金劍

節(jié)制閘閘門計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)探討

金劍

節(jié)制閘閘門計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)需充分遵從技術(shù)先進(jìn)性、運(yùn)行穩(wěn)定安全可靠性、操作維護(hù)簡便性、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的高性價(jià)比等原則加以考慮設(shè)計(jì)實(shí)施。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)現(xiàn)多采用自動(dòng)化領(lǐng)域國際最先進(jìn)的工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)場總線分布式開放結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)投運(yùn)后應(yīng)實(shí)現(xiàn)“無人值班，少人值守”的功能要求。

一、系統(tǒng)概述

節(jié)制閘閘門計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用開放式全分布系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，分設(shè)主控級(jí)和現(xiàn)地單元控制級(jí)。

1.主控級(jí)

節(jié)制閘閘門控制中心由操作員工作站以及外圍設(shè)備等組成。作為節(jié)制閘閘門的控制核心，操作員工作站主要完成閘門的運(yùn)行自動(dòng)化及其管理，包括閘門啟閉控制，歷史數(shù)據(jù)存檔、歸類、檢索和管理，運(yùn)行報(bào)表生成與打印。人機(jī)接口功能是完成設(shè)備運(yùn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)視與控制，直接在顯示屏上顯示刷新來自現(xiàn)地控制單元LCU的實(shí)時(shí)信息。

2.現(xiàn)地單元控制級(jí)

在節(jié)制閘閘門生產(chǎn)現(xiàn)場，系統(tǒng)按被控制對(duì)象設(shè)置現(xiàn)地控制單元。在現(xiàn)地控制單元屏上都配有觸摸屏，可顯示每個(gè)閘門的開度和荷重；在閘門動(dòng)力箱上每個(gè)閘門還配有常規(guī)控制按紐，使運(yùn)行人員能獨(dú)立于PLC直接對(duì)閘門進(jìn)行操作。

3.系統(tǒng)連接

系統(tǒng)主控級(jí)單元各計(jì)算機(jī)通過TCP/IP高速以太網(wǎng)連接，并與節(jié)制閘閘門計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)相連。主控級(jí)與現(xiàn)地控制單元級(jí)之間采用以太網(wǎng)連接，網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)采用光纜。現(xiàn)地單元控制級(jí)優(yōu)先主控級(jí)。

二、控制權(quán)限

控制權(quán)分樞紐調(diào)度控制室、節(jié)制閘閘門控制中心、節(jié)制閘閘門控制室、現(xiàn)地LCU四級(jí)。樞紐調(diào)度控制室控制指在樞紐調(diào)度控制室操作員工作站上的操作，節(jié)制閘門控制中心控制指在節(jié)制閘控制中心操作員工作站上的操作，節(jié)制閘門控制室是指在節(jié)制閘操作員工作站上操作，現(xiàn)地控制指在現(xiàn)場LCU屏上的操作?？刂茩?quán)優(yōu)先順序?yàn)楝F(xiàn)地、閘門控制室、節(jié)制閘控制中心、樞紐調(diào)度控制室。監(jiān)控系統(tǒng)保證在進(jìn)行控制權(quán)切換時(shí)閘門運(yùn)行無擾動(dòng)。

三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

閘門自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)工程本著安全可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的原則，按計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)為主的指導(dǎo)思想進(jìn)行總體設(shè)計(jì)和系統(tǒng)配置。系統(tǒng)投運(yùn)后可滿足“無人值班、少人值守”的要求。設(shè)計(jì)原則為：

（1）采用全計(jì)算機(jī)監(jiān)控、現(xiàn)地手動(dòng)控制方式。

（2）監(jiān)控系統(tǒng)可以滿足快速可靠，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，便于擴(kuò)充、升級(jí)等基本原則，并充分體現(xiàn)其先進(jìn)性，采用分布開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

（3）監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)與現(xiàn)地LCU之間采用以太網(wǎng)，現(xiàn)地LCU與現(xiàn)場測控元件采用工業(yè)總線結(jié)構(gòu)，現(xiàn)地控制單元和中控室計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)測、監(jiān)控和監(jiān)視功能。

四、監(jiān)控對(duì)象

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)分現(xiàn)地監(jiān)控、遠(yuǎn)方控制，具體為：閘門啟閉機(jī)現(xiàn)地監(jiān)控及閘門開度監(jiān)測，閘門啟閉機(jī)遠(yuǎn)方控制室監(jiān)控及閘門開度監(jiān)測，進(jìn)線開關(guān)的合/分情況采集。

五、運(yùn)行控制方式

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的所有數(shù)據(jù)能快速、準(zhǔn)確地傳輸?shù)娇刂浦行模⒖赏ㄟ^控制中心計(jì)算機(jī)與上級(jí)防汛調(diào)度系統(tǒng)連接。

控制方式可分為：

1.遠(yuǎn)方控制

能在中控制室對(duì)接入本系統(tǒng)的節(jié)制閘進(jìn)行遠(yuǎn)方監(jiān)控，操作過程中有對(duì)話框事先提示。閘門位置可以實(shí)時(shí)反饋，運(yùn)行故障能及時(shí)報(bào)警。

2.現(xiàn)地控制

在現(xiàn)地控制單元，可以通過現(xiàn)地LCU上觸摸屏控制閘門啟閉。在閘門動(dòng)力箱上每個(gè)閘門還配有常規(guī)控制按紐，使運(yùn)行人員能獨(dú)立于PLC直接對(duì)閘門進(jìn)行操作。

3.遠(yuǎn)方控制與現(xiàn)地控制轉(zhuǎn)換

現(xiàn)地控制單元控制柜上裝有轉(zhuǎn)換開關(guān)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)地控制與遠(yuǎn)方控制相互閉鎖，并在現(xiàn)地切換?，F(xiàn)地控制時(shí)，可以在現(xiàn)地控制屏顯示控制信號(hào)、運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)并送至主控級(jí)，現(xiàn)地控制優(yōu)先于遠(yuǎn)方控制。

