摘要 許家崖水庫監控系統采用分布式控制集中管理，可編程邏輯控制器進行裝置邏輯和整定計算的網絡神經控制系統。當上位機發出指令時下位機響應解列，然后分布式控制中樞無壓閉合實現開關量的控制。本文根據實況數據分析并設計出本系統，并通過仿真測試，針對控制較分散不統一驗證了所提方案的可行性。

　　關鍵詞：自動化監控;邏輯裝置;水質自動檢測;氣象自動檢測;整定計算

　　前言:山東水利不少接有可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller,PLC)的終端管理，當單側聯絡控制通信線路發生瞬間故障時，由雙冗余備用采集切換，數據采集中心依然是單側采集末梢的通信端口，使自動化的監測控制質量無法保證。針對邏輯控制和通信閉鎖問題，給出了裝置邏輯和整定方面的分布式解決方案。通過對許家崖水庫綜自系統進行了小縱深大廣域仿真測試，驗證系統的可靠性。

　　1水庫管理處監控中心

　　水庫管理處監控中心主要有水庫管理人員監控閘門的運行狀態、閘門的各種參數、閘門的遠程啟閉控制;監控低壓電氣柜的電氣參數及啟閉機的電氣參數并能遠程對低壓電氣柜進行遠程開關控制;主要監控水庫的水文參數，包含水位、水溫等;主要監控閘門、大壩及水庫各個方面的視頻監視;主要采集庫區氣象方面的數據及水庫水質的監測。并可以通過水利專網上報水庫的相關數據，接收上級的調度指令。

　　2、橋頭堡集控站

　　橋頭堡集控站主要包括對整個閘門監控系統的管理、數據的采集和處理、綜合計算、事故故障信號的分析處理等。同時供運行值班人員使用，具有圖形顯示、運行監視、發操作控制命令、設定與變更工作方式、通信控制、系統診斷、修改定值，通過彩色顯示器可以對全系統及所有被控對象的控制、設備運行作實時監視，并取得所需的各種信息。閘門監控工作站除完成對被控對象的監視控制外，還可實現與水庫管理處管理平臺計算機通信，是整個監控系統的控制核心。

　　2.1橋頭堡閘門監控工作站功能

　　1)實時數據采集和處理

　　閘門監控工作站通過PROFIBUS-DP總線網絡和工業以太網與PLC通信，進行實時數據的采集和處理;大壩測壓監控工作站通過光纜以RS485口與大壩MCU通信，采集溢洪閘、大壩的應力、變形及滲壓。

　　主要完成下列數據量的采集和處理：

　　(1)與上級通信工作站通信，并實時顯示，執行上級調度中心命令。

　　(2)溢洪閘閘門位置。

　　(3)網絡通信設備的狀態。

　　(4)現地單元主要設備的狀態。

　　(5)閘門上升或下降等接觸器的狀態。

　　(6)閘門啟閉機保護裝置的狀態。

　　(7)動力電源及控制電源的狀態。

　　(8)有關的操作狀態。

　　(9)實時采集的水庫水位數據。

　　(10)實時監測低壓配電柜各測點的狀態。

　　(11)實時采集溢洪閘大壩的應力、變形及滲壓。

　　2).實時控制

　　操作人員通過選擇不同的操作模式，用鼠標和標準鍵盤，對監控對象進行下列控制：

　　(1)單個閘門上升、下降。

　　(2)對溢洪閘成組閘門的控制。

　　3).運行監視

　　(1)過程監視

　　在控制臺CRT上，模擬顯示單臺閘門和成組閘門的升降過程，及閘門開度數據，對閘門的升降過程進行過程監視。通過顯示器上大壩應力形變及滲壓實時數值、柱狀圖、曲線圖監視大壩的安全。

　　(2)狀態監控及報警

　　操作員工作站可對其監控對象進行安全運行監視。其中包括對電源斷路器事故跳閘，運行接觸器失電，保護動作大壩滲壓及應力形變等狀態的變化進行監視、顯示;除此之外，還能對監控系統進行異常監視，當監控系統中硬件或軟件發生故障時，可立即發出報警信號，并在CRT上顯示記錄，指示報警部位。系統能時刻監視閘門設備及監控系統本身的硬件和軟件的運行狀況，一旦發生故障，立即發出報警信號，顯示報警部位和時間，并打印記錄。

