.2.3 应力检测

开展应力检测可获取闸门结构在受载条件下的应力状况, 主要检测水工钢闸门的主梁、边梁、支臂面板、吊耳、支承梁柱、机座和吊板等受力构件。应力检测应遵循以下2点原则: (1) 荷载采用分级加载, 以确定各级荷载下的结构应力; (2) 应力检测中每一级荷载应重复检测2次, 每次检测中的数据采集应≥3次。

1.2.4 闸门启闭力检测

启闭力检测主要是为了获取在役条件下钢闸门的起吊能力, 主要获取闸门的启门力、持住力和闭门力等信息。通常采用传感器法、应变片法或其他方法。在采用应变片法时, 应注意测点的位置, 测点应布置在启闭机吊具、吊杆或闸门吊耳等构件上的均匀受力部位, 且闸门在每个吊点上的测点应≥4个。此外, 在闸门启闭力检测中, 不同的检测数据相差较大时, 应及时找出原因并重新检测。

1.3 补强加固和报废制度

补强加固主要是指水工钢闸门在无法满足设计要求的情况下, 为了保持正常运行而采取的加固措施。对于达到设计使用年限或补强加固后仍难以满足在役安全运行的设备, 应根据《水利水电工程金属结构报废标准》和其他法规文件中的要求, 强制报废这些设备中的闸门和启闭机, 从而避免安全事故的发生, 确保工程的安全运行。

2 运行管理制度建设

应编制闸门运行管理系统, 建立工程管理数据库, 从而确保钢闸门的规范、程序化管养。系统的组织框图如图2所示, 系统后台和运行界面如图3所示。采用该系统可查询、下载、添加、编辑和删除相关技术信息和专业文献。

3 结束语

通过建立、完善水利闸门和更新、加固启闭机, 为当前江苏省水利工程管理部门制订合理、有序的工程管理决策提供了参考依据, 确保了水工钢结构在役安全运行, 对规范水利工程安全监测领域的市场秩序起着决定性作用。

目前, 江苏省处于率先全面建设更高水平的小康社会和社会主义现代化建设加快推进的重要时期。因此, 我们必须清醒地认识当前面临的新形势, 从而正确把握发展方向。在新时期, 江苏省的水利事业正处于从传统水利向现代水利和可持续发展水利转型的关键阶段。因此, 积极制订完善的工程管理规范, 符合当前我国水利行业坚持用科学发展观、新的治水思路指导水利工作的基本要求, 有助于水利工程管理部门加深对水利的全局性、战略性、根本性、规律性问题的认识, 对进一步健全水利工程管理体制具有前瞻性和战略性, 有助于完成新时期水利工程管理的新使命、新任务。

参考文献

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