六、閘門啟、閉操作

（1）進(jìn)行手動(dòng)或自動(dòng)啟（閉）閘門操作，預(yù)置閘門開度值，送出啟（閉）信號(hào)，啟門（閉門）中間繼電器動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)交流接觸器動(dòng)作，電機(jī)重載啟動(dòng)，卷揚(yáng)啟閉機(jī)上拉（下放）閘門，閘門進(jìn)行開啟（關(guān)閉）。

（2）閘門開啟（關(guān)閉）過程中，閘門開度儀進(jìn)行閘門開度實(shí)時(shí)檢測比較，當(dāng)｜預(yù)置值－測量值｜≤預(yù)置常數(shù)（△＆），停止中間繼電器動(dòng)作，斷開交流接觸器，閘門停止。

（3）閘門開啟（關(guān)閉）過程中，同時(shí)進(jìn)行電動(dòng)機(jī)用電回路的電流監(jiān)測、供電回路的狀態(tài)監(jiān)測、電動(dòng)機(jī)保護(hù)回路的狀態(tài)

監(jiān)測等，當(dāng)發(fā)現(xiàn)事故時(shí)立即報(bào)警并按規(guī)程作相應(yīng)處理。

七、安全連鎖保護(hù)

（1）開度超上限、下限，PLC都立即停機(jī)并報(bào)警。

（2）配電主變高低壓側(cè)供電系統(tǒng)不正常（超限或繼電保護(hù)動(dòng)作），PLC立即報(bào)警并按規(guī)程處理。

（3）熱繼電器動(dòng)作，PLC立即報(bào)警。閘門啟閉控制回路工作不正常，PLC立即報(bào)警。

八、安全運(yùn)行監(jiān)視、記錄及報(bào)告

安全運(yùn)行監(jiān)視包括各設(shè)備運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視及參數(shù)在線修改、狀態(tài)監(jiān)視、越限檢查、趨勢分析和監(jiān)控系統(tǒng)異常監(jiān)視。

1.運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視及參數(shù)在線修改

運(yùn)行值班人員通過CRT對(duì)系統(tǒng)內(nèi)各主設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視及參數(shù)在線修改。

2.狀態(tài)監(jiān)視

發(fā)生自動(dòng)狀態(tài)變化和受控狀態(tài)變化時(shí)，均在CRT上顯示。

3.越限檢查

檢查設(shè)備異常狀態(tài)并發(fā)出報(bào)警，異常狀態(tài)在CRT上顯示并記錄。

4.過程監(jiān)視

當(dāng)閘門上升或下降指令下達(dá)后，監(jiān)控系統(tǒng)顯示相應(yīng)的設(shè)備操作監(jiān)視畫面。畫面能以流程圖的形式實(shí)時(shí)顯示全部工況執(zhí)行過程中每一步驟及執(zhí)行情況，提示在工況執(zhí)行過程受阻時(shí)的部位及其原因，并進(jìn)行開環(huán)運(yùn)行指導(dǎo)甚至閉環(huán)自動(dòng)控制操作。

5.趨勢分析

對(duì)某些運(yùn)行參數(shù)的變化進(jìn)行趨勢分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障征兆，越限報(bào)警，自動(dòng)顯示、記錄和打印。

6.監(jiān)控系統(tǒng)異常監(jiān)視

監(jiān)控系統(tǒng)的硬件或軟件發(fā)生事故立即發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并在CRT顯示及打印記錄，指示故障部位。

7.記錄和報(bào)告

記錄、報(bào)告的主要內(nèi)容包括所有監(jiān)控對(duì)象的操作、報(bào)警事件及實(shí)時(shí)參數(shù)報(bào)表等，并能以中文格式在CRT上顯示，在打印機(jī)上打印。打印記錄分為定時(shí)打印記錄、事故故障打印記錄、操作打印記錄及召喚打印記錄等工作方式。按時(shí)、日、月生成各種統(tǒng)計(jì)報(bào)表，也可根據(jù)操作員的指令隨時(shí)生成各種報(bào)表。記錄重要監(jiān)視量的運(yùn)行變化趨勢。

九、數(shù)據(jù)通信

預(yù)留與上級(jí)防汛調(diào)度中心的通訊接口。主控級(jí)單元與現(xiàn)地控制單元通信，向各現(xiàn)地控制單元發(fā)送指令，并接收各現(xiàn)地控制單元上送的各種信息。

十、系統(tǒng)診斷

1.硬件故障診斷

系統(tǒng)設(shè)備硬件故障診斷包括對(duì)工作站計(jì)算機(jī)及外圍設(shè)備、通訊接口、通道等的運(yùn)行情況進(jìn)行在線和離線診斷，故障點(diǎn)診斷到模塊。當(dāng)診斷出外圍設(shè)備故障時(shí)，能自動(dòng)將其切除并發(fā)出信號(hào)。

2.軟件故障診斷

軟件運(yùn)行時(shí)，若遇故障應(yīng)能自動(dòng)給出故障性質(zhì)及部位，并提供相應(yīng)的軟件診斷工具。

在系統(tǒng)進(jìn)行在線診斷時(shí)，不影響計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)設(shè)備的監(jiān)控功能。

十一、結(jié)語

節(jié)制閘門計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)閘門控制自動(dòng)化，減輕了閘門控制操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了閘門控制的精度，為防洪、節(jié)流、保障人民的生命財(cái)產(chǎn)安全及生產(chǎn)生活用水提供了保障■

（作者單位：安徽省蚌埠閘工程管理處 233000）