　　4).數據通信

　　監控工作站與現地PLC或MCU通采用總線網絡結構，介質DP總線專用電纜和單模光纜。

　　5).系統故障診斷

　　主控級硬件故障診斷：可在線和離線自檢計算機和外圍設備的故障。故障診斷能定位到電路板。

　　主控級軟件故障診斷：可在線和離線自檢各種應用軟件和系統軟件故障。

　　3、閘門監控系統

　　許家崖閘門監控系統主要由5套溢洪閘機旁箱LCU和放水洞LCU、輸水洞LCU、開度儀、水位計、網絡傳輸設備、 避雷設備、PLC及觸摸屏等組成。橋頭堡閘門監控工作站與現地控制單元LCU采用PROFIBUS-DP總線或以太網連接，傳輸速率高，安全穩定性好。監控范圍包括溢洪道、放水洞、輸水隧洞。閘門監控系統的核心是LCU、PLC，在控制系統形成之前以及安裝調試期間，通過LCU完成對閘門的控制操作與監視。

　　3.1.實時數據采集和處理

　　LCU可采集閘門位置、閘門上升或下降等接觸器狀態、閘門行程開關狀態、保護裝置狀態等數據，經處理后上送主控級。

　　現地PLC實時采集各閘門啟閉機電動機工況，并通過總線網絡上傳給主控級操作員工作站，實現對啟閉機工作狀態的實時監控。

　　現地LCU采集電源開關、電氣設備的狀態，水位信號。

　　3.2.實時控制

　　(1)現地PLC控制

　　在設備投運初期，閘門檢修期及主控級發生故障時，操作人員可以根據現地單元上的信號數據顯示，通過按鈕和開關實現下列操作。

　　閘門上升或下降

　　中途停機

　　另外，LCU通過通信網絡接收主控級的指令，自動完成閘門的開啟或關閉，實現遠程操作。

　　現場操作與遠程操作通過設于現地控制單元上的轉換開關進行切換。控制優先級為現地操作優先于遠程操作。

　　(2)中控室控制

　　在現地控制屏上設有現地/遠程轉換開關，當開關打在遠程控制時，可通過網絡接受主控級的指令實現對閘門的控制。

　　(3)手動控制

　　在現地控制單元PLC發生故障時，能通過現地控制屏上的手動按鈕和開關，實現手動操作，并有顯示和指示。

　　3.3.通信功能

　　通過現地PLC的通信功能將采集到數據，PLC狀態等信息經處理后通過網絡上傳至閘門監控工作站，并接受其命令;閘門監控工作站可將閘門工況通過網絡傳送至水庫管理處監控中心，供工作人員調度決策。

　　3.4.溢洪閘上下游水位觀測

　　為使觀測成果準確，水位觀測設在上、下游水位平順、水面平穩、受風浪和泄流影響較小處。在距離溢洪閘底板上游6m處及下游翼墻各設置1個超聲波水位計。

　　4、電力自動化系統

　　電力自動化系統由監控站和就地電力監測儀表組成，就地電力儀表采集電參數并通過數據總線傳輸到監控終端，實時監測配電回路狀態，并對相應回路實施遠程控制。同時電力自動化系統中S7-300PLC還通過PROFIBUS-DP總線與5個溢洪閘的LCU中S7-200PLC通訊，把5個溢洪閘的開度荷重、信號反饋、狀態信息、控制信號上傳至溢洪閘控制室監控工作站，并接受監控工作站的指令控制5個溢洪閘的啟閉。

　　監測范圍主要包括水庫配電系統、低壓配電柜、發電機、溢洪閘等。監控系統與水庫綜合自動化系統統一設計和實施。

　　5.大壩安全監測系統

　　大壩安全監測系統是水庫特別是大中型水庫的重要組成部分，主要用于大壩和涵閘變形、滲流、應力、溫度等安全參數的在線實時監測，故障預測和報警，監測數據分析和處理，從而為防洪調度、水庫安全優化運行提供決策依據。

　　大壩沉降觀測設在大壩樁號0+050、0+150、0+250、0+350、0+450、0+550、0+650、0+750、0+900斷面 上，共設27個測點。壩體測壓管25個、壩基測壓管24個。

