水電站遠(yuǎn)程閘門控制解決方案

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

閘門自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)置1個(gè)監(jiān)控中心、1個(gè)現(xiàn)地監(jiān)控單元及系統(tǒng)連接網(wǎng)絡(luò)。

    a．監(jiān)控中心：設(shè)一臺(tái)閘門監(jiān)控主機(jī)及其他相關(guān)設(shè)備，并安裝上位機(jī)軟件，可分析、處理及管理有關(guān)數(shù)據(jù)和信息，并可隨意檢索各種監(jiān)測內(nèi)容并打印。

    b．現(xiàn)地控制單元：設(shè)置一臺(tái)現(xiàn)地集中控制柜?？刂品绞綖楝F(xiàn)地手動(dòng)、集中自動(dòng)及遠(yuǎn)程監(jiān)控。水位監(jiān)測為兩路。

    c．系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)：各現(xiàn)地監(jiān)控單元采集其所屬各類監(jiān)控信號(hào)，再由通信電纜、光纜送到管理處監(jiān)控中心。系統(tǒng)詳細(xì)功能描述及性能指標(biāo)：

    1)現(xiàn)地控制單元

    閘門現(xiàn)地控制單元主要完成數(shù)據(jù)采集與處理、事件檢測、控制與調(diào)節(jié)、人機(jī)接口與通信等功能。閘門現(xiàn)地控制單元可手動(dòng)實(shí)現(xiàn)閘門控制，也可實(shí)現(xiàn)與閘門監(jiān)控中心進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信，接收控制指令，對(duì)現(xiàn)地控制單元發(fā)出啟閉信號(hào)；并通過傳感器接收閘門現(xiàn)場信息，向閘門監(jiān)控中心反饋閘門現(xiàn)場運(yùn)行工況、故障信號(hào)等信息。

●硬件設(shè)備：

由PLC、現(xiàn)場控制柜、免維護(hù)電瓶、傳感器和其他儀表等設(shè)備構(gòu)成。負(fù)責(zé)采集、傳輸系統(tǒng)的各種參量，并對(duì)機(jī)電設(shè)備進(jìn)行控制。PLC選用施耐德Micro系列產(chǎn)品。閘門的開度通過專用傳感器設(shè)備組網(wǎng)與PLC的一個(gè)RS-485進(jìn)行通訊。采用這種結(jié)構(gòu)可以減少投資和提高數(shù)據(jù)采集的精確度。PLC塊通過RS485通訊接口作為主站使用，通過通信電纜與中心站的上位機(jī)進(jìn)行通訊。PLC（可編程邏輯控制器）是測控終端站的關(guān)鍵，負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)和實(shí)現(xiàn)控制，可根據(jù)監(jiān)控終端的采集數(shù)據(jù)和控制設(shè)備的數(shù)量不同而配置相應(yīng)的規(guī)模，也利于將來系統(tǒng)的擴(kuò)展。

●軟件設(shè)備：

由PLC編程設(shè)計(jì)軟件構(gòu)成。負(fù)責(zé)可編程控制器的管理及系統(tǒng)中各種數(shù)據(jù)的分析和處理等工作具體功能描述如下：

(1)數(shù)據(jù)采集功能

①可采集閘門開度數(shù)據(jù)

   測量范圍：0-40M；

   分辨力：1CM；

②可采集水位數(shù)據(jù)

   測量范圍：0-40M；

   分辨力：1CM；

③可采集每孔閘門開關(guān)量輸入：閘門行程開關(guān)限位接點(diǎn)、閘門開度測量儀位置接點(diǎn)、閘門執(zhí)行電器輔助接點(diǎn)、控制開關(guān)轉(zhuǎn)換接點(diǎn)及故障信號(hào)引入接點(diǎn)；

④狀態(tài)量采集

   a.閘門上升或下降接觸器狀態(tài)；

   b.閘位行程開關(guān)狀態(tài)；

   c.啟閉機(jī)保護(hù)裝置狀態(tài)；

   d.有關(guān)操作按鈕或開關(guān)狀態(tài)；

   e.電動(dòng)機(jī)狀態(tài)；

(2)閘門控制功能

①現(xiàn)地控制：將現(xiàn)地控制柜上的操作模式轉(zhuǎn)換開關(guān)打到現(xiàn)地控制，通即可通過設(shè)定開度儀，使閘門自動(dòng)開啟/關(guān)閉到指定位置。在閘門運(yùn)行過程中，現(xiàn)場操作員可通過開度儀和相應(yīng)指示燈實(shí)時(shí)觀測閘門運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)閘門運(yùn)行到指定高度時(shí)，閘門自動(dòng)運(yùn)行停止；當(dāng)閘門出現(xiàn)越限（超越上、下 限）、超載等故障時(shí)，閘門自動(dòng)停止運(yùn)行?，F(xiàn)地控制優(yōu)先于遠(yuǎn)程控制；

