1、1试述水闸自动化控制系统的应用摘要：随着人们生活用水的提高，以及工业农业用水量的增加，我们整个社会对水资源的利用提出了越来越高的要求，因此更需要实现水闸的自动化控制。文章通过介绍系统的组成、功能、工作原理等方面，对水闸自动化控制系统做了简要阐述。 关键词：水闸；自动化控制系统；以太网 中图分类号： TV66 文献标识码：A 文章编号： 随着国民经济的飞速发展,对闸站闸门监控提出了更高要求,闸门自动化程度的高低直接影响到其经济效益。通过采用自动化控制技术,实现闸门的自动化控制,可提闸站的运行响应能力,做到及时准确地调节干、支口流量;可以达到配水任务的有效快速的执行,克服人工操作带来的不准确因素,
2、提高供水的准确性,以提高灌区水资源的使用效率;同时大大降低工作人员的劳动强度,提高配水管理水平,充分发挥水资源的合理化利用,提高灌溉效益,促进灌区农业发展。由于配水的现代化要求,闸门控制的自动化技术的引入己成为必然趋势。 1 闸体原型观测自动化控制系统 大闸闸体的原型观测，考虑了沉降、水平位移、分缝和压力等因素，观测项目的设置合理。 1.1 系统的组成 测量系统包括 64 只 GKD 型钢弦式隙水压力仪，分别布置在观测断2面即闸中心线、和中心线左、右各一个断面，以及非观测断面的闸墩轴线处。 10 只 TS 周边缝位移计， 分别布置在闸室内闸墩分缝处。 采用莱卡 TCA-2003 型全站仪，人工
3、观测沉降和水平位移。 1.2 系统功能 闸体原型观测自动系统的建立，是通过计算机向各个数据采集终端发出数据采集信号，终端在收到信号后进行数据采集。计算机对所采集的数据进行处理， 并形成各种实用图表及进行数据的整理，系统既可以一次对所有测点进行巡测，也可以对单个测点进行点测。 1.3 系统工作原理 GKD 钢弦采集终端系统共有 64 只 GKD 钢弦孔隙水压力仪，因此，需配备 7 台 GKD 钢弦采集终端。 该采集终端与智能振弦读数仪器配合使用，可直接测量传感器产生的频率信号。 GKD 钢弦采集终端的主要功能是在接收计算机的测量命令后，控制二次仪表的数据采集，并将二次仪表采集的数据进行缓存、数据
4、打包重新编码后，以 RS485 格式传输到综合测控仪。 周边缝位移采集终端采用多组 TS 型周边缝位移计， 最多可设置 16 只位移计。 该采集终端采用 ATMEL 公司的微处理器作为仪器的 MCU 与计算通讯，并进行数据的处理、转换等。 微处理器通过 MAXIM 公司的模拟电子通道转换开关， 根据中心站的指令可以轮流采集所有传感器，也可以采集其中某个测点的数据。根据已有的电压和周边缝位移的率定公式，可以计算出闸体周边缝的位移。 1.4 系统软件 3系统的软件依托 Windows32 位平台，采用 Visval、Basic6.0 系统，本系统简单易学，使得系统维护和扩展更加容易。该软件采用 O
5、DBC 技术与数据库进行连接，数据库选择性能优越的 SQL、Server7.0。 2 水闸计算机自动化控制系统 2.1 闸体监控与控制提示 该子系统由现场操作和远程监控两部分组成，现场操作部分通过液压控制系统实现，同时由其通过自带的以太接口向远程监控系统发送闸门的实时状态。 远程监控通过浙大中控 DCS 系统，接收液压控制系统发送的实时数据，实现在中央控制室对闸体状态的监视。 在整个水闸自动化监控系统中，控制是至关重要的，它关系到整个系统的安全性和先进性。 根据要求，水闸自动化控制系统采取现场手动控制运行（现场手动控制子系统） 、远程自动化运行（自动化控制子系统）两种控制方式。 每种运行方式均
6、以各个控制对象的现场 PLC 控制柜为起点， 但现场手动控制系统的优先级最高，且具有互锁功能。 2.2 水文与水情监控与分析 该子系统通过以太网方式，将 JX-300XDCS 控制系统与水情数据服务器连接，上下游水文测量站数据可在中央控制室内实时显示，同时在该子系统内对该水文数据进行实时分析及计算、作业水情分析结论。 以太网和现场总线系统都属于网络控制系统, 这些先进的新技术在水闸自动化监控系统中也得到了不同程度的应用。 目前,以太网技术在工业控制上的应用主要存在于两个层次。一是在现地控制单元和上位计算机之间,其中现地控制单元主要是带有网络接口4的可编程控制器 PLC 或 CP;另一个是用于上
