东莞市虎门镇水务工程建设运营中心
摘要：信息化是当今世界发展的趋势，也是我国实现工业化、现代化的关键环节。水利是国民经济和社会发展的基础，水利的现代化，更离不开水利信息化的支撑，而闸门自动控制系统的建设正是我国大力推进水利信息化的重要组成部分。
关键词：水库；闸门；自动控制系统；设计
在防汛和水资源调度中，闸门一直以来都承担着重要的角色，这就对闸门及其控制系统的可靠性、安全性和先进性提出了更高的要求。随着计算机技术、通讯技术和控制技术的飞跃发展，特别是随着“无人值班，少人值守”这一控制模式的提出，水电厂、水利枢纽的自动控制迫切需求可靠性高、性价比好的闸门控制系统。
1水库闸门自动控制系统的构成
要想实现水库闸门的自动控制，控制系统需要包括以下几个部分：现场控制部分、防雷系统、数据采集和信号传输系统以及应用软件。中心计算机同时与打印机、避雷系统以及 PLC 或者 DCS 连接，用来测量闸门开度的开度仪与控制系统相连。
1.1现场控制部分
目前的现场控制设备一般采用 DCS 或者 PLC，二者原理相似。控制器接收到上位机发送过来的控制信号以后做出反应动作，对各接触器的通断进行控制，远程控制闸门的升降。
1.2防雷系统
水库闸门的自动控制系统主要由电子元件构成，如果线路遭受雷击就会发生故障，还可能产生电磁暂态过程，形成过电压。因此为了避免雷击损害自动控制设备并影响到系统功能，信号传输以及供电线路等容易发生雷电故障的部位加装避雷设施。
1.3数据采集和信号传输系统
数据采集系统主要由库水位传感器、闸门开度传感器、二次仪表以及数据采集设备构成，而信号传输系统则包括通讯设备、计算机终端以及通讯线路等部分。闸门开度传感器通过二次仪表将开度信息传送给上位机，完成数据的采集和传输操作。
1.4应用软件
水库闸门自动控制系统中的上位机软件既可以使用组态软件进行制作，也可以利用可视化语言来开发。前者的要求比较低，只需要操作人员掌握系统结构以及组态软件的使用方法就可以开发出符合水路闸门自动控制需求的应用软件；对于后者，开发人员需要掌握下位机和底层通讯协议，开发难度与工作量都比较大，非常耗时。
2水库闸门控制系统功能
水库闸门控制系统要求高可靠、免维护、功能强大、操作方便、易于扩充和更换部件，实现闸门启闭的手动与自动控制，闸门开度的自动测量与指示。配合闸门开度的测量和对库水位的自动采集与数据处理。完成对泄水流量、库容、面积的计算处理与显示输出。闸门控制系统实现的主要功能有：工作闸门启闭的自动控制，包括现场控制和远程控制；闸门开度自动测量；闸门启闭限位保护；泄流量自动计算；库容自动计算和库水面面积自动计算等功能。
2.1闸门启闭的自动控制功能
采用现代程序控制技术，对水库闸门实施现场控制和远程控制。其中现场控制设在启闭机旁，远程控制设在调度楼的中心控制室。
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2.2闸门开度自动测量
安装闸门开度自动测量传感器，在闸门启闭过程中自动跟踪测量，闸门现场和远程显示开度数据。启闭闸门时，由传感器获取的开度数据首先传入现场PLC中，然后再传入远端计算机系统进行数据处理，完成开度的计算、显示与远程传输：开度数据可在现场显示，同时进入网络传给远端的计算机。启闭闸门时，可以实时观察闸门的启闭开度情况。
2.3闸门自动限位保护
闸门运行到上、下极限位置以及闸门启闭到预定开度时，能够准确停机。自动控制系统要对闸门运行的限位接点与执行机构进行自动控制，系统设计双重硬限位保护接点，实施限位保护与定位保护。自动发出指令并自动停机，保证系统的安全可靠运行。
2.4系统数据处理的实现。
