鸭河口水库闸门监控系统

鸭河口水库闸门监控系统综述河南省鸭河口水库位于长江流域汉江支流唐白河水系白河的上游，南召县境内，上距南召县城35公里，下距南阳市约40公里，是汉江支流白河上的主要防洪控制性工程。鸭河口水库的防汛安全，直接关系到下游数十万人民的生命财产安全，更关系到国家交通、通迅主干线和南水北调总干渠的安全，因而鸭河口水库的防洪位置极其重要。2012年，鸭河口水库除险加固完工后，闸门控制全面更换为闸门自动化监控系统。1.1系统特点鸭河口水库闸门自动化监控系统是以工控机为主控设备并配置手动操作与执行设备组成的分层分布式计算机监控系统。实现对工作闸门进行自动化监视和控制。该系统由服务器监控主机、交换机、现地控制单元（LCU）、传感器、打印机、报警器等组成。主要是通过计算机监控系统检测所到达的闸门上、下游水位、闸门荷重、闸门启闭状态与开度，达到能够在监控中心远程控制闸门启闭以及闸门自动控制；通过动态图像可以直观了解闸门的运行工况。闸门监控系统由集中控制层、现地控制层组成，通过光纤以太网的形式连接，实时对闸门的开度、水位值、荷重和电气参数等进行自动监控。现场通过PLC来控制闸门启闭设备，提高自动化控制程度，减少人工误差。系统可实时采集和监测系统中水、电、机的运行参数和状态；实现闸门的就地及远程自动控制。同时生成实时数据库及历史数据库，通过调度中心局域网和互联网实现数据共享。1、实时监视功能自动采集闸门开启高度、闸门上下水位和闸门运行状态，通过远程数据通信网发送到控制中心，在控制中心的计算机屏幕上可通过动态图形进行实时监视，闸门运行时为动态显示。以图形、表格、文字形式实时显示各闸门的运行状态，显示数据及故障情况。显示的内容为：闸门开度。闸门上下水位。闸门运行状态(升、降、停)。闸门启闭机及相关设备状态。闸门启闭机电源状态。电网指标。备用电源指标。各种故障。2、手动操作及控制功能现场闸门测控站操作员能够通过闸门操作集中控制台上相应按钮或开关，直接通过闸门电气箱控制闸门启闭机运行，并通过人工观测或通过经现场控制单元采集并显示的信息，控制闸门到达所需位置。具有闸门现地控制、远程授权。提供多级操作员安全等级设置。3、数据查询功能根据时间、闸门号、操作员等查询历史操作。根据时间、故障内容等查询故障情况。根据时间、闸门号查询该门历史开度、上下游水位。4、报警和紧急处理功能在闸门运行过程中通过现场控制单元实时监测设备运行状态，一旦系统发生故障，立即报警并能够及时处理，包括自动或手动终止当前运行。在中心站无论显示器当前在显示哪幅画面，故障窗口都能立即弹出，报告故障内容。系统具有自检和故障告警、越限告警自动记录、运行状态判别、故障多重保护功能。且显示实时运行参数、状态。5、掉电保护保证在中心站在交流掉电状态下，系统仍能继续实现对现场数据的采集和保存。1.2系统结构鸭河口水库闸门监控计算机系统安装在监控中心，通过现场总线（光纤）与多个闸门现地控制单元相连，实时采集每个闸门现地控制单元的运行参数与状态，操作人员不去启闭机现场，便可单个、分组提升、降落闸门，实现闸门的集中群控。鸭河口水库闸门的现地控制单元安装在闸门启闭机室，由可编程控制器、智能闸门测控仪、控制电器、逻辑保护电路、操作按钮、状态指示灯、电流电压显示表等组成，通过接线端子与闸位传感器、荷重传感.器、机械限位、闭锁保护、启闭机电机、三相交流电源进线等连接。1.3设备配置闸门自动化监控系统对1#、2#溢洪道的8孔工作闸门、左右岸输水洞出口4孔工作闸门进行自动化监视和控制。闸门自动化监控系统主要设备材料详见表6-1。表6-1闸门自动化监控系统主要设备材料序号名称单位数量1闸门监控主机台22打印机台23以太网交换机台124PLC现地控制柜套125超声波流量计套56光缆及敷设Km107警报器套18闸门监控软件套11.4设备选型及技术要求监控系统网络。