水閘自動監(jiān)控系統(tǒng)的功能及應(yīng)用

1、2015.04水利工程管理技術(shù) 水閘自動監(jiān)控系統(tǒng)的功能及應(yīng)用 主 講 人： 張峰 安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院水利工程管理技術(shù)水閘自動監(jiān)控系統(tǒng)的功能及應(yīng)用水利工程管理技術(shù) 為了實現(xiàn)工程管理自動化、信息化的目標(biāo)，從實際出發(fā)，充分依靠科學(xué)技術(shù)。水閘自動化監(jiān)控系統(tǒng)必須具有先進(jìn)性、穩(wěn)定性、實用性、可靠性、時效性、高效性、擴(kuò)展性和抗干擾性。具體來說，系統(tǒng)設(shè)備要先進(jìn)；自動監(jiān)控和自動化控制要可靠、穩(wěn)定；數(shù)據(jù)采集、傳輸要準(zhǔn)確、即時；軟件開發(fā)要科學(xué)、合理；系統(tǒng)運(yùn)作要體現(xiàn)效益。為了使閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)能可靠、高效、安全、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，采用計算機(jī)控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)對其設(shè)備進(jìn)行全方位的監(jiān)控、保護(hù)、管理是十分必要的。 水

2、閘自動監(jiān)控系統(tǒng)的功能及應(yīng)用水閘自動監(jiān)控系統(tǒng)的功能及應(yīng)用水利工程管理技術(shù)水閘自動監(jiān)控系統(tǒng)的功能及應(yīng)用 水閘的自動化監(jiān)控系統(tǒng)，主要是通過計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)準(zhǔn)確檢測到閘門上、下游水位，閘門荷重，閘門啟閉狀態(tài)與閘門開度，圖像信息自動化采集與傳輸，達(dá)到能夠在監(jiān)控中心遠(yuǎn)程控制閘門啟閉以及閘門自動控制和系統(tǒng)聯(lián)動。通過實時圖像可以直觀了解到閘門的運(yùn)行工況以及周邊環(huán)境。水利工程管理技術(shù)（一）數(shù)據(jù)采集、處理及遠(yuǎn)程傳輸 這部分功能包括對實時數(shù)據(jù)的采集、進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)預(yù)處理并以一定的格式存入實時數(shù)據(jù)庫。通常按照信號性質(zhì)的不同把它分為模擬量、開關(guān)量及脈沖數(shù)字量等，其采集及處理方法也各不相同。1.模擬最的采集與處理 這一類實

3、時量包括電氣模擬量、非電氣模擬量及溫度量，對它們的采集范圍、處理方式以及各量的變化規(guī)律各不相同，所要求的采集周期也各不相同。電氣模擬量系指電壓、電流、頻率及功率、功率因素等電氣信號量。非電氣模擬量主要指壓力、流量、水位、位移等信號量。溫度量也屬于非電氣模擬量，出于其采集的信號是測溫電阻，且其變化速度一般也比較緩慢，因此將其單列出來。其處理包括預(yù)防回路斷線及斷線檢測功能、信號抗干擾、數(shù)字濾波、誤差補(bǔ)償、數(shù)據(jù)有效性合理性判斷、標(biāo)度換算、梯度計算、越限判斷、越限報警，最后經(jīng)格式化處理后形成實時數(shù)據(jù)并存入實時數(shù)據(jù)庫。水閘自動監(jiān)控系統(tǒng)的功能及應(yīng)用水利工程管理技術(shù) 2.開關(guān)量的采集 開關(guān)量采集包括中斷型開

4、關(guān)量和非中斷型開關(guān)量兩種。中斷型開關(guān)量信號指計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)能以中斷方式迅速響應(yīng)事故信號、斷路器分合及重要繼電保護(hù)的動作信號，采集這些信號要做出一系列必要的反應(yīng)及自動操作。中斷型開關(guān)量信號輸入為無源接點輸入，中斷方式接收。非中斷型開關(guān)量信號，包括各類故障信號、斷路器及隔離開關(guān)位置信號、啟閉機(jī)、機(jī)組設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信號、手動自動方式選擇的位置信號等。計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)對這些信號的采集方式為定期掃描，對信號的處理包括光電隔離、接點防抖動處理、硬件及軟件濾波、基準(zhǔn)時間補(bǔ)償、數(shù)據(jù)有效性合理判斷、啟動相關(guān)量處理功能(如啟動事故順序記錄、發(fā)事故報警音水閘自動監(jiān)控系統(tǒng)的功能及應(yīng)用水利工程管理技術(shù) 在閘門自動監(jiān)控系統(tǒng)中

