灌區(qū)水庫閘門自動控制柜的簡單介紹

灌區(qū)水庫閘門自動控制柜的詳細信息

一 前言

閘、泵站作為市政建設(shè)和管理工程的主要設(shè)施，擔負著城市排水防澇的重要任務(wù)。從目前國內(nèi)大部分的閘、泵站控制和管理來看還是處于相當落后的狀況，與國外相比具有很大的差異。 在電氣控制上，自動化監(jiān)控程度低，大部分的閘、泵站僅有單級的常規(guī)控制。在管理水平上，大部分閘、泵站的管理記錄和統(tǒng)計都是手工操作。閘、泵站控制和管理沒有形成區(qū)域化的網(wǎng)絡(luò)。隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，對市政建設(shè)和管理提出了更高的要求。所以必需對現(xiàn)有閘、泵站控制和管理進行改造和完善。向國外無人化閘、泵站監(jiān)控管理發(fā)展，以達到減員增效和提高管理水平的目的。

二 工程背景

60個閘、泵站，要實現(xiàn)閘、泵站的自動控制，在中心控制室實現(xiàn)遠程監(jiān)控。中心控制室還要集成門禁系統(tǒng)和視頻系統(tǒng)。

三 方案設(shè)計(閘、泵站遠程監(jiān)控)

1、 系統(tǒng)目的：

　　通過對閘、泵站的有序控制，將閘、泵站運行的設(shè)備、電力、水位等實時信息采集到中心控制室數(shù)據(jù)中心，進行遠程監(jiān)控；并在局域網(wǎng)內(nèi)計算機上進行瀏覽，使得管理人員對閘、泵站操作情況做到有的放矢。

　　監(jiān)控的參數(shù)有：

　　電力參數(shù)：AB相電壓、BC相電壓、功率因數(shù)、泵電流

　　閘、泵參數(shù)：運行狀態(tài)、過載狀態(tài)。泵的啟動、停止等

水情況：水位、流量、累計流量等

門禁系統(tǒng)：主要負責對閘、泵站安全防范區(qū)域內(nèi)人員出入控制管理，用于加強閘、泵站的自動安全防范。

　　視頻：攝像設(shè)備監(jiān)控閘、泵站水位和設(shè)施的安全防盜。

　　2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：

　　由于閘、泵站監(jiān)控設(shè)備有些已有，所以在充分利用現(xiàn)有設(shè)備前提下，進行控制改造，實現(xiàn)水泵的控制，達到節(jié)約目的。

　　系統(tǒng)采用三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分別實現(xiàn)系統(tǒng)的采集和控制以及顯示記錄等功能。

采用此網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)辦公網(wǎng)與生產(chǎn)控制網(wǎng)絡(luò)的隔離，避免病毒從辦公網(wǎng)傳到生產(chǎn)網(wǎng)中來，并可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享，辦公管理人員可以通過IE瀏覽器直接訪問實時數(shù)據(jù)。

　　2.1、PLC監(jiān)控系統(tǒng)：使用施耐德或西門子PLC，實現(xiàn)對各閘、泵站站內(nèi)機組的各部分的參數(shù)的采集控制功能，自身可以獨立實現(xiàn)運行和控制目的。

　　2.2、中心控制室數(shù)據(jù)中心監(jiān)控系統(tǒng)：實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠程顯示和控制。

2.3、局域網(wǎng)辦公瀏覽系統(tǒng)：實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)瀏覽系統(tǒng)。

　　系統(tǒng)在設(shè)計和實施工程中充分考慮到各站需要，實現(xiàn)三級操作保護的功能，從而可以保證站內(nèi)的異常處理和操作維護，同時有利于實現(xiàn)運行人員逐步適應(yīng)新一代的計算機監(jiān)控系統(tǒng)。實現(xiàn)了對站內(nèi)各個系統(tǒng)參數(shù)的監(jiān)測和監(jiān)控功能，真正使值班運行人員達到了一目了然的效果，很好地滿足了實際應(yīng)用的需要。同時監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計通過網(wǎng)絡(luò)通訊方式，設(shè)立了一個WEB服務(wù)器、門禁系統(tǒng)服務(wù)器和視頻服務(wù)器，辦公網(wǎng)內(nèi)管理人員可以通過任意一臺計算機可以實時觀察到當前狀況并能查詢歷史數(shù)據(jù)和了解各操作中的主要工作過程，可以達到對站內(nèi)的抽水任務(wù)的及時合理調(diào)度。