　　大壩/溢洪閘安全監測的主要功能有：

　　1)變形監測及報警

　　(1)人工巡查

　　(2)表面位移的自動監測及報警

　　(3)壩體內部位移的自動監測(包括水平位移監測和垂直位移監測)及報警

　　(4)底板滲壓監測

　　(5)裂縫與伸展縫的自動監測及報警

　　2)應力自動監測

　　包括孔隙水壓力和土壓力的監測、報警

　　3)水位等其他監測、報警。

　　6、視頻監控系統

　　監控進入計算機網絡，管理者分控及客戶端均在辦公室電腦上實現。 可以監控圖像，控制及信息數字化后進入計算機，充分利用高科技手段進行系統管理和圖像處理。 值班人員及領導分控管理，系統運行日志，警情處理，網上分控優先權管理，確保系統安全運行。領導分控管理，系統運行日志，警情處理，網上分控優先權管理，確保系統安全運行。許家崖水庫高清視頻監控系統采用全網絡數字化系統，攝像機采用130萬像素高清網絡攝像機，錄像機采用高清網絡數字硬盤錄像機。

　　7、水文自動監測系統

　　水文自動監測系統由監控中心工作站和水庫現場水位計支架構件、太陽能供電系統、浮子式水位計(或超聲波水位計)、水溫傳感器、數據采集模塊和GPRS無線傳輸模塊等組成，其傳輸是基于GSM數據網絡傳輸。中心站與大壩測壓系統共用，由監控系統完成數據處理、圖形顯示、報表編輯和打印、向相關測站發布指令等功能，并及時向上級部門報告水情。

　　7.1系統功能

　　1)自動采集水庫水位、溫度等水情信息2)圖形方式顯示水情數據3)太陽能自動供電，保證系統自動運行。

　　7.2地點：

　　1)水庫上游溫涼河入庫口(超聲波水位計)2)水庫上游新莊河入庫口(超聲波水位計)3)輸水隧洞口(超聲波水位計)

　　8、水質自動監測系統

　　水質自動監測系統主要用于實時監測水庫水源的的水質信息。 HJ/T91-2002 «地表水和污水監測技術規范»“水系的較大支流匯入前的河口處，以及湖泊、水庫、主要河流河流的出入庫應設置監測斷面”。共設置水質自動監測站2處，分別測量水源地的COD、氨氮、PH值、溶解氧等，數據并通過GPRS無線網絡將數據傳輸至管理中心，實現水源地水質的數字化管理。

　　9、氣象自動監測系統

　　氣象自動監測系統主要用于實時監測水庫的氣象信息。

　　本項目共設置氣象自動監測站3處，分別測量水庫所在地的降雨量、風速、溫度等數據，并通過GPRS無線網絡將數據傳輸至管理中心。

　　本系統主要設備包括翻斗式雨量計、風速儀、溫度傳感器、氣象采集RTU、后備電源及避雷接地等。主要實現以下功能：

　　1)實時采集自動雨量站的降雨信息

　　2)查詢歷史氣象資料

　　3)設定氣象站的工作參數

　　4)閥值報警

　　具體實現過程如下：

　　通過翻斗式雨量計測量降雨量情況，通過風速儀測量風速數據，通過溫度傳感器測量氣溫數據，通過氣象采集RTU將數據傳輸至所有的控制室，同時接受控制室的指令，實時采集各類數據。

　　水利論文投稿刊物：中國水土保持(月刊)創刊于1980年，是水利部主管、黃河水利委員會主辦的對國內外公開發行的水土保持綜合性科技期刊。初名《水土保持》，為雙月刊,內部發行。

　　結束語

　　隨著科技的進步，電氣控制技術日趨完善，PLC技術操控靈活高效、穩定可靠，模塊化組合及分布網絡控制的工控特點，獲得了工業自動化業界的好評，并且在軍工領域及民用智能化家居控制系統中已開始逐步應用。在這場工業智能化的浪潮中，新一代PLC技術一定會在電氣工程自動化應用方面綻放出絢麗的科技之花。

　　參考文獻

　　[1] 霍寧.泵站監控系統及結構的發展趨勢[J].水利水電自動化與大壩監測,2004年第4期.

　　[2] 徐繼華.梯級泵站計算機監控系統的發展和應用[J].南水北調水利科技,200

　　作者簡介：莊新軍