5、，通信信道是一個極其重要的部分，這不僅由于通信信道的可靠性、穩(wěn)定性直接影響到整個系統(tǒng)的工作，而且有時是系統(tǒng)里價格最為昂貴的一部分。這里簡要要介紹一下閘門自動監(jiān)控系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的工作方式。 系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)主要用于中心控制室與現(xiàn)場測控站的通信，也包括測控站之間或與水位站之間的通信。通信鏈路種類可以是有線或無線的，常用的有超短波、微波、光纖和電纜等。通信方式一般采用全雙工應(yīng)答方式，即可由中心控制室觸發(fā)通信和測控站觸發(fā)通信。中心控制室觸發(fā)通信方式，包括巡檢輪詢方式、廣播方式和控制命令下發(fā)方式。測控站觸發(fā)的通信方式包括事件觸發(fā)方式和突發(fā)傳輸方式等。水閘自動監(jiān)控系統(tǒng)的功能及應(yīng)用3.通信信道水利工程管理技術(shù)(二

6、）運(yùn)行、控制和監(jiān)視 在需要進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控的水閘控制系統(tǒng)中，由于樞紐的閘門布置比較分散，且距離較遠(yuǎn)，為了能夠減輕運(yùn)行人員的勞動強(qiáng)度，水閘控制系統(tǒng)要求運(yùn)行人員能夠在中心控制室對現(xiàn)場各個閘門進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，同時還能監(jiān)視各閘門的位置以及運(yùn)行情況，當(dāng)出現(xiàn)閘門故障時，系統(tǒng)能及時報警。系統(tǒng)除了能在遠(yuǎn)程進(jìn)行監(jiān)控外，還能在現(xiàn)場對閘門進(jìn)行控制，以便于現(xiàn)場的調(diào)試、維護(hù)和緊急情況處理?，F(xiàn)地控制單元上設(shè)有切換開關(guān)以實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制欲現(xiàn)地控制之間的相互閉鎖。一般可以通過三種方式來開關(guān)閘門：一是現(xiàn)地測控站每個閘門都有一個小機(jī)柜，操作上升、停止、下降按鈕手動開關(guān)閘門；二是現(xiàn)地端有主控設(shè)備，操作相關(guān)按鈕可以實現(xiàn)單孔閘門或多空閘門的手動

7、操作；三是通過中心控制室監(jiān)控計算機(jī)給現(xiàn)地端設(shè)備發(fā)送控制指令，由現(xiàn)地主控制設(shè)備執(zhí)行控制指令以實現(xiàn)遠(yuǎn)程自動控制。監(jiān)控計算機(jī)可以根據(jù)需要設(shè)置閘門啟閉方案，達(dá)到智能控制多孔閘門的目的。水閘自動監(jiān)控系統(tǒng)的功能及應(yīng)用水利工程管理技術(shù) 水閘自動監(jiān)控系統(tǒng)通常采用由上位機(jī)系統(tǒng)(主控級)及現(xiàn)地控制單元組成的分層分布式控制系統(tǒng)，當(dāng)其中某處設(shè)備出現(xiàn)故障時，并不影響其他設(shè)備的正常運(yùn)行，在硬件上確保整個系統(tǒng)簡單、安全、可靠。閘門現(xiàn)地控制單元一般安裝在閘門啟閉機(jī)房或者系統(tǒng)配電中心操作柜中，由可編程控制器、智能閘門測控儀、控制電器、邏輯保護(hù)電路、操作按鈕、狀態(tài)指示燈、電流電壓顯示表等組成，成套于一臺機(jī)柜內(nèi)，通過接線端子與閘位

8、傳感器、荷重傳感器、機(jī)械限位、閉鎖保護(hù)、啟閉機(jī)電動機(jī)、三相交流電源進(jìn)線等連接，同時具有以下功能： 1.顯示功能。數(shù)字顯示閘位、荷重、行程設(shè)定值、荷重兩極報警設(shè)定值、電網(wǎng)電壓、運(yùn)行電流等參數(shù)；提升，降落等各種運(yùn)行狀態(tài)指示。 2.操作閘門。通過按鍵可提升、降落閘門到指定位置。 3.安全保護(hù)。具有數(shù)字電子限位、機(jī)械限位、負(fù)載過荷、工作超時、閘門啟閉機(jī)過電流、方式閉鎖等多重保護(hù)功能，確保閘門運(yùn)行安全可靠。 4.通訊功能。接收并執(zhí)行遠(yuǎn)程遙控控制命令，精確提升、降落閘門到指定位置。水閘自動監(jiān)控系統(tǒng)的功能及應(yīng)用水利工程管理技術(shù)（三）記錄、報告、統(tǒng)計報表 所有監(jiān)控對象的操作、報警事件及實時參數(shù)報表等可記錄下來

