水電站閘門啟閉機控制中DCS技術的應用

張理科

摘 要：水電站閘門啟閉機DCS控制技術融合了計算機技術、自動控制技術、網絡通訊技術，能夠提供給操作人員一個友好的人機界面來實現對水電站閘門啟閉機迅速、準確的控制，有效的保證了水電站閘門的安全性與可靠性。本文主要針對水電站閘門啟閉機DCS系統的結構組成以及系統優異性進行了分析研究，包括系統的分層式結構設計、系統的網絡結構，數據傳輸與操作等方式。最后對DCS系統的開放性、可靠性以及今后的功能擴展應有技術層進行了展望。希望本文所涉及的DCS相關理論與技術能夠為水電站閘門啟閉機的實際控制中起到一個指導作用。

關鍵詞：DCS技術；水電站閘門；流量控制

為確保水電站發電與防汛的要求，切實的解決好水電站發電與防汛二者間的矛盾，通過實行先進的現代化技術與水電站閘門啟閉機的自動控制，根據分散控制，集中管理的構思方式[1]，采用DCS系統作為水電站閘門啟閉機的自動控制裝置，在確保水電站的安全防汛前提下，通過對水電站閘門的控制來實現電站流量的控制，為水電站的安全運行以及取得更大的經濟效益提供了技術基礎。

1.閘門DCS系統的結構設計

閘門啟閉機的DCS系統結合了先進的計算機技術、網絡通訊技術、自動控制技術來實現對監控閘門的啟閉、水電站水位控制、圖像信息的數據采集與傳輸，最終實現對閘門啟閉機的遠程控制；而操作人員利用圖像信息數據采集與傳輸設備能夠對水電站周邊環境進行了解，并對可能發生的事件進行預防。

閘門啟閉機的DCS系統主要分為中央控制系統以及閘門現場監控兩個部分，中央控制系統中包括系統的操作員站、系統的組態工程師站、計算機網絡通訊平臺以及各個應用軟件等構成。閘門現場監控系統包括圖像以及數據信息的采集、數據的傳輸通道、基于PLC的可編程控制器等部分構成[2]。對于大型的水電站，由于其樞紐閘門布陣較為分散，因此，為了方便操作人員進行遠程控制，以及有效的對水電站周圍環境進行監控，一般在現地控制上裝設切換開關來實現現地控制與遠程控制鍵的閉鎖。而相對于一些中小型水電站閘門的DCS系統中，一般由主控級以及現地控制單元來構成分層分布式控制。當系統某處出現故障時，并不會對其他設備的運行造成影響，確保了系統安全、簡單運行。

1.1 DCS系統的集散型分布式架構

水電站閘門啟閉機的分布式遠程群閘控制，要求對閘門啟閉能夠進行實時控制，并將監控得到的閘門實時狀態信息傳輸到操作主界面。因此，要確保數據傳輸的高速、準確傳輸圖像信息的可靠性，必須構建起可靠的傳輸架構。相對于遠程分散化的監控系統，一般采用總站與分站的架構形式，對于一些特大型的水電站閘門啟閉機的DCS系統，可能還要運用多級分站處理。光纖由于其數據傳輸行強、可靠性高、維修管理費用低等特點，在這個方面獲得了很大優勢，在對DCS系統進行架構時一般可采用如下系統構架：

1.1.1光纖網絡的信息傳輸：在各中心站以及閘門啟閉機間構建起完善的局域網來實現數據的傳輸與通訊。光纖由于其優異可靠的性能成為數據傳輸中優質的選材。

1.1.2點對多的拓撲結構：各分站間以及中心站間實行點對多的拓撲結構，主機能夠對任意分站或終端上的數據信息進行監控，從而保證網絡架構的信息共享，構成統一的集散結構。

1.1.3高效集成的終端技術：選用高速率、高強度的芯片來實現對終端或分站端的信息采集與執行機構的控制，確保功能與信號傳輸的速度。

1.2 信息分層的架構

1.2.1.DCS系統的層次開放性

DCS系統在邏輯結構上可分為三層，其中第一層為生產查詢層、第二層為監視管理層、第三層為現場的控制層。各層之間采用以太網或通訊網絡之間來實現信息的傳輸與共享[3]。而位于DCS系統主站的計算機與各分站間的信息傳輸通過通信控制器以及相應的通信設備來進行數據的實時。

1.2.2.系統的開放性和可擴展性

水電站閘門啟閉機的DCS系統中的分站部門由具備邏輯控制功能的PLC以及相應的控制儀表構成。主要針對現場的工藝、電氣等數據進行采集以及對設備進行控制，同時將收集到的數據向上傳輸到主站中，報告各分站的實時狀況。在DCS系統的建設過程中，為了考慮到系統后續的功能擴展，對系統進行開放式結構設計，并對系統的資源留有余量，以便今后實現附加功能的無縫對接。

2.閘門啟閉機DCS控制系統的性能特點

2.1 閘門 DCS 的可靠性

水電站閘門不僅關乎到電站的發電效益，同時在地區的防洪抗災中起著至關重要的作用，因此，水電站閘門一旦發生問題，對于周邊人員與財產造成不可估量的損傷。閘門啟閉機的DCS系統采用可靠性極高的分層網絡體系[4]，同時選用合理的通信設備、傳感設備、控制設備來保證控制系統的可靠性以及安全性。閘門 DCS系統較高的抗干擾能力和自動化控制能力確保了水電站能夠長期可靠地運行。

2.2 閘門 DCS 的開放性、合理性

水電站閘門啟閉機DCS系統采用開放的網絡結構、對采集的數據信息進行標準化處理來實現DCS系統功能的升級與擴展。在進行設備選型時，應充分考慮到設備的更新換代[5]，避免產生不必要的資金投入。DCS系統的參數配置少、自動化程度高、操作方便，設備的維護與保養工作也相當少。

3.結論

水電站閘門啟閉機中DCS控制技術的應用，并與水電站水情信息結合，有效優化了水電站閘門的開啟，在確保水電站安全度汛的情況下，也為水電站創造了經濟效益；同時，國內水電站正朝著自動化、智能化控制，而為了對水資源的充分利用，一些水電站正探索這流域集中調度的全新運行模式，這樣為企業單位創造更大的經濟利用，而閘門啟閉機DCS技術的有效運用為保證這樣模式的應用提供了一個技術基礎。

參考文獻：

[1]湯法利，胡建躍.水利信息化建設新技術研究[J].中國水運，2009.07：23-26

[2]吳蘇琴，解建倉，馬斌等.水利工程建設管理信息化的支撐技術[J].武漢大學學報（工學版），2009.01：43-45

[3]徐寧斯.PLC閘門控制系統常見故障及其解決方法[J].工程管理與施工.2006.（4）：48-50