基于PLC技術的水利自動化監控系統設計與應用

孫洪陽

（本溪關門山水庫實業有限公司,遼寧 本溪 117108）

0 引言

水庫運行對區域防洪安全、地區經濟建設有著非常重要的影響,加強自動化監控對發揮水利工程效應意義重大。關門山水庫屬于Ⅲ等中型水庫,兼具農業供水、防洪發電、水產養殖等功能。一直以來,自動化應用都是水庫發展和管理的重點。為進一步提高水庫各項參數指標監測的準確度、全面性,就需要依靠自動化系統實現。PLC作為一種全新的技術,與計算機控制系統相比,其能夠在惡劣的水利系統環境中穩定運行,其優勢更加明顯。對此,針對關門山水庫,以PLC技術為核心,設計自動化監控系統是極為有必要的。

1 PLC技術概述

1.1 PLC技術的發展現狀

PLC技術的核心是微處理器,系統裝置操作以數字運算為主,是計算機技術與傳統繼電觸控技術的有機結合,在工業領域應用較多。系統裝置中的存儲器具有可編程作用,可以進行各種指令操作,如邏輯運算、順序控制等,不僅能發揮出計算機的優勢,使得程序更加直觀,同時也能有效解決觸控系統中線路復雜等問題,讓操作人員操作更加方便[1]。目前,PLC技術應用已經比較成熟,集可靠、靈活、控制力強等特點,同時還能進行數據處理,圖像顯示也更加清晰,進一步推動了PLC在連續生產過程控制中的廣泛應用。

1.2 PLC技術的優點

作為當前工業領域自動化監控系統中最先進的控制裝置,PLC具有如下特點：第一,可靠性高。數據真實可靠對于水利監控而言是非常重要的,一旦出現數據錯誤,會直接影響工作人員對水利狀況的判斷。PLC具有多層抗干擾技術,無論環境如何惡劣,都能確保正常運行。第二,編程簡單。系統中主要包括輸入程序和更改程序兩個步驟,且使用的是存儲邏輯,可以有效減少外部接線。通常情況下梯形圖編程就能滿足所需,一般水利工作人員都能掌握。第三,適應性與通用性強。所采用的核心部件都是模塊化和標準化的,通過這些配置能夠形成不同系列的產品,從而應用于不同的監控系統中,如位置監控、CNC監控、數字監控等等[2]。而且該系統裝置體積小、能耗低,有助于機電一體化的實現。

2 基于PLC技術的水利自動化監控系統的設計

2.1 概況

關門山水庫位于小湯河支流,屬于Ⅲ等中型水庫,兼具農業供水、防洪發電、水產養殖等功能。目前,水庫無水利自動化檢測系統,為進一步提高對上游水請變化的掌握,以便能夠及時預報水庫來水與泄流,切實提高水庫管理水平,有必要基于PLC技術設計水利自動化監測系統。

2.2 總體設計

關門山水庫雖然在2012 年對下游泄洪道進行全面疏通,但為了保證水庫的安全度汛,還是需要提高汛情監測水平。而單一的通過春夏季蓄水情況來確定水情,這樣無法實時了解水庫實際防洪狀況。對此,本系統以PLC技術為主,同時融合DCS、FCS等系統,包括控制、設備以及網絡等層級,以Profibus-DP總線通信為例,數據采集和運行主要是借助PLC及智能設備完成,同時PLC、I/0設備負責對現場設備進行控制調節[3]。網絡通信監控采取的是以太網方式,主要監控上機位和系統。此外,程序設計、智能儀器、轉換器、變送器等獨立負責完成程序控制,也就是說即便是PCL發生故障,其他控制器也能繼續維持工作,實現了分散控制。在水利系統監控任務中,利用以太網和駕駛室的操作站之間的聯系,可以實現工控機與上級管理設備的信息互通。

2.3 程序設計

2.3.1 組態編輯

關門山水庫自動化監控系統中,程序設計板塊具有用戶編輯界面功能,與PLC網絡中各類監控數據的互聯互通,以顯示關門山水庫的各類信息數據成果,從而賦予其功能性。關門山水庫管理人員可依據界面內容顯示,明確操作的目標、級別,掌握運行的參數及狀態,并可對報警信息、故障信息加以顯示。

2.3.2 程序設計

在關門山水庫自動監測系統的用戶界面的創建中,主要以Win-CC實現圖形設計功能,在程序運行的過程中,水庫的技術人員能夠依據監控及顯示內容完成相應的操作。從界面設計的布局看,主要包括圖形、按鈕、文本框、I/O框、運行參數等要素。