9、，并能以中文格式在CRT上顯示，在打印機(jī)上打印。打印記錄分為定時打印記錄、事故故障打印記錄、操作打印記錄及召喚打印記錄等工作方式。能在打印機(jī)和繪圖儀上打印各種現(xiàn)場水情報表、歷史數(shù)據(jù)庫中的歷史水情報表和曲線、歷史圖片、報警曲線等信息。 記錄、報表的主要內(nèi)容:(1)操作事件記錄；(2)報警事件記錄；(3)定值變更記錄；(4)報告；(5)各種統(tǒng)計表；(6)趨勢記錄；(7)事故追憶和相關(guān)量記錄。 對從實地采集來的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理、分析、統(tǒng)計，生成報表并打印輸出。 輸出內(nèi)容包括:(1)各閘門上、下游日水位過程線，水位報表。(2)各閘門引、排歷時及對應(yīng)流量報表。(3)閘門開度(閘位)和有關(guān)配電開關(guān)狀態(tài)、電壓、

10、電流、壓力等工況參數(shù)。(4)閘門運(yùn)行參數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測及記錄表達(dá)式。 可按設(shè)定的條件對數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢和統(tǒng)計，結(jié)果以報表或過程線的形式顯示出來。水閘自動監(jiān)控系統(tǒng)的功能及應(yīng)用水利工程管理技術(shù)（四）運(yùn)行參數(shù)的計算 閘門自動監(jiān)控系統(tǒng)在運(yùn)行期間應(yīng)能夠?qū)崟r計算、檢測各項運(yùn)行參數(shù)，并實時顯示、報警，以便于操作人員及時做出準(zhǔn)確地判斷，確保閘門運(yùn)行的安全可靠。 (1)計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可以使運(yùn)行值班人員通過CRT對系統(tǒng)各主要設(shè)備及輔助設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)視控制及在線修改參數(shù)。 (2)監(jiān)控系統(tǒng)將對某些參數(shù)以及計算機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行范圍監(jiān)視，進(jìn)行趨勢分析，可預(yù)先設(shè)定其限制范圍，當(dāng)它們越限或越復(fù)限時要作相應(yīng)的處理。這些處理包

11、括越限報警、越復(fù)限時的自動顯示、記錄和打?。粏酉嚓P(guān)量分析功能，作故障原因提示。水閘自動監(jiān)控系統(tǒng)的功能及應(yīng)用水利工程管理技術(shù)水閘自動監(jiān)控系統(tǒng)的功能及應(yīng)用水閘自動監(jiān)控系統(tǒng)的功能及應(yīng)用 (3)當(dāng)閘門發(fā)生事故時，計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)將立即以中斷方式響應(yīng)并自動顯示、記錄和打印事故名稱及時間；記錄、顯示和打印相關(guān)設(shè)備的動作情況；自動推出相關(guān)畫面；對事故原因進(jìn)行分析并提示處理方法；計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)能將發(fā)生的事故及設(shè)備的動作情況按其發(fā)生的先后順序記錄下來。 (4)對閘門啟閉機(jī)電動機(jī)定子溫度、軸承溫度，電動機(jī)工作電流、電壓、功率，主變壓器油溫等進(jìn)行趨勢分析；對閘門上、下游水位，水閘開啟高度，過閘流量，閘門實時荷重，排

12、澇即時流量等參數(shù)的變化趨勢曲線進(jìn)行分析，趨勢變化速率超過上、下限值時向各工作站值守人員發(fā)出報警信號。水利工程管理技術(shù)（五）通訊控制 水閘自動化監(jiān)控系統(tǒng)的通訊控制選擇應(yīng)秉承“安全可靠、先進(jìn)實用”的原則，選擇具有成熟和先進(jìn)的分布式計算機(jī)控制系統(tǒng)，在信息集中管理和科學(xué)操作的前提下，使控制危險分散，提高系統(tǒng)的可靠性?，F(xiàn)場各種數(shù)據(jù)通過PLC采集，并通過高速總線傳送到中央控制室集中監(jiān)控和管理；同樣，中央控制室主機(jī)的控制命令也通過上述高速總線傳送到PLC的測控終端，實施對各單元的分散監(jiān)測和控制。一般通訊控制的方式有三種。 1.集中控制方式 早期的閘門自動控制系統(tǒng)多采用集中控制方式，即由中央控制室統(tǒng)一直接監(jiān)測

13、與調(diào)度控制。這種工作體制由于功能過于集中，命令信息傳輸量大等而導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行可靠性降低，已逐步被淘汰。水閘自動監(jiān)控系統(tǒng)的功能及應(yīng)用水利工程管理技術(shù) 2.分布式數(shù)據(jù)采集和測控系統(tǒng)(SCADA系統(tǒng)) SCADA系統(tǒng)屬中小規(guī)模的測控系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由遠(yuǎn)程控制單元RTU、通信網(wǎng)絡(luò)及控制中心三部分組成。它既具有現(xiàn)場測控功能強(qiáng)的特點，又具有信息資源系統(tǒng)共享的組網(wǎng)通信能力。其中一些系統(tǒng)既可配有線通信系統(tǒng)，又可配無線通信系統(tǒng)，而無線通信系統(tǒng)尤為適合地域廣闊的應(yīng)用環(huán)境。 SCADA系統(tǒng)主要應(yīng)用于水利、石油、供電等行業(yè)中，用于地理環(huán)境惡劣或無人值守的情況進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，該系統(tǒng)性能價格比高，在中小規(guī)模閘群自動控制和水利樞

