摘要：水泵監(jiān)控自動化是橡膠壩自動化的重用組成部分，也是自動控制的核心，它能否合理高效工作直接決定了整個自動化系統(tǒng)的效能。監(jiān)控系統(tǒng)主要由監(jiān)控/視頻工作站、監(jiān)控PLC、網(wǎng)絡(luò)交換機、測量設(shè)備等組成 ，電源全部由UPS提供。

　　關(guān)鍵詞：橡膠壩;PLC(Programmable Logic Controller);監(jiān)控系統(tǒng)

　　1、引言

　　橡膠壩是20世紀(jì)中期伴隨著高分子合成材料工業(yè)的發(fā)展而出現(xiàn)的一種新型水工建筑物。橡膠壩具有造價低、投資少、節(jié)約材料、施工周期短、管理靈活簡單、控制方便、運行穩(wěn)定等優(yōu)點。隨著經(jīng)濟的迅猛發(fā)張和科技的快速進步，橡膠壩開始越來越多的被用來進行控制上游水位，這樣既可以利用此橡膠壩來發(fā)電，也可以起到防洪的作用。橡膠壩使用簡單、方便，被越來越廣泛的運用。

　　橡膠壩大規(guī)模興建應(yīng)用以來，傳統(tǒng)的控制方式一直存在效率低、運行速度慢、勞動強度大、控制復(fù)雜易誤操作等問題。為了減輕工作人員負擔(dān)，提高橡膠壩的自動化水平和運行速度，增強系統(tǒng)的抗干擾性，避免硬件的老化損失，我們研發(fā)了一種基于西門子PLC的橡膠壩自動控制系統(tǒng)。

　　2、橡膠壩控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作過程

　　山東省棗莊市水利勘測設(shè)計院結(jié)合多年的橡膠壩設(shè)計和運行經(jīng)驗開發(fā)了魏家溝自動控制項目，該項目采用充水式橡膠壩，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　圖1

　　該橡膠壩為單跨式結(jié)構(gòu)。1#泵和2#泵互為備用。1#閥—6#閥均為電動蝶閥，進水口和出水口之前均裝設(shè)有金屬濾網(wǎng)，保護電機和橡膠壩壩袋。

　　2.1自動監(jiān)控系統(tǒng)主要部分：

　　1)監(jiān)控PLC：整個自動化部分的核心。完成與生產(chǎn)運行相關(guān)的各項數(shù)據(jù)的采集、處理、數(shù)據(jù)上傳，并自動控制系統(tǒng)運行或通過接收上位機的命令工作。設(shè)備選用西門子PLC-200型可編程控制器。

　　2)測量設(shè)備：橡膠壩充排水水位傳感器、排污井水位傳感器。選用型號DB101-G11TE205Z,規(guī)格為0---5米，配20米電纜。

　　3)執(zhí)行機構(gòu)：各電動蝶閥、接觸器、斷路器等。

　　4)監(jiān)控/視頻：工作站選用普通服務(wù)器，交換機選用EDS6008

　　2.2主要功能：

　　1)檢測功能：三相電壓、電流、有功功率、無功功率、用電量、水位的檢測;電動機、閥門等各種開關(guān)量、模擬量的數(shù)據(jù)采集、計算和處理。

　　2)控制部分：充排水水泵、排污潛水泵以及各個閥門。

　　3)保護部分：由PLC與電動機控制器及各種電器完成水泵電動機的基本保護功能，主要包括：過電流、過負荷、短路、欠壓、電機溫度過熱等。

　　4)監(jiān)控/視頻工作站：監(jiān)控/視頻工作站接受下級監(jiān)控系統(tǒng)包括PLC、儀表等的數(shù)據(jù)，完成調(diào)度人員人機交互功能，顯示各種監(jiān)控畫面、電力接線圖、地理信息圖形、視頻監(jiān)控畫面、數(shù)據(jù)取向、統(tǒng)計報表、報警信息和管理信息等，提供水泵啟停、開關(guān)控制和事故追憶、事故重演、等操作界面。監(jiān)控/視頻工作站可以驅(qū)動打印機、影響報警等，也可以察看現(xiàn)場視頻信息。(注：采用PRISMAP殼體作為PLC監(jiān)控屏，PLC監(jiān)控屏設(shè)有S7-200型PLC可編程控制器、觸摸屏、UPS電源、網(wǎng)絡(luò)交換機等。)

　　2.3監(jiān)視和工作系統(tǒng)：

　　圖2

　　橡膠壩工作系統(tǒng)的分布如圖2所示，監(jiān)視系統(tǒng)由三臺視頻編碼器、三臺一體化高速球機組成。一臺安裝于泵房，用于監(jiān)視泵房水泵電機的運行工作情況;一臺安裝于控制室，用于監(jiān)視控制室的情況;一臺安裝于橡膠壩附近大堤上，用于監(jiān)視橡膠壩工作情況。

