桃山水庫閘門自動控制系統的組成及技術應用

□ 杜紀奎 周 蕾

桃山水庫閘門自動控制系統實現溢洪道工作閘門（3孔弧形門、卷揚啟閉機）、輸水洞出口工作閘門（1孔弧形門、液壓啟閉機）的現地控制與遠方自動控制，是一套具有“可靠性、先進性、實用性、經濟性”的系統，本系統是一個集管理、操作和分散控制為一體的三級計算機網絡控制系統。它是由計算機、網絡通信、信號處理、測量控制、系統分析以及人機接口等技術相互滲透、相互支持構成的典型的分布式控制系統。

一、系統基本組成

桃山水庫閘門自動控制系統主要由監控工作站、網絡交換機、現地控制單元、PLC（雙CPU）、液晶觸摸屏、閘門開度儀、水位傳感器等部分組成。

閘門自動控制系統為分層分布開放式結構，采用冗余光纖快速以太網拓撲結構，分為三級，即遠控級、主控級與現地級。控制權分“遠方、控制室、現地”三級，可以進行無擾動切換。系統的控制權限越接近設備，控制權限越高。控制權順序為：現地、控制室與遠方。遠方控制經相關授權方可進行操作。控制系統中設置帶密碼的授權、核對程序。

溢洪道啟閉機房設有1套PLC控制柜，3套現地控制箱。輸水洞出口工作閘門啟閉房設有1套PLC遠程IO控制箱，1套液壓啟閉機動力控制柜。配套由主控制器和備用控制器組成，包括電源模塊、熱備CPU模塊、以太網通信模塊、遠程I/O主控模塊、開關量輸入/輸出模塊和模擬量模塊。

PLC控制柜裝有閘門開度顯示儀表，具有閘門狀態指示、閘門開度顯示，控制柜面板上裝有現地／遠方切換開關、按鈕與信號燈等，內部裝有防雷保護器、隔離變壓器組成I/O電源、傳感器電源、中間繼電器、遠程I/O光端機、光纖收發器等。

二、系統中的關建技術

（一）數據采集與處理

1、模擬量的采集與處理

對上下游水位、閘門開啟高度、電氣系統電量等參數、越限位報警進行周期采集，最后經格式化處理后形成實時數據并存入實時數據庫，信號量值及狀態設定。

2、開關量的采集與處理

（1）對事故信號、開關量信號等，閘門自動控制系統能以中斷方式迅速響應這些信號，并作出一系列必要的反應及自動操作。

（2）對各類故障信號、輔助設備運行狀態信號、手動自動方式選擇的位置信號等非中斷開關量信號，計算機監控系統對這些信號的采集方式為定期掃查。對信號的處理包括光電隔離、接點防抖動處理、硬件及軟件濾波、基準時間補償、數據有效性合理性判斷、啟動相關量功能(如啟動事故順序記錄、發事故報警音響、畫面自動推出等)，最后經格式化處理后存入實時數據庫。

3、根據閘門過水斷面和流量計實測的流量，計算出過閘流量和統計過水量。

4、開關量輸出

各種操作指令，計算機在輸出這些信號前進行校驗，經判斷無誤后送至執行機構。為保證信號電氣獨立性及準確性，輸出信號具有防抖動并光電隔離功能。

5、信號量值及狀態設定

由于設備原因而造成的信號出錯以及在必要時要進行人工設定值分析處理的信號量，計算機自動控制系統允許運行值班人員和系統操作人員對其進行人工設定，并在處理時把它們與正常采集的信號等同對待，計算機自動控制系統可以區分它們并給出相應標志。

（二）運行監視和事故報警

1、運行實時監視

計算機自動控制系統可以使運行人員通過屏幕對閘門各主設備的運行狀態進行實時監視。所有要進行監視的內容包括當前各設備的運行及停運情況，并對各運行的參數進行實時顯示。

2、參數越限報警記錄

計算機自動控制系統將對某些參數以及計算數據進行監控，對這些參數量值可預先設定其限制范圍，當它們越限及復限時要作相應的處理。這些處理包括越限報警、越復限時的自動顯示、記錄和打印；對于重要參數及數據還進行越限后至復限的數據存儲及召喚顯示；啟動相關量分析功能，故障原因提示，對于一些重要參數有趨勢報警。

3、事故順序記錄

當發生事故造成跳閘動作等情況時，系統立即以中斷方式響應并自動顯示、記錄和打印事故名稱及時間；記錄和打印相關設備的動作情況，自動推出相關畫面，作事故原因分析及提示處理方法，計算機自動控制系統能將發生的事故及設備的動作情況按其發生的先后順序記錄下來。

4、故障狀態顯示記錄

計算機自動控制系統定時掃查各故障狀態信號，一旦發生狀態變位將在屏幕上即時顯示出來，同時記錄故障及其發生時間，并用語音報警。系統對故障狀態信號的查詢周期不超過2s。

5、事故追憶及相關量記錄

在發生事故時，由各現場控制單元采集各設備的狀態量送控制中心，完成事件順序排序排列、顯示、打印和存檔。每個事件的記錄和打印點名稱，狀態描述和時標，記錄的分辯率不大于2ms。能記錄事故發生前10s和后20s時間內重要實時參數的變化情況。事故追憶由自動控制系統完成，計算機將這些追憶數據保存于磁盤中作歷史數據，運行人員可以召喚、顯示或打印這些數據。

三、結束語

桃山水庫閘門自動控制系統投入使用以后，使工作人員全面地掌握和控制水庫運行狀況，并應用該系統進行水資源調度管理。有效地降低了工作人員的勞動強度、提高了自動控制的精度和穩定性, 增強了人性化操作，使工作人員的操作簡單方便,直觀可靠，真正為桃山水庫的管理帶來巨大的便利和效益。