14、紐自動控制中，已有許多的應(yīng)用及廣泛應(yīng)用的推廣前景。 3.集散型分布式計算機(jī)控制系統(tǒng)(DCS系統(tǒng)) 系統(tǒng)采用DCS系統(tǒng)框架，標(biāo)準(zhǔn)總線結(jié)構(gòu)，具體可應(yīng)用到現(xiàn)場總線技術(shù)、以太網(wǎng)技術(shù)、PLC技術(shù)等。系統(tǒng)分為兩個層次，上層為中心管理級(稱中心站)，下層為現(xiàn)場控制級(稱閘控站或現(xiàn)地控制單元)，上層與下層通過現(xiàn)場總線或以太網(wǎng)通信。 水閘自動監(jiān)控系統(tǒng)的功能及應(yīng)用水利工程管理技術(shù)水閘自動監(jiān)控系統(tǒng)的功能及應(yīng)用水閘自動監(jiān)控系統(tǒng)的功能及應(yīng)用（六）系統(tǒng)自檢與故障處理 為保證水閘自動化監(jiān)控制系統(tǒng)的安全、可靠運(yùn)行，故要求系統(tǒng)必須具備自檢與故障報警功能。 1.對系統(tǒng)每一功能和操作提供檢查和校核，發(fā)現(xiàn)有誤時能報普、撤銷 (1)當(dāng)

15、操作者有誤時，能自動被禁止并報警。 (2)對任何自動或手動操作提示指導(dǎo)并有存貯記錄。 (3)在人機(jī)通信中設(shè)操作員控制權(quán)口令。 (4)現(xiàn)地操作與遠(yuǎn)方操作通過現(xiàn)地控制屏上的轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)換，控制優(yōu)先級為現(xiàn)地操作優(yōu)于遠(yuǎn)方操作。 2.通信安全 (1)系統(tǒng)要保證信息傳送中的錯誤碼率不會導(dǎo)致系統(tǒng)關(guān)鍵性故障。 (2)主控級與現(xiàn)地控制單元的通信包括控制信息時，對有否響應(yīng)能作明確的提示。水利工程管理技術(shù) 3.安全措施 (1)有電源故障保護(hù)和自動重新啟動。 (2)能預(yù)置初始狀態(tài)和重新預(yù)置。 (3)有自檢能力，檢出故障時能自動報警。 (4)自身設(shè)備故障能自動切除并能報警。 (5)任何硬件和軟件的故障都不危及電力系統(tǒng)的完

16、善和人身安全。 (6)系統(tǒng)中任何地方單個元件的故障都不會造成生產(chǎn)設(shè)備錯誤動作。 水閘自動監(jiān)控系統(tǒng)的功能及應(yīng)用水利工程管理技術(shù)4.系統(tǒng)具有故障檢測、提示、報苦功能及相應(yīng)的保護(hù)措施 閘門啟閉時，現(xiàn)地測控站自動采集閘門開度(閘位)和有關(guān)配電開關(guān)狀態(tài)，電壓、電流、壓力等工況參數(shù)，并將參數(shù)數(shù)據(jù)上傳給中心監(jiān)控室計算機(jī)，在控制相應(yīng)閘門的升、降、停運(yùn)行過程中，實時反饋控制終端所監(jiān)測閘門的各項參數(shù)及現(xiàn)場工況。具有故障(如過電壓、過電流、過熱、斷相、過行程、越限等)檢測、提示、報警功能及相應(yīng)的保護(hù)措施，并向中心站發(fā)送有關(guān)故障信息，標(biāo)識出可能的故障類別。中心站監(jiān)控計算機(jī)自動監(jiān)測閘門上、下游水位，并進(jìn)行過閘流量估算，當(dāng)水位越限或達(dá)到設(shè)定的報警條件時報警。水利工程管理技術(shù)水閘自動監(jiān)控系統(tǒng)的功能及應(yīng)用水閘自動監(jiān)控系統(tǒng)的功能及應(yīng)用 如水位監(jiān)測系統(tǒng)的自檢功能。當(dāng)采用壓力傳感器時，開機(jī)首先對機(jī)器本身進(jìn)行零位自檢，零位偏差較大時，儀器顯示報警信息，循環(huán)檢測直至正常為止；當(dāng)其中有一個傳感器未接上或有故