7、位操作计算机、管理计算机、数据库服务器等之间的互联。这两者都比较成熟。 至于现地控制单元和现场传感器之间以及传感器之间的连接,以太网应用较少,技术还不很成熟。但是这个层次的应用正体现了应用工业以太网技术的意义。就是把互联网技术向下贯通到传感器层,从而形成了一种崭新的基于以太网技术的先进的过程控制系统。 这种基于以太网技术的控制系统有明显的优点:以太网可传输的数据量更快更大,比现场总线更具有开放性,各种控制设备只要有兼容的网络通信协议,就能组成一个控制系统,弥补了现场总线没有一个统一的现场总线标准的缺陷。 现在,基于以太网网络的结构并没有什么标准的模型,较为实用的一种以太网控制网络的结构是现场总
8、线和以太网一起来做现场控制总线的混合控制网络结构;另一种则是全以太网结构,这是未来的趋势。 1）混合结构 监视站用于监视控制网络工作状态,控制设备可以是一般的工业控制计算机、现场总线控制网络、PLC、嵌入式控制系统等。一般工业控制计算机系统通过以太网卡接入网络交换机或交换式集线器;PLC 的接入有两种情况,带有以太网网卡接入网络交换机或交换式集线器,普通不带以太网卡的 LPC 要通过 485/232 转换及工业控制计算机接入网络交换机或交换式集线器;嵌入式控制系统可通过嵌入式控制器自带的以太网卡接入网络交换机。 (2)全以太网结构 5在全以太网结构中,无论是控制网络的高层还是现场控制层,采用的
9、网络都是以太网,运行的协议都是 TCP/IP 协议,精简了网络,减少了网络成本,易于扩展,互操作性和开放性大大增强。此方式要求现场设备具有以太网控制芯片,使测控设备能直接接入以太网。 2.3 配电房监控 配电房电量参数通过电量变送器采集，和控制站 I/O 卡件连接, 在中央控制室及应变电站实时控制电压、电流参数，并具有报警提示等功能。 2.4 中心数据处理 根据液压控制系统上传的数据，对水闸运行状况进行数据分析，判断水闸的运行状况。 根据水情数据库的实时数据，对水文数据进行分析。可进行流量、库容、水位、雨量、风速、气温、气压的日统计、月统计，并以水文报表形式报出。对配电房相电压、相电流进行统计
10、、分析，给出配电房运行状态。 2.5 PIMS 管理网络 对系统实时运行情况的电量、排电量、电机和水泵等运行数据，则通过系统的报表功能产生。对于要长期保存和进行统计分析的水量、机组运行时间、闸站运行数据等通过实时数据库产生的相应文件，过一定的时间再将这些文件中的信息通过转换成通用数据库的存储格式，并存储到通用数据库中，再通过数据库管理系统对数据进行分析统计，从而产生系统所要求的各种统计分析报表。该系统使用实时数据库与通用数据库相结合的方法，可以减轻对控制系统的压力，同时又使整个系统的6数据管理以及与上层管理系统的联系建立了一条较好的路径。 2.6 Internet 网络发布系统 在水闸自动化系
11、统中， 管理功能包括对监控、控制、保护等过程中的各种数据以各种方法进行处理、存储、分析、显示，按照一定的模型进行辅助决策，以各种与管理有关的数据向网络中的管理部门进行发送。根据闸站工程管理工作的需要，设计了“历史数据查询”功能，管理部门和指挥中心可对时段内工程设备应用情况进行查询和打印。 结语 对水闸进行自动化控制系统的建设,实现了闸站的自动化监视和监控,提高了闸站检测、运行和管理的整体运作水平,极大地提高了系统运行的安全性和可靠性。系统采用以计算机为主、简化常规设备为辅的监控方式,具备了“无人值班、少人值班”的能力。监控系统的运用,为城市防汛系统的自动化、信息化建设进行了有益的探索,为同类工程建设提供了宝贵的经验。计算机通信技术、多媒体图像等高新技术及自动化控制技术的运用,提高了城市水利建设与工程管理的水平,为城市防洪工程建设自动化、现代化的实现奠定了良好的基础。 参考文献： 1 周玲.基于神经网络的涵闸流量软测量建模研究.南京:河海大学硕士学位论文,2002. 2 王长德,张礼卫,冯晓波.灌溉自动化的基本原理与技术发展.中国农村水利水电,2002(2):11 一 14. 3 郭风文.水工业自动化控制技术的发展趋势.中国给水排水,17(3)72001:32 一 35.