　　2.4軟件功能：

　　1)數(shù)據(jù)采集和處理：模擬量、開關(guān)量和脈沖信號的數(shù)據(jù)采集、計算和處理，控制輸出，事項記錄(SOE)，故障報警，防盜報警，各種監(jiān)控畫面的編輯和顯示，實時曲線、歷史曲線的顯示等。

　　2)系統(tǒng)具有遠方控制、批遙控、條件控制等功能。批遙控即可手工執(zhí)行，也可定時自動執(zhí)行，并可對遙控任務(wù)的執(zhí)行進行條件限制。實施控制時，可以預(yù)先設(shè)定所需要調(diào)度的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)智能控制和自動調(diào)度。

　　3)報警系統(tǒng)：系統(tǒng)運行過程中，有事故發(fā)生便產(chǎn)生報警，提供三級報警，用戶可在開關(guān)庫及限制庫中執(zhí)行定義所需要的報警級別。

　　4)事故追憶：出現(xiàn)事故時，將追憶緩沖區(qū)轉(zhuǎn)存為磁盤數(shù)據(jù)庫，追加時間戳記故障原因，以文件形式保存。

　　5)趨勢曲線包括動態(tài)趨勢、當(dāng)前趨勢、歷史趨勢、歷史趨勢、計劃曲線等。數(shù)據(jù)來源于實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、曲線數(shù)據(jù)、計劃值數(shù)據(jù)�？稍诰�定義和修改數(shù)據(jù)采樣周期、數(shù)據(jù)點、曲線顯示比例、范圍、時間間隔等。

　　6)支持TCP/IP通信

　　7)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)

　　8)圖形功能

　　2.5系統(tǒng)運行過程

　　系統(tǒng)運行過程：

　　1)當(dāng)處于充漲壩過程時，1#閥門、5#閥門、6#閥門開啟，其余閥門處于關(guān)閉狀態(tài) 1#水泵充水，或者1#閥門、4#閥門、6#閥門開啟，其他閥門關(guān)閉， 2#水泵充水。

　　2)當(dāng)處于排水塌壩過程時，1#閥門、2#閥門、6#閥門開啟依靠水壓自排，或者2#閥門、3#閥門、6#閥門開啟，其余閥門關(guān)閉，利用1#水泵或2#水泵強排。

　　橡膠壩控制軟件的操作界面如圖3所示，當(dāng)手動按鈕按下時，可通過逐個點擊屏幕中紅色的按鈕打開或關(guān)閉相應(yīng)的閥門和水泵來進行相應(yīng)的充排水操作。當(dāng)按下自動充水或者自動排水按鈕，系統(tǒng)會按照程序自動給橡膠壩充排水，不需要點擊任何按鈕。當(dāng)按下停止按鈕，系統(tǒng)停止當(dāng)前的所有動作，進入待機狀態(tài)。當(dāng)操作員發(fā)出與設(shè)定程序相違背的誤操作時，系統(tǒng)自動彈出警示框并發(fā)出報警音提醒操作者。

　　圖3

　　在本系統(tǒng)應(yīng)用之前，橡膠壩的充排水控制必須熟悉閥門的位置和線路才能操作，使用這套控制系統(tǒng)后，只要求管理人員會使用電腦的就能進行操作，極大地簡化了工作程序，提升了工作效率。監(jiān)控服務(wù)器設(shè)置了操作記錄軟件，能詳細的記錄操作員的每一步操作，簡化了管理工作。

　　2.6遠程監(jiān)控的操作

　　遠程監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)置了獨立的IP地址和管理密碼，系統(tǒng)接入互聯(lián)網(wǎng)，所有擁有控制權(quán)限的用戶可以登錄監(jiān)視系統(tǒng)的界面遠程查看橡膠壩、控制室及泵房內(nèi)的現(xiàn)狀。

　　遠程控制用戶安裝控制客戶端后可通過客戶端登錄橡膠壩公共控制平臺，獲取權(quán)限后即可進行與權(quán)限對應(yīng)的控制操作。

　　上述的所有遠程操作均能記錄在操作記錄軟件中，在與電信3G合作后，已能夠選擇將特定的操作記錄和指令通過短信的形式發(fā)送到管理部門負責(zé)人的手機上。系統(tǒng)預(yù)留通訊接口，與物聯(lián)網(wǎng)傳感器互動，在物聯(lián)網(wǎng)及傳感器布設(shè)完畢后可完全實現(xiàn)智能化的橡膠壩控制。管理和運行工作將更容易，將能真正做到零時差反應(yīng)。

　　3、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)拓撲

　　詳細的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示

　　圖4

　　4、結(jié)論

　　本系統(tǒng)已成功應(yīng)用于南水北調(diào)項目棗莊萬年閘段的魏家溝和三支溝等多座橡膠壩，從運行3年以來的結(jié)果表明，該系統(tǒng)完全滿足設(shè)計要求，具有操作方便，可靠性強、數(shù)據(jù)完整、監(jiān)控及時等優(yōu)點，極大降低了工作人員的勞動強度、縮短了操作時間，受到了操作人員、維護人員和管理人員的一致好評。

　　參考文獻

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