白屈港水利枢纽自动化控制系统的设计

摘要：白屈港采用PLC、组态和网络通讯技术，对泵站、闸门进行有效的系统集成，解决了控制手段落后、流程不合理、通信不完善等等弊端。文章叙述了系统的总体结构，并着重说明了系统的功能和达到的效果。

关键词：水利枢纽；自动化控制；PLC组态

中图分类号：TP278 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）17-0015-02

白屈港水利工程是一座由五台套电机和两孔节制闸组成的中型水利枢纽。其中泵站工程为双向流道，安装开敞式轴流泵，配套立式同步电机，设有变电所一座，是具有泄洪、排涝、灌溉、供水和水环境保护等综合效益的水利工程。系统考虑到可扩展性、可升级性、开放性，运用先进的信息采集、传输和处理手段，进行在线监控；运用优化技术，进行实时调度，为提高水资源管理水平创造条件。建立自动化控制系统后，将能适应当今遥测、遥视、遥控、通信以及计算机网络等先进技术。

1 系统概况

自动化控制系统具备如下功能：数据采集与处理；运行监视和事故报警；控制与调节；数据通讯。用进口可编程序控制器开发出性能优异、高可靠性的控制单元，实现自动控制，具有在上级水管部门接收远传数据、实现远程监控的要求。系统结构详见图1。

将现场采集的各种实时信息经通信系统传输到站控制级、所分中心控制级、上级水管部门调度中心，将调度和控制命令通过通信网络系统下传给所分中心控制级、站控制级，现地控制单元。实时采集各站闸各种信号、雨情、水情、工情、水质、水文信息等。在所分中心、站闸控制中心可以对站闸进行远程监视和控制，在上级水管部门的任何一个客户都可以浏览各站闸的实时信息，为实现远程控制和数据采集提供可靠的通信保证。

2 功能要求

2.1 数据采集与通讯

将现场设备的各种运行参数和设备运行状态通过I/O通道或现场总线采集到LCU，经过必要的数据处理后形成各类实时数据，主要包括模拟量、开关量、温度量等。对现场实时数据按照不同的要求和用途进行计算，生成的计算数据也作为实时数据处理，进行越限报警、启动相关处理程序等操作。除微机监控系统内部各设备间的数据通信外，微机监控系统还能实现与下列各系统间的数据通信，主要包括远方控制中心、视频监视系统、微机保护装置、PLC、励磁装置等。

2.2 设备控制与操作

为微机监控系统提供丰富多样的人机联系手段，允许运行操作人员通过各显示器、鼠标器、键盘及打印机以各种方式实现对全枢纽设备运行的监视、控制、调节、定值修改、画面调用、数据打印的要求，并易于开发人员进行应用程序的开发和修改，主要包括画面显示、制表打印、参数输入等。当泵组开停机或闸门启闭指令指令确认并下发后，微机监控系统能自动弹出相应机组的操作过程监视画面。画面上反映操作全过程中所有重要步骤的实时状态、执行时间及执行情况，当操作受阻时及时提示受阻部位及受阻原因。

2.3 运行报警与管理

能对全枢纽设备的运行情况进行统计记录并及时提供给有关生产人员，必要时产生故障报警。通过主计算机以及LCU的人机联系界面使有关人员对枢纽各主要设备及辅助设备的运行状态和运行参数进行监视，特定的一些量（如温度、压力）等还需进行趋势分析。当这些监测点参数超过设定的限值后需自动报警、显示、记录。将微机监控系统采集到和处理过的各类实时运行信息、报警信息以及操作信息和综合信息等内容以语言的形式表达出来以提醒有关人员注意。

3 系统结构及功能

3.1 网络结构

微机监控系统网络结构选用光纤以太网，枢纽内监控计算机设备以及各现地控制单元PLC均挂在以太网上，PLC通过现场总线同高低压柜内及现场各种智能电力仪表、自动化设备进行数据通信，微机型保护测控设备、励磁装置等设备通过专用通讯服务器进行规约转换后接入以太网。中控室安装两台监控主机，互为热备。监控主机负责对整个枢纽微机监控系统的管理，还供运行值班人员使用，具有图形显示、数据报表打印、全枢纽运行监视和控制功能、发操作控制命令、作定值切换、设定与变更工作方式以及语音报警等功能。全枢纽所有的操作控制都可以通过鼠标器及键盘而实现；通过显示器可以对全枢纽的生产、设备运行作实时监视，取得所需的各种信息，并易于开发人员进行应用程序的开发和修改。

3.2 可编程序控制器（PLC）

PLC主要完成数据的采集及数据预处理功能，同时也具有控制操作和监视功能。水泵电动机组配置两套PLC，节制闸配置一套PLC，PLC均通过以太网与监控主计算机通信，负责顺控启停操作和状态监视等。

PLC主要采集4～20mA模拟量信号、MODBUS RS48数字量信号、开关量信号，根据要求进行内部数据预处理，及时发送控制命令。系统PLC设计能保证当各PLC与主机系统脱离后，实现对泵组、公用设备、节制闸进行必要的监视和控制的功能，而当其与主机恢复联系后又能自动地服从上位机系统的控制和管理。

3.3 监控系统组态软件

应用软件需通过TCP/IP接口采集底层控制器PLC的全部现场数据，如中断开关量、状态开关量、模拟量、数字量、综合量计算等。应用软件提供丰富的人机界面，提供给运行人员友善的操作界面，能够形象地表现现场的状态及动作。当发生故障时，在监控器画面上出现红灯闪烁，同时有语音报警，以汉语语言的方式提醒用户故障的类型级别。

操作界面采用人-机对话方式，在设备就地控制箱（或按钮箱）的手/自动转换开关为自动位置时，操作员在屏幕上选择弹出式菜单，对需要远控的电机可以进行操作。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能力。通过建立数据库，自动生成各个参数的动态趋势曲线及历史趋势曲线。有丰富的制表打印功能，自动生成各类水情、工情的日、月、年报表，可以实现数据共享和配置共享。

同时软件系统支持基于IE方式的远程访问功能。在严格的身份验证的前提下，远程具备访问该系统的任何一个监控主机的能力，可以查看任何一张现场的监控画面、远程控制、查看趋势曲线、查看警报列表、确认警报、视频同步、冗余主备机自动切换等闸站现场全部监控功能。应用软件提供基于IE方式页面接口方式，让水务管理系统软件可以轻松将监控画页集成于其第三方系统中。

4 结语

该文通过介绍白屈港自动化控制系统结构和功能，对系统的特点展开了叙述。通过此种方式完成的各类项目均能完全按操作流程自动执行，整个系统运行稳定、安全可靠、技术先进、经济实用，为水利工程运行实现“无人值班”（少人值守）提供了保障。

参考文献

[1] 邓则名，邝穗芳.电器与可编程控制器应用技术

[M].北京：机械工业出版社，1997.

[2] 孙汉明，吕艳，严光华.水库泵站微机监控系统的应用[J].自动化博览，2005.

作者简介：朱敏（1978—），女，江苏省江都水利工程管理处工程师，研究方向：水利工程自动化。