水库闸门自动控制系统需要采集的数据主要包括水位、库容、开度以及泄流量等。闸门开度自动测量传感器会自动将闸门开度以及水位信息传输到远程计算机系统，然后计算出库容、泄流量等数据并储存在中心控制室的数据库中，由该控制中心来完成数据的检索、编辑、统计以及分析等相关操作。
3控制系统的实现
3.1DP总线
RS485是DP 总线常用的电缆型号，而使用的连接器通常为9针D型。而总线型拓扑结构是其常用的分布方式，因为控制系统的设计中有十七个不同的从站，所以把所有从站都设置在相同的网段内，而不必要使用中继器。通常情况下，一个网段中挂载的从站不能超过三十二个，同时如果没有使用中继器的话，一定要确保所有网段的长度都不超过一千九百米。通常情况下电缆长度和其传输速率有着直接的关系。想要通过DP总线对系统内的所有从站进行有效的连接，就一定要在首站和末站内设置相应的终端电阻设备，其余的十五个从站只需把数据线和总线进行有效的连接。DP总线对使用的线头和电缆有很高的要求，通常情况下一定要保证其是西门子专用的，在将电缆入柜时一定要保证其屏蔽层与柜体进行连接，并要和地面相接。而位于控制室外部的总线则要以电线的形式进行设置。
3.2控制软件的实现
通常情况下集中控制级的目标很容易达到，因此文章重点对控制软件的实现进行说明。自动控制系统包括两个不同的功能，一是现场级控制；二是集中开（闭）环控制。其中为了确保闸门控制的安全，给予现场级控制的优先级最高。如果使用的是现场级控制的话，另外一个系统功能就会自动的被屏蔽。PLC就是通过对现场控制柜的运行信息的收集来对闸门进行相应控制的，从而实现闸门的开、闭、停等状态。这种状况下，闸门的具体信息也会及时地反映在控制柜中，而且及时的发送给监控主机。一旦有错误信息出现，系统就会自动进行报警提醒，同时会终止闸门运行。
3.3系统数据的采集
上位机控制闸门运行状态的过程中，一定要及时把闸门的运行状况发送到监控主机。而且要把闸门前面及后面的水位情况也及时的发送到监控主机。除此之外，为了方便对闸门进行监控，从而判断有没有卡滞现象出现，就要持续的把闸门启闭机的荷重状况反馈给上位机。该系统内是通过旋转编码器的作用来达到闸门监控效果的。因为该编码器通常输入的数字信号是十六位的，因此，一定要加入相应的数字模块。
3.4分级控制的实现
通常现场级的构成包括所有闸门现场所设置的相应的若干个控制柜。其目标是为了达到在现场通过手动的方式来对闸门进行相应控制的效果，同时在现场收集相关的水位、运行情况、闸门开度等信息，并对其进行严格的监控，同时还要及时的和集中控制级进行信息传递，比如控制信息的接收、将错误信息及时的传送到主站等等。集中控制级的构成则不同于现场级，通常只包含一个控制柜，且其位于闸门控制房中。该级的目标是利用通讯总线的传输作用，来实现和下级系统通信的效果，从而对相关数据进行相应的处理，同时将闸门的运行情况以及不正确的信息等及时的传送给监控主机，此外该级还承担着信息的接受和传达的作用，在该级收到监控主机下达好的命令后要及时地将其传达给相应的部门。除此之外，UPS电源经常被作为备用电源，防止由于停电等原因而造成的系统终止现象的出现。
结语：水库闸门自动系统的实现不仅可以有效提高水库的效用，同时可以减少值班人员，而远程控制的实现则可以让工作人员避免在风吹日晒等艰苦条件下工作，数据处理等繁琐的工作也可以全部由计算机系统自动完成
参考文献：
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[3] 杜纪奎，周蕾.桃山水库闸门自动控制系统的组成及技术应用[J].水利天地，2011（04）.
论文作者:欧卫祖
论文发表刊物:《基层建设》2016年10期
论文发表时间:2016/7/28
标签：闸门论文; 启闭论文; 水库论文; 系统论文; 现场论文; 自动控制系统论文; 控制系统论文; 《基层建设》2016年10期论文;