2.3.3 采集和傳遞

在關門山自動監測系統中,數據采集和傳遞是非常重要的環節,可以實時了解水庫的運行狀態。具體內容包括水庫繞組溫度、柴油機滑油轉速、壓力、電流電壓、功率等數十項內容,同時還涉及水庫圖形的顯示、打印、輸出、操作[4]。尤其是當水庫發生故障時,還能對突出對故障狀態判斷、記錄、輸出模擬量等一系列項目,便于關門山水庫管理人員采集和傳遞相關信息。

2.4 監控中心系統組成

2.4.1 水域情報數據采集系統

關門山水庫自動化監控系統中,對于各類情報信息的收集不可或缺,包括水情預報、防洪監控、防汛指揮等內容。另外,基于管理的要求與標準,能夠對關門山水利站點雨量、風向、風速、氣壓等信息加以預測,提升管理的科學性和前瞻性。

2.4.2 大壩安全監測系統

大壩安全事關水利工程的安全,運用大壩安全監測系統,可以有效防范潛在的風險問題,確保關門山水庫運行始終處于安全狀態。其中,安全檢測信息查詢系統,能夠針對水庫各類信息元素,實現數據收集并生成曲線圖,有助于水情、雨情等安全標準的建立,發揮數據采集的功能優勢。

2.4.3 閘門控制系統

主要實現對閘門電機開關的自動化控制,尤其是可以實現遠程操控的功能,即依托技術人員下達的相關指令,能夠及時有效地配合泄洪與防汛工作。同時,基于PLC控制中能夠掌握閘門的上升或下降,并且實施更加細致的數據設定,使其處于必要的位置,并在界面中了解其供電電流、急停指示、復位指示等項,使操作的便利性大幅提升。

在《孟子》一書中，孟子在與諸侯國王對話時常以“臣”自稱，并稱對方為“王”，而對于類似稱謂詞的翻譯中，很多譯本將“臣”普遍譯為I，對“王”的翻譯則是利用多重譯法。然而，也有大一部分譯者將“王”譯為you，這樣的譯文無法體現出君臣間嚴格的上下等級關系，導致譯文沒有辦法突出原作的真實語境及情感。因此，可以將“臣”譯為your subject，將“王”譯為Your Majesty，這樣的翻譯能夠充分體現出特殊語境下談話雙方明確的等級關系，彌補英譯中稱謂詞人際功能的缺失。

2.4.4 視頻監控系統

在水庫自動化監控系統中,視頻監控系統是核心內容,可以將各種數據以直觀化的方式呈現出來,如關門山水庫設施運行情況、附近水域信息、溢洪道及主壩信息等,同時還能對水庫運行情況進行實時遠程監控,而通過計算機技術的運用,還能實現數據互通共享。

2.5 可靠性設計

當進行遠距離數據傳輸時,可以屏蔽外界信號的接收器,或是直接選用接地方式,可有效提高數據的可靠性。

3 水利自動化監管系統在供水工作中的應用

3.1 水利自動化監控系統應用

該系統實際就是綜合性的水利信息管理平臺,主要監控和管理關門山水庫的運行情況,通過該系統,調度中心可以實時監控多個單元所產生的數據、設備運行參數,并對重要的環節進行監管。

3.2 主要功能

3.2.1 權限管理

系統管理人員可以根據關門山水庫工作人員所處的職位、部位以及工種等不同,合理設定具體的使用權限,且不同領域的管理者僅可以管理自己權限范圍內的數據,若是該數據超過自己的管理權限,則僅能查詢。

3.2.2 生產調度管理

系統可以實時監測關門山水庫數據,若是現場具備光纖通信條件,還可以進行視頻監控,一旦發現水庫出現異常情況,系統會自動切換畫面,以起到警示提醒作用。若是發生水位超警戒線等情況,監控系統還會自動發送遠程預警,直接向相關負責人發送信息。不僅如此,系統還可以隨意切換遠程近程畫面。

3.2.3 供水調度管理

系統可以檢測到關門山水域流量和壓力,及時校對各項參數并進行自動恢復,同時還能清晰反饋關門山各區域水流情況,為該地區供水調度提供有效的參考。

3.2.4 數據統計分析

在收集各項指標數據后,監控系統可以自動導出數據,然后制作生產各種報表,提高了工作效率,減少了工作壓力。

4 結語

隨著我國水利事業的不斷發展,自動化是必然趨勢,同時也決定了行業的發展質量。針對關門山水庫設計基于PLC的自動化監控系統,可以進行實時采集和監控,能夠直觀顯示系統的各項運行參數,并能根據參數狀態精細化管理系統運行,其安全性和可靠性都較高,值得在今后的工作中持續深入的探索。