根据初步设计，监控系统采用工业以太网传输技术，以千兆以太网交换机构成主干网络，以百兆以太网交换机构成区段网络，从而构成计算机监控网络，拓扑结构为单环形。网络传输介质利用通信网敷设的光缆，使用主干光缆中的2芯作为主干物理路由。各闸门现地站配置百兆以太网交换机，将其环接组成段内环网，并通过千兆以太网交换机将环内数据汇聚到主干网上。管理局监控室配置相应的以太网核心交换机作为网络传输连接设备。闸门现地控制。水库共12孔工作闸设现地控制箱，箱内配置常规继电器控制回路，实现每孔闸站的现地控制。在现地控制箱上设置有现地及远方控制转换开关，实现远方控制回路的接入。闸门远方控制。在控制室设有闸门可编程控制器PLC。PLC选用模块化组合结构，除I/O模块外，其它模块如：电源模块、CPU模块、串口通讯模块，以太网通讯模块、现场总线通讯模块均采用冗余配置等。冗余配置的PLC执行对闸门的控制，并负责采集闸门开度、升降指示、电动机过载、闸门启闭系统的运行状态等信息，实时监测闸站配电电压、电流、机组、闸门启闭机等设施的运行状态。供电变压器电气量的采集采用多功能智能电力仪表，并将采集信息上送至PLC。（1）、PLC比选由于鸭河口水库兼顾防洪、灌溉，其闸孔的作用地位比较重要，相对于控制设备的安全性、稳定性要求也比较高。所以使用PLC除I/O模块外的全冗余配置。具体参见监控网络系统原理图。1#工业以太网交换机常规继电器控制电源模块PSUPS电源至监控区段环网1#PLC至监控区段环网总线控制器1#通讯模块CP1CPU100M光纤以太网接口100M光纤以太网接口2#工业以太网交换机CPU电源模块PS2#PLC通讯模块CP1I/O工业显示面板总线控制器1#总线控制器1#总线控制器1#图6-1监控网络系统原理图（2）、PLC选型指标PLC建议选用优质的产品，其模块技术指标为：I/O开关量点：4096I/O模拟量能道：2048IN/5120OUT寄存器字：9999用户逻辑存储区：32K程序运行速度：0.22ms/k内部线圈：4096定时器/计数器：2000支持高速计数器、轴定位模块和可编程协处理器模块，支持Genius，ProfibusDP，WorldFIP，Interbus-S，Lonworks，DeviceNet，SDS等现场总线。带有一个串行通信口，具有口令保护、中断、I/O口和CPU诊断、浮点运算等功能。（3）、闸门开度指示1)开度传感器（卷扬启闭机）建议采用绝对型编码器，其技术指标为：工作电压：10~30VDC功耗：200mA最大转速：6000转/分分辨率：8192×4096通讯接口：RS422/RS485传输距离：187.5k波特率时，最大600m工作温度：-20~80℃2)闸位显示器（卷扬启闭机）闸位显示器安装在闸门现地控制箱上，显示闸门开度。可以选用与闸门开度传感器相配套的进口产品，其技术指标为：使用环境温度：-20～60℃使用环境湿度：≤85%电源：AC90～265V（50HZ/60HZ），功耗≤4W重量：≤500g通信接口：RS422/RS485通信波特率：300~19200bps系统设置：站址可设置（0～255）显示位数：4位LED数码显示3)采用液压启闭机的弧门的闸门开度传感器由弧门厂家配套选型安装。表6-2PLC监测参量表设备名称性质数量总量闸门及液压系统闸门全开DI12闸板上升指示DI12闸板下降指示DI12闸门全关DI12闸门现地操作DI12闸门远方操作DI12闸门紧急停机控制DO12闸门开度指示DI12闸板远方上升指示DO12闸板远方下降指示DO12主、备用电源指示DI22液压系统数字输入量DI2424液压系统数字输出量DO2222液压系统模拟输入量AI22水位指示AI22箱变监控电量AI88电度DI22注：每孔闸门相应的I/O量如上表所示；此外有一个Modibus接口用于连接多功能电力仪表，还引入继电保护出口DI量若干。由此可计算本闸站PLC总的I/O量。