挡潮闸闸门自动化控制系统设计与实现

潘忠宝+王玉珍

摘 要 针对连云港市某沿海挡潮闸，设计了基于PLC，工业以太网，WinCC6.2、ActiveX的闸门自动化控制系统，实现对闸门启闭自动控制、闸门运行实时视频监控、渗透压等各种数据监测和采集，网络集成与共享。

【关键词】挡潮闸 PLC 闸门自动化控制系统

随着水利科技快速发展，闸门自动化控制系统已成沿海挡潮闸的标配，无论是科技含量，还是工作效率，较以前都有大幅提升。连云港市某沿海挡潮闸共有4个闸孔，采用平面直升式钢闸门，启闭机执行机构为卷扬式启闭机，采用基于PLC，工业以太网，WinCC6.2、ActiveX的闸门自动化控制系统，实现对闸门启闭自动控制、闸门运行实时视频监控、渗透压等各种数据监测和采集，网络集成与共享，系统操作简单，集成度高。

1 挡潮闸自动控制系统组成

计算机自动控制系统主要由监控工作站、数据库服务器、现地控制单元、闸门开度仪、水位传感器、闸区渗透压检测系统、视频监视系统等部分组成。

网络通信采用以态网总线，主站与各二级站之间采用以态网络连接，抗干扰能力更强。根据操作控制层次和业务信息流程，主要由现地控制单元和上位机两部分构成，采用分层分布式结构形式。现地控制单元包括：前端采集和后端控制两个区域，前端采集主要有水位计、闸位编码计等传感器和闸位开度仪等设施，后端控制区域则是由包含可编程控制器（PLC）、微电脑保护器、智能数字仪表、通信模块、数字采集卡、输入/输出模块、I/O电源模块、机电保护电子器件、运行操作键钮、控制切换开关和状态指示器具等设施构成的分布式LCU现地控制柜。上位机主要由监测监控工作站、网络交换机、数据库服务器、监测监控软件等构成。远控查询单元主要是利用中心控制室内的信息查询工作站、网络汇接交换机、激光打印机和计算机操作系统、数据库管理软件、远程客户端访问软件等构成。主机控制单元可以通过Internet采用TCP/IP规约与上级管理部门链接，实现数据与图像远程传输浏览。

2 自动控制系统设计

2.1 监控工作站

启闭机房集中控制室监控主机是计算机自动控制系统的上位机，其主要功能如下：

（1） 联网功能；

（2）数据采集与处理功能：现地控制单元巡测闸上各种实时数据与状态信号，最后经格式化处理后再通过以太网送至主控级计算机，在显示终端显示和处理。进行数据预处理并建立实时数据库和历史数据库。对断路器及重要继电保护的动作信号等中断开关量信号，监控系统以中断方式迅速响应这些信号并作出必要动作及自动操作。监控系统通过定期扫查对手动和自动方式选择的位置信号等非中断开关量信号进行采集。

（3）系统可在线对运行状态判别条件、预置参数和计算公式进行在线修改。

（4）控制与调节功能，系统设手动操作，自动控制和优化调度自动运行方式选择功能。

（5）设备运行统计记录及生产管理，系统对各设备的运行情况进行统计记录，某些信息自动提示给运行人员。对设备状态进行变位及变位时间的统计，必要时产生报警。系统还将对参数越限及定值变更等情况作出统计记录，并自动生成各类报表、日志，进行打印操作。

（6）安全管理功能。用户实施分类别，分权限管理，不同类别的用户拥有不同的管理权限。

（7）远程访问和网络接口。该系统与水利网连接，支持基于IE方式的远程访问功能。经身份验证后，可以查看任何一张现场的监控画面、远程控制、视频同步、视频图像云台焦距控制等现场监控功能。

2.2 现地控制单元

现地控制单元选用PLC可编程控制器，采用以太网方式与监控主机进行通讯，接受上级操作指令，同时上传各种设备的状态和运行数据，其功能有：

（1）与监控主机通讯，接收上级开、停、关等命令；

（2）巡测各种电量和非电量参数以及设备状态；

（3）根据操作指令，实施自动开、停、关等操作；

（4）向上位机发送实时运行信息；

（5）数据采集、处理和系统诊断；

（6）通过人工输入指令，实施自动开、停、关操作，显示各种运行参数；

（7）具有运行状态识别、故障多重保护功能。

现地控制单元是控制启闭机运行优先级最高的自动控制单元，即便在监控主机出现故障时，它也能保证启闭机正常运行和程序控制的各种运行操作。

2.3 数据库软件

数据库采用分布式关系型数据库 Microsoft SQL Server2005，数据库由以下几个部分组成：

2.3.1 实时数据库

存放数据是由数据采集系统提供的数据。保存每次采集得到和操作人员录入的数据、状态和编码信息。

2.3.2 参数数据库

存放包括常数、曲线和操作员手动输入的数据，存取频次较高的数据常驻内存中。

2.3.3 历史数据库

存储历史数据，供闸门调度信息管理和数据表子系统使用。

2.4 系统接地

PLC系统属高速低电平控制装置，采用直接接地方式。由于信号电缆分布电容和输入装置滤波等影响，装置之间的信号交换频率一般都低于1MHz，所以PLC设备接地线采用一点接地和串联一点接地方式。集中布置的PLC系统并联一点接地方式，各装置的柜体中心接地点以单独的接地线引向接地极。用一根大截面铜母线（或绝缘电缆）连接各装置的柜体中心接地点，然后将接地母线直接连接接地极。接地线采用截面大于25mm2的铜导线，总母线使用截面大于60mm2的铜排。接地极的接地电阻小于1Ω，接地极埋在距建筑物10至15米远处，而且本系统接地点与强电设备接地点相距10米以上。信号源接地时，屏蔽层在信号侧接地；信号线中间有接头时，屏蔽层牢固连接并进行绝缘处理，避免多点接地；多个测点信号的屏蔽双绞线与多芯对绞总屏电缆连接时，各屏蔽层相互连接好，并经绝缘处理。

3 结束语

本系统实时采集上下游水位、扬压力等监测数据，达到远程监控、数据共享目地。系统配置和设备选型适应计算机迅速发展的特点，采用基于工业以太网的分布式控制系统，便于硬件和功能的扩充。软件采用模块化、结构化设计理念，能更好适应规模扩充。系统主要软硬件设备均采用知名产品，并已成熟应用于水利行业，确保计算机监控系统安全可靠地投入运行。

参考文献

[1]PLC在大北沟泵站自动监控系统中的应用[J].中国水利水电市场，2005（11）.

[2]卜贵贤.水利工程管理[M].郑州：黄河水利出版社，2007.

[3]黄悦华，高梅玲，朱杰.基于PLC的计算机监控系统在某水电站中的应用[J].制造业自动化，2009（06）：76-77.

作者简介

潘忠宝（1983-），男，江苏省灌南县人。大学本科学历。现为连云港市市区水工程管理处工程师，从事闸门自动化控制系统维护管理和水利工程管理。

作者单位

1.连云港市市区水工程管理处 江苏省连云港市 222006

2.江苏省农垦农业发展股份有限公司东辛分公司 江苏省连云港市 222248