②遠(yuǎn)程控制：PLC通過有線網(wǎng)絡(luò)接收閘門監(jiān)控中心或控單元工控機(jī)的指令，自動(dòng)完成閘門的開啟或關(guān)閉。將現(xiàn)地控制柜上的操作模式轉(zhuǎn)換開關(guān)打到集中控制，即可通過上位機(jī)操作閘門自動(dòng)開啟/關(guān)閉到指定位置。操作人員將通過計(jì)算機(jī)發(fā)布閘門運(yùn)行指令，并通過有線光纜下達(dá)到相應(yīng)閘門監(jiān)控站的PLC。PLC在接到傳來的控制命令后，自動(dòng)啟動(dòng)閘門運(yùn)行，并控制閘門運(yùn)動(dòng)到指定值。在閘門運(yùn)行過程中，上位機(jī)將實(shí)時(shí)采集閘位信息及根據(jù)需求查詢來自PLC的閘門運(yùn)行狀態(tài)信息，并通過以太網(wǎng)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信網(wǎng)發(fā)送到中心站或分中心站，使中心站或分中心站操作員在計(jì)算機(jī)上實(shí)時(shí)掌握閘位、水位信息，以便實(shí)現(xiàn)定閘位控制，并可實(shí)時(shí)掌握閘門在運(yùn)行過程中的狀態(tài)。

③手動(dòng)控制：將現(xiàn)地控制柜上的操作模式轉(zhuǎn)換開關(guān)打到手動(dòng)控制，通即可通過集中控制柜上的按鈕開啟、關(guān)閉和停止閘門。手動(dòng)控制優(yōu)先于現(xiàn)地控制和遠(yuǎn)程控制；

④控制互鎖功能：閘門控制時(shí)，二次回路中加入必要的互鎖條件，同時(shí)在PLC程序中也加入必要的互鎖條件，以防止閘門誤動(dòng)作。

(3)信號(hào)顯示

     在現(xiàn)地控制屏面板設(shè)置一些相關(guān)信號(hào)燈

     ①閘門狀態(tài)(開、關(guān)、停)指示；

     ②閘門位置 (上限、下限) 指示；

     ③集中控制屏上的開度儀實(shí)時(shí)顯示閘門開度值；

     ④電機(jī)過流、缺相指示

     ⑤控制柜電源指示

     ⑥操作模式指示

(4)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳

     閘門現(xiàn)地控制單元通過RS485接口由光纖將有關(guān)信息送至監(jiān)控中心的工控機(jī)。

(5)報(bào)警功能設(shè)計(jì)

     在閘門運(yùn)行過程中，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，能夠立即報(bào)警，并可根據(jù)需求和實(shí)際情況手動(dòng)或自動(dòng)終止當(dāng)前閘門運(yùn)行操作。閘門現(xiàn)場操作人員和遠(yuǎn)程中心站操作人員均可通過現(xiàn)場操作控制顯示裝置和計(jì)算機(jī)屏幕實(shí)時(shí)掌握故障發(fā)生。

     對(duì)于遠(yuǎn)程中心站人員，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，會(huì)立即得到報(bào)警，同時(shí)在顯示方面無論顯示器當(dāng)前在顯示哪幅畫面，故障窗口都能立即彈出，報(bào)告故障內(nèi)容，故障內(nèi)容如下：

     ①電機(jī)過流、缺相。

     ②閘門運(yùn)行超上下限

     ③計(jì)算機(jī)串口控制故障

典型閘門控制系統(tǒng)中的幾種報(bào)警為：

     ①閘門越上限：當(dāng)閘門到達(dá)機(jī)械最高點(diǎn)位置時(shí)，安裝在閘門上的上限位置傳感器動(dòng)作并向閘門現(xiàn)地控制柜發(fā)出信號(hào)，閘門現(xiàn)地控制柜立刻停止閘門動(dòng)作，并由PLC記錄，同時(shí)報(bào)警。

     ②閘門越下限：當(dāng)閘門到達(dá)機(jī)械最低點(diǎn)位置時(shí)，安裝在閘門上的下限位置傳感器動(dòng)作并向閘門現(xiàn)地控制柜發(fā)出信號(hào)，閘門現(xiàn)地控制柜立刻停止閘門動(dòng)作，并由PLC記錄，同時(shí)報(bào)警。

     ③啟閉機(jī)電動(dòng)機(jī)過流：當(dāng)閘門啟閉機(jī)運(yùn)行時(shí)，發(fā)生閘門被意外情況（如異物卡住、鋼絲繩拉偏）卡滯或啟閉機(jī)發(fā)生機(jī)械故障使電動(dòng)機(jī)負(fù)荷增大，將使“電動(dòng)機(jī)智能保護(hù)控制器”動(dòng)作并向閘門現(xiàn)地控制柜發(fā)出信號(hào)，閘門現(xiàn)地控制柜立刻停止閘門動(dòng)作，并由PLC記錄，同時(shí)報(bào)警。