3、系統(tǒng)功能

　　3．1 數(shù)據(jù)的采集

通過閘、泵站各個現(xiàn)場采集單元和智能裝置，依據(jù)各個不同的通訊規(guī)約，通過無線、有線網(wǎng)絡(luò)和RS232通訊線將站內(nèi)的數(shù)據(jù)實時地反映到中心控制室計算機監(jiān)控界面。由于各站較分散，根據(jù)各站的不同情況，采用以下兩種方式實現(xiàn)：

3.1.1 ADSL

將下屬的閘、泵站的數(shù)據(jù)傳遞到中心控制室，由于數(shù)據(jù)中心與各分站之間已經(jīng)建立了ADSL網(wǎng)絡(luò)，因此針對本項目，借用原有的ADSL網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)通訊是最具性價比的方式。同時工業(yè)自動化網(wǎng)版權(quán)所有，由于系統(tǒng)以后需要根據(jù)需求擴展，要求對系統(tǒng)的開放性、可維護性和擴展性給予充分考慮。

系統(tǒng)主要由紫金橋監(jiān)控軟件、MOXA串口聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器和施耐德或西門子PLC構(gòu)成，這種方式的主要特點是結(jié)構(gòu)分散、開放性好、穩(wěn)定性強、性價比高并且擴展容易。紫金橋監(jiān)控軟件主要負責數(shù)據(jù)采集、通訊處理、人機界面和WEB發(fā)布等工作；串口聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器負責將施耐德或西門子PLC的串口通訊轉(zhuǎn)為以太網(wǎng)通訊，并將數(shù)據(jù)通過ADSL網(wǎng)絡(luò)傳遞給紫金橋監(jiān)控軟件； 施耐德或西門子PLC負責現(xiàn)場儀表和設(shè)備的通訊及數(shù)據(jù)采集和控制。主要工作方式：紫金橋監(jiān)控軟件設(shè)在中央數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心有一個固定的外網(wǎng)IP，紫金橋監(jiān)控軟件采用典型的C/S和B/S結(jié)構(gòu)IIAnews.com，B/S方式是作為WEB服務(wù)器，將實時數(shù)據(jù)和畫面通過WEB進行發(fā)布，遠端用戶經(jīng)過授權(quán)，無須安裝任何插件，使用標準的瀏覽器通過固定IP或域名綁定進行訪問即可在遠程進行監(jiān)視。C/S方式是紫金橋軟件作為標準服務(wù)器端與各分站的多個客戶端（MOXA串口聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器）進行通訊，建立連接時由串口聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器主動向擁有固定IP的服務(wù)器端發(fā)出連接請求www.MMSonline.com.cn，服務(wù)器進行應(yīng)答，建立網(wǎng)絡(luò)連接之后，由紫金橋主動向下位的施耐德或西門子PLC發(fā)出請求，通過施耐德或西門子專有協(xié)議與PLC進行通訊，MOXA串口聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器在中間起到透明轉(zhuǎn)發(fā)的作用。

3.1.2 GPRS/CDMA

GPRS DTU主要工作模式為透明傳輸模式、命令模式、短信模式。 GPRS工作在透明數(shù)傳模式下，一旦GPRS DTU上電后自動撥號上線，通常在通過GPRS方式下PPP連接的過程中就會被分配一個動態(tài)的IP地址。每個GPRS DTU因此通過GPRS網(wǎng)絡(luò)獲得一個獨一的動態(tài)IP地址，如果終端要建立與中心數(shù)據(jù)服務(wù)器的TCP連接，中心數(shù)據(jù)服務(wù)器IP地址綁定一個動態(tài)域名解析，由此終端的GPRS DTU 在上線后，主動向綁定了IP動態(tài)域名解析的域名，發(fā)送一個自身設(shè)備編號、自身動態(tài)IP地址以及端口號的注冊信息包，用于保持與中心數(shù)據(jù)服務(wù)器TCP鏈路保持活躍狀態(tài)。這種為保持與數(shù)據(jù)中心服務(wù)器的TCP鏈路保持活躍狀態(tài)的注冊包，我們稱之為“心跳包”。每當GPRS重新上電，或是應(yīng)系統(tǒng)地要求被遠程喚醒、或根據(jù)GPRS DTU配置設(shè)定的發(fā)送心跳包間隔時間自動上線，GPRS DTU則應(yīng)自動的向中心發(fā)送心跳包信息，告知數(shù)據(jù)中心服務(wù)器其已保持鏈路正常。

數(shù)據(jù)中心服務(wù)器數(shù)據(jù)中心有一個固定的外網(wǎng)IP，紫金橋監(jiān)控軟件通過與GPRS DTU建立TCP連接，完成與PLC數(shù)據(jù)的無線傳輸。

