大道王闸综合自动化应用研究

于强

（山东省德州市水利局，山东 德州253000）

1 引言

水闸的建设和改造中，水闸自动化是主要发展方向，这是由于水闸自动化不仅对抗旱防洪有重要作用，而且还能提高水闸的综合效率。马颊河干流上有一个重要的水闸——大道王闸，在该地区防汛抗旱中发挥着十分重要的作用，对其进行自动化改造可以有效加强防汛抗旱工作的成效。

2 大道王闸概况

2.1 大道王闸基本情况

大道王闸的设计单位是山东省水利勘测设计院，由水利电力部马颊河工程局施工，位于庆云县板营乡大道王村东马颊河干流280+074 里程处。

大道王闸总长为100.4m，闸门的尺寸为10m×7m，共有9 个孔，属于钢筋混凝土开敞式大型节制闸，闸门为平板钢材质，闸底高程-0.2m。二道消力坎消能用于闸下，配置的设备有9 台手摇电动两用卷扬式启闭机，启闭力2×25t/台，同时，还设有一部柴油发电机，功率达到50kW。交通桥的桥面宽度在4.5m，载重达到8t。大道王闸的防洪流量能够达到1004m3/s，排涝流量658m3/s。防洪时闸上水位可以达到7.56m，排涝时有6.07m 的闸上水位。

2.2 大道王水闸主要技术指标

大道王水大道王水闸主要技术指标如表1 所示。

3 大道王闸自动控制系统结构

3.1 自动化控制系统

大道王闸自动控制系统为总线分布式控制模式，利用9 孔闸门实现远程监控。监控系统为大道王闸自动控制系统的最高层，其中包括PLC 单元管理器、收发器、集线器、感应器、86上位机以及管理计算机（彩显），在互联网的作用下，各个计算机可以实现信息交流[1]。PLC 对控制层的可编程序控制器进行控制，采集9 孔闸门的闸位、上下游水位、降雨量等数据，并利用网络将信息和数据传达到监控系统，利用输出模块对闸门的上下动作进行调解。此外，现场设备是大道王闸自动控制系统的最低层，可以在现场设备保留的前提下实现手动操作，具有启闭机的功能[2]。此外，远程接口控制电气回路可以接受到PLC 可编程序控制器的动作指令。具体示意图见图1。

表1 水闸主要技术指标表

图1 大道王闸自动控制系统结构图

3.2 自动化模型

大道王闸利用改进型集中式控制系统，该系统主要的构成包括逻辑控制单元、中心计算机、信息采集设备以及现场机电设备。现场机电设备会按照设定的数据和程序来开展工作，现场机电设备运行过程中，由信息采集设备对数据进行采集，并发送信号到逻辑控制单元，通过逻辑控制单元对各个数据的筛选和整理，再将信息输送到中心计算机，由中心计算机设定程序，并对一些数据进行处理，从而实现指令下达（见图2）[3]。大道王闸的紫宗控制系统模式也是通过集中式控制系统发展而来的，立足于传统的控制系统技术基础上，利用下位机系统处理的功能，以保证上位机出现问题隐患不能正常发送指令的情况下，由下位机独立实现逻辑控制任务，实现预定效果，提升自动化操作的效果。

图2 大道王闸中改进型集中式控制系统示意图

4 大道王闸自动控制系统工作原理

4.1 各类参量信息采集控制

在大道王闸自动控制系统中，模拟量、开关量以及数字量是需要进行信息采集的参量，其中，电压、功率以及电流属于模拟量，而水闸上下游水位信息和各个孔闸门闸位属于数字量。此外，闸门上下限位信号、闸门开启关闭、电机开关属于开关量。

为了节省投资成本，优化结构，在整个自动化参量信息采集的控制系统中，需要利用智能自动检测技术，通过485 总线传送至上位机。而开关是利用PLC 的控制参数信息进行输出和采集，数字量可以利用水闸位计编制为格雷码，再利用PLC通过485 总线与上位机构成通信系统[4]。

4.2 上、下位机主要功能

上、下位机的主要功能如表2 所示。

5 水闸自动化监控系统的主要子系统

5.1 水闸微机监控系统

微机监控系统采用现地控制、中控制控制和远方控制3 种控制层次。中控室控制层设备布置在中控室内，主要由系统服务器、监控工作站、打印机等设备组成；现地控制层主要由主机房的PLC 控制屏、现场传感器组成。正常情况下，整个水闸控制在中控室的监控工作站上，操作人员通过水闸运行流程图、水闸运行模拟显示图监视整个水闸运行状况，通过软件发出主控指令，现地PLC 和相应的开关设备将按照主控指令控制现场设备自动运行。特殊情况下，现地PLC 控制柜也可控制机组及相应设备自动运行。现场无人值班时，远程调度中心可进行远程控制。

表2 上、下位机主要功能表

5.2 水闸网络通信系统

水闸微机监控和视频监控系统有大量的实时数据、控制信息、监视信息需要传输到水情调度信息中心。网络中心设置1 台高性能数据库服务器，通过双绞线与调度中心3 层交换机连接；网络中心另设置1 台高性能计算机，采用光纤与调度中心交换连接。在调度中心交换机上设置虚拟网络（VLAN），将数据库服务器，监控工作站分割成不同的VLAN。保证网络平台上运行不同应用分开数据交换，防护病毒对服务器和控制系统的感染，同时，加装网络病毒防护软件防止系统受病毒侵害。

6 大道王闸自动控制系统应用体会

大道王闸自动控制系统投入使用后，不仅提提升了水闸运行的效率，还极大地改善了工作人员的操作能力和管理能力。

6.1 自动化系统适应性

自动化系统的适用性，指的是自动化系统应用过程中，需要根据水闸现场的设备和相应的技术进行合理的设计，实现自动化系统功能的充分发挥。同时，设计自动化系统时，还要结合自动化技术的发展状况考虑未来系统升级的问题，结合先进的设备和技术保证系统的可靠运行与安全。

6.2 管理与系统同步

技术人员需要对自动化系统进行科学的管理和设定。因此，要在水闸自动化系统的应用过程中，加强对管理人员的培训和指导，让相关人员熟练掌握维修技术，加强对设备工作的重视，制定相应的制度，为自动化设备的运行安全提供有效的保证[5]。

6.3 自动控制系统应用效果

大道王闸自动控制系统在投入运行后，改变了传统以手工操作为主的半自动操作方式，将需要多人多物共同运行管理单位集中到一个功能丰富、技术先进稳定的管理平台上，降低了水闸操作人员的工作负担。

大道王闸自动控制系统是自动化系统与计算机网络通信技术相结合，能够让大道王闸水情工情参数迅速准确上传到数据调度中心，并及时根据预存指令及程序发布调控指令，能够对简单水情工情自行判断处理，对优化工作效率及提高整体水利设施工作效率，提升水闸运营效益有极大意义。

7 结语

通过上文论述可以看出，大道王闸应用自动化系统后，改变了过去传统的工作模式，将很多传统的人力部分改为机械自动化，从一定程度上优化了水闸的工作效率，为水闸工作人员减轻了工作强度。尤其是将计算机通信技术与网络传输技术融入大道王闸自动系统后，更是提升了系统与设备运行的准确度与安全性，集中式的控制系统让各类参数都能在第一时间得到精准反馈，水闸和其他机电设备接收到调度指令后，都可以迅速做出反馈，实现协调运行，对提升大道王闸整体设施工作效率与经济效益有十分重要的现实意义。