     ④啟閉機(jī)電動(dòng)機(jī)缺相：當(dāng)閘門啟閉機(jī)運(yùn)行時(shí)，發(fā)生啟閉機(jī)電動(dòng)機(jī)電源缺相時(shí)，將使“電動(dòng)機(jī)智能保護(hù)控制器”動(dòng)作并向閘門現(xiàn)地控制柜發(fā)出信號(hào)，閘門現(xiàn)地控制柜立刻停止閘門動(dòng)作，并由PLC記錄，同時(shí)報(bào)警。

2)監(jiān)控中心

    監(jiān)控中心站是整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)的核心，由主計(jì)算機(jī)、人機(jī)接口設(shè)備和外圍設(shè)備組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)閘門的全面監(jiān)控。它是系統(tǒng)的管理中心，負(fù)責(zé)完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、安全監(jiān)視、遠(yuǎn)方控制以及自動(dòng)化管理等功能。它主要由以下兒部分組成：

    ●硬件設(shè)備：

    由中心監(jiān)控工作站、打印機(jī)、通信設(shè)備、UPS電源等設(shè)備構(gòu)成。

    ●軟件設(shè)備：

    由Windows 2000中文版、VB腳本和SQL2000數(shù)據(jù)庫軟件等構(gòu)成。

    系統(tǒng)特點(diǎn)：采用UPS供電，并配置電源避雷器，保證整個(gè)系統(tǒng)在惡劣環(huán)境下的正常工作。

    系統(tǒng)主要功能如下：

    ①數(shù)據(jù)采集與處理

    閘門監(jiān)控計(jì)算機(jī)自動(dòng)從各現(xiàn)場測控單元采集各種實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)，掌握各設(shè)備動(dòng)作情況，收集報(bào)警信息； 對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)按要求進(jìn)行篩選整理，并存入數(shù)據(jù)庫。

    ②安全運(yùn)行監(jiān)視

    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、狀變監(jiān)視、越限檢查、過程監(jiān)視、趨勢分析和   監(jiān)控系統(tǒng)異常監(jiān)視。

    ●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LCD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)制及在線修改參數(shù)。對(duì)職責(zé)不同的各級(jí)運(yùn)行人員，其操作權(quán)限的內(nèi)容也各不相同， 對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控的所有設(shè)備，具有一定操作權(quán)限的運(yùn)行值班人員能在線修改運(yùn)行參數(shù)。

    ●狀變監(jiān)視：發(fā)生自動(dòng)狀變和受控狀變時(shí)，均應(yīng)在LCD上顯示。

    ●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)信號(hào)LCD上顯示并記錄。

    ●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)能自動(dòng)顯示相應(yīng)的設(shè)備操作監(jiān)視畫面。畫面能以流程框圖的形式實(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，進(jìn)行開環(huán)運(yùn)行指導(dǎo)甚至閉環(huán)自動(dòng)控制操作。

    ●趨勢分析：對(duì)某些運(yùn)行參數(shù)的變化如水庫水位、輸水量、閘門開度等進(jìn)行趨勢分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障兆，越限報(bào)警，自動(dòng)顯示、記錄和打印。

    ●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)生事故則立即發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并在LCD及打印機(jī)上顯示 記錄，指示故障部位。

    ③實(shí)時(shí)控制和調(diào)節(jié)

    監(jiān)控系統(tǒng)按照閘門當(dāng)前運(yùn)行控制方式和預(yù)定的決策參數(shù)進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，滿足各閘門的實(shí)時(shí)控制要求。操作員通過操作員工作站的顯示器、鍵盤等，對(duì)監(jiān)控對(duì)象進(jìn)行下列控制與調(diào)節(jié)。

    ●對(duì)單孔閘門操作，運(yùn)行人員通過主控計(jì)算機(jī)或現(xiàn)場測控單元進(jìn)行操作，完成對(duì)閘門的控制與調(diào)節(jié)；

    ●對(duì)雙孔閘門操作，運(yùn)行人員通過主控計(jì)算機(jī)或現(xiàn)場測控單元進(jìn)行操作，完成對(duì)雙孔閘門的聯(lián)動(dòng)控制與調(diào)節(jié)；

    ●控制和開度調(diào)節(jié)，系統(tǒng)根據(jù)預(yù)定的原則及運(yùn)行人員實(shí)時(shí)輸入的命令，進(jìn)行閘門正常升降、停機(jī)、自動(dòng)復(fù)位等操作，發(fā)生故障時(shí)自動(dòng)停止閘門運(yùn)行。在開機(jī)過程中，能顯示閘門當(dāng)前實(shí)際開度和各主要啟閉設(shè)備依次推進(jìn)過程和執(zhí)行情況，記錄操作的時(shí)間和檢測操作是否成功。系統(tǒng)可由升降命令或設(shè)給定值的方式進(jìn)行閘門的自動(dòng)調(diào)節(jié)；