　　3．2 人機界面

　　通過各主要畫面的切換可以在計算機上很直觀的反映站內(nèi)的工作情況，其畫面可以鏈接各種動態(tài)畫面，具有很強的可觀效果。

　　3．3 統(tǒng)計和計算功能

　對于排水量需要一個準確的數(shù)據(jù)，閘、泵站遠程監(jiān)控系統(tǒng)通過本身具有的報表統(tǒng)計功能記錄每天每月每年的機組運行時間，同時通過軟件編程計算出日月年的累計排水量，并計算出站內(nèi)的抽水效率，為站內(nèi)的工作人員提供一個很有價值的參考數(shù)據(jù)。

　　3．4控制功能

　　中央控制室的計算機監(jiān)控系統(tǒng)可以在微機上實現(xiàn)機組的開停機的自動控制，以及現(xiàn)地PLC控制單元的自動保護控制，主工控機將站內(nèi)的各控制單元有機的結(jié)合，極大減輕了工作人員的勞動強度。

　　3．5 水位控制調(diào)節(jié)

　　中央控制室的計算機監(jiān)控系統(tǒng)可以通過與PLC的通訊連接，根據(jù)設(shè)定的水位參數(shù)閉環(huán)調(diào)節(jié)各水泵的啟停操作，可以很方便直觀地滿足運行人員的需要。

4、主要問題分析和解決方案

控制策略上，可以實現(xiàn)以下幾種控制方案：遠程自動控制、遠程手動控制、本地自動控制、本地手動控制。遠程手/自動控制在閘、泵站遠程監(jiān)控系統(tǒng)上完成，通過點擊計算機上按鈕實現(xiàn)；本地手/自動控制通過切換泵控制柜上的切換開關(guān)實現(xiàn)。當上位計算機發(fā)生故障時，泵通過PLC控制柜中的PLC仍能實現(xiàn)自動控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)。啟動液位、停止液位、電流低報警值、電流高報警值等通過上位機的設(shè)置可以修改且具有停電保持功能。各泵根據(jù)測量的液位實現(xiàn)自動啟停，節(jié)約電

力能源。

　　最大限度延長泵的壽命、保護設(shè)備方面，實現(xiàn)多方報警保護功能：

　　當電流過高，負載過大時，產(chǎn)生過載報警，并自動發(fā)出泵停止命令。

　　當電流過低，葉輪脫落時，產(chǎn)生低電流報警，并自動發(fā)出泵停止命令。

　　當液位高度大于設(shè)定啟動液位時，自動啟動泵，并有報警輸出。

　　當液位高度小于設(shè)定停止液位時，自動停止泵，并有報警輸出。

　　當控制失靈，發(fā)出啟停信號后泵不能按要求動作時，產(chǎn)生啟動、停止報警。

　　現(xiàn)有泵都是降壓啟動，泵的啟動狀態(tài)切換到運行狀態(tài)有一十幾秒間隔時間，啟動泵命令發(fā)出后，經(jīng)過十幾秒檢測運行狀態(tài)信號，若導通說明操作正常，若沒有導通說明動作未實現(xiàn)，產(chǎn)生啟動未成功報警，并發(fā)出泵停命令，防止發(fā)生電流過大燒壞設(shè)備。

　　當泵自動控制不成功時，還有浮球判斷，自動停止開啟泵。還可通過轉(zhuǎn)換開關(guān)切換到手動狀態(tài)，手動啟停泵。這樣做到了三重保護，多極控制。

5、數(shù)據(jù)中心服務(wù)器

5.1、功能概述

◆HMI實時監(jiān)測設(shè)備重要運行參數(shù)，根據(jù)參數(shù)情況做相應(yīng)處理；
◆對參數(shù)超高或超低報警；
◆可集成各種控制功能，如泵和閥門控制,參數(shù)的設(shè)定等；

◆可進行設(shè)備歷史數(shù)據(jù)查詢，顯示變化曲線，并可根據(jù)歷史數(shù)據(jù)完成各種統(tǒng)計報表或日、月、年報等；
◆可對各站點設(shè)備進行管理，運行狀態(tài)、是否故障、運行時間等；
◆可通過網(wǎng)絡(luò)采用IE瀏覽器進行WWW遠程訪問智能聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)；

5.2、功能說明

1）實時監(jiān)控

數(shù)據(jù)中心服務(wù)器通過GPRS 和ADSL兩種方式采集各閘、泵站的重要數(shù)據(jù)，并通過組態(tài)生成HMI人機界面，實時監(jiān)測設(shè)備的數(shù)據(jù)，技術(shù)人員可通過數(shù)據(jù)分析設(shè)備的運行情況，并做參數(shù)的調(diào)整下發(fā)給設(shè)備。有現(xiàn)場設(shè)備出現(xiàn)故障，技術(shù)人員可通過人機界面查看數(shù)據(jù)，分析問題，解決問題。

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