    ●閘門開度等測量顯示；

    ●各種整定值和限值的設(shè)定；

    ●顯示器的顯示圖形、表格、參數(shù)限值、報(bào)警信息、狀態(tài)量變化等畫面和表格、報(bào)表的選擇與調(diào)用；

    ●打印記錄；

    ●報(bào)警復(fù)歸：當(dāng)設(shè)備發(fā)生事故或事件后，在LCD上自動(dòng)推出事故或事件畫面發(fā)出報(bào)警信號(hào)，當(dāng)運(yùn)行人員已

      了解事故或事件的情況后，可對(duì)報(bào)警信號(hào)手動(dòng)復(fù)歸；

    ④記錄和報(bào)告

    對(duì)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)表等記錄下來，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：

    ●操作事件記錄：將所有操作自動(dòng)按其操作順序記錄下來，包括操作對(duì)象、操作指令、操作開始時(shí)間、執(zhí)行過程、執(zhí)行結(jié)果及操作完成的時(shí)間、操作員的姓名等。

    ●報(bào)警事件記錄。自動(dòng)將各種報(bào)警事件按時(shí)間順序記錄其發(fā)生的時(shí)間、內(nèi)容和項(xiàng)目等，生成報(bào)警事件匯總表。

    ●定值變更記錄。自動(dòng)將所有的定值變更情況作記錄，包括變更對(duì)象、變更數(shù)值、操作員的姓名等，以 備隨時(shí)查詢。

    ●報(bào)表。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。

    ●趨勢記錄。記錄重要監(jiān)視量的運(yùn)行變化趨勢。

    ⑤事件順序記錄

    可對(duì)整個(gè)閘門系統(tǒng)主要設(shè)備的事故及故障信號(hào)、監(jiān)控系統(tǒng)的故障信號(hào)等進(jìn)行事件順序記錄。根據(jù)故障信號(hào)發(fā)生的時(shí)間順序，記錄發(fā)生的故障信號(hào)的名稱、變位時(shí)間，顯示、打印和存檔。時(shí)間包括年、月、日、時(shí)、分、秒。

    ⑥事故追憶和相關(guān)量記錄

    記錄在事件發(fā)生前5s和后20s時(shí)間里重要實(shí)時(shí)參數(shù)的變化情況。追憶量除了打印外還可以用曲線在CRT上 顯示。

    相關(guān)量記錄：自動(dòng)記錄與事故、故障有關(guān)的參數(shù)。

    ⑦正常操作指導(dǎo)和事故處理操作指導(dǎo)

    正常操作：操作順序提示，能根據(jù)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)判斷設(shè)備是否允許操作并給出相應(yīng)的標(biāo)志，如操作是不允許的，則提示其閉鎖原因并盡可能提出相應(yīng)的處理辦法；操作票編輯、顯示、打印、運(yùn)行報(bào)表顯示、打印等。

    事故處理：在出現(xiàn)故障征兆或發(fā)生事故時(shí)，由監(jiān)控系統(tǒng)提出事故處理和恢復(fù)運(yùn)行的指導(dǎo)性意見。

    ⑧屏幕顯示

    畫面顯示是計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能之一，畫面調(diào)用將允許以自動(dòng)或召喚方式實(shí)現(xiàn)。自動(dòng)方式是當(dāng)有事故發(fā)生時(shí)或進(jìn)行某些操作時(shí)有關(guān)畫面能夠自動(dòng)推出，召喚方式則操作某些功能鍵或以菜單方式調(diào)用所需畫面。畫面種類包括各種系統(tǒng)圖、棒形圖、曲線、表格、提示語句等，畫面應(yīng)清晰穩(wěn)定、構(gòu)圖合理、刷新速度快且操作簡單。

    ●系統(tǒng)診斷

    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)，不能影響計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)設(shè)備的監(jiān)控功能。

    ●軟件開發(fā)及運(yùn)行人員培訓(xùn)

    軟件編輯人員可以通過工作站的計(jì)算機(jī)，在線或離線方便地進(jìn)行應(yīng)用軟件、顯示畫面和數(shù)據(jù)庫等編輯、 調(diào)試、裝入、卸除和修改，在線進(jìn)行上述工作時(shí)應(yīng)能保證正常的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)功能的正常運(yùn)行。

    利用操作員工作站兼作培訓(xùn)工作站，進(jìn)行運(yùn)行人員的操作培訓(xùn)、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的維護(hù)培訓(xùn)、事故處理培訓(xùn)、軟件開發(fā)培訓(xùn)以及管理培訓(xùn)。