電氣自動化在水利水電工程中的應(yīng)用

佛山市高明區(qū)滄江泵站管理處 528500

摘要：水利自動化系統(tǒng)是水利工程的輔助工程，也是水利工程靈魂工程。自動化系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)真實有效與否直接關(guān)系到水利防汛抗旱部門的決策效果，所以水利自動化工程的質(zhì)量把關(guān)至關(guān)重要。

關(guān)鍵詞：電氣自動化；水利工程；應(yīng)用

前言

隨著時代的進(jìn)步和科技的發(fā)展，電子電力技術(shù)和微電子技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，因此，人們很自然的就把電氣自動化運(yùn)用在了水利水電工程的自動化方面，使水利水電工程的建設(shè)和發(fā)展更好。我們知道，水輪發(fā)電機(jī)是水利水電工程的主要樞紐，而水利水電工程的自動化恰恰扮演了水輪發(fā)電機(jī)樞紐的角色，它主要是通過模擬計算從而對整個水利水電工程監(jiān)測控制作用，職責(zé)主要是自動檢測發(fā)電機(jī)組與相關(guān)部件的運(yùn)行狀態(tài)，一旦出現(xiàn)問題，它可以迅速發(fā)出報警信號，從而自動完成任務(wù)。水利水電工程的大小，電站的類型與機(jī)組設(shè)備的好壞直接決定水利水電工程自動化的程度。

一、水利工程電氣自動化

水利工程電氣自動化工程一般包括：閘門監(jiān)控自動化系統(tǒng)、泵站監(jiān)控自動化系統(tǒng)、大壩安全自動監(jiān)測系統(tǒng)、水情自動監(jiān)測系統(tǒng)等。近年來，中型以上的水利工程幾乎都建有自動化系統(tǒng)，部分小型水利工程也安裝了自動化設(shè)備實現(xiàn)遙測遙控。水利工程自動化系統(tǒng)的技術(shù)構(gòu)成模式如下：

1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)特性

目前水利工程自動化系統(tǒng)大都采用二層或三層分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，第一層為現(xiàn)地測量控制層（現(xiàn)地單元層），第二層為集中監(jiān)控層（主控單元層），第三層為生產(chǎn)調(diào)度管理層（管理單元層）。系統(tǒng)各單元間的測控計算機(jī)均通過TCP /IP 高速以太網(wǎng)連接，其主控級與現(xiàn)地單元級以及現(xiàn)地單元級間采用星形以太網(wǎng)或環(huán)網(wǎng)連接，網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)大都采用了網(wǎng)線和光纜相結(jié)合的模式。

控制權(quán)分生產(chǎn)調(diào)度管理層、集中監(jiān)控層、現(xiàn)地測量控制層三級，控制權(quán)可以進(jìn)行設(shè)置和切換，優(yōu)先順序為“現(xiàn)地測量控制層—集中監(jiān)控層—生產(chǎn)調(diào)度管理層”。

2 系統(tǒng)的主要硬件配置

現(xiàn)地測量控制層一般都是由現(xiàn)地傳感器或變送器、現(xiàn)地智能儀表、PLC 控制系統(tǒng)等部分組成?，F(xiàn)地傳感器或變送器主要包括開度傳感器、荷重傳感器、水位變送器、壓力變送器等；現(xiàn)地智能儀表主要包括開度測控儀、荷重測控儀、水位儀、電流表、電壓表等；PLC 控制系統(tǒng)主要由PLC 系統(tǒng)與其輸入輸出接口及其電源按鈕等部件組成。

集中監(jiān)控層一般都是由主控計算機(jī)、數(shù)據(jù)服務(wù)器、打印機(jī)、UPS 電源、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等部分組成。系統(tǒng)主控應(yīng)用軟件安裝在主控計算機(jī)中，可通過主控計算機(jī)對整個系統(tǒng)進(jìn)行操作控制。

生產(chǎn)調(diào)度管理層一般由調(diào)度管理計算機(jī)、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、打印機(jī)、UPS 電源、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等部分組成，可以進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)度管理和實現(xiàn)辦公自動化。

3 系統(tǒng)的應(yīng)用軟件與數(shù)據(jù)庫的配置

水利工程自動化系統(tǒng)主控應(yīng)用軟件大都采用了組態(tài)軟件技術(shù)，大部分為進(jìn)口產(chǎn)品，部分為國產(chǎn)產(chǎn)品。具有無需編制復(fù)雜的指令代碼、開發(fā)周期短、界面友好、通用性強(qiáng)、可靠性高等優(yōu)點。數(shù)據(jù)庫采用SQLSERVER 系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫的性能較高。

4 系統(tǒng)操作與應(yīng)用特點

水利工程自動化系統(tǒng)是一種硬件和軟件相結(jié)合的系統(tǒng)，其硬件環(huán)節(jié)多而分散，影響因素多，且間歇性使用，必須定期對系統(tǒng)進(jìn)行檢測和維護(hù)，以保證系統(tǒng)在需要使用時能正?？煽康毓ぷ?，因此對操作維護(hù)人員的素質(zhì)要求較高。

二、工程應(yīng)用實例

某水閘建設(shè)規(guī)模為中型、Ⅲ級建筑物，水閘共有鋼板閘門 8 孔，每孔凈寬 12 m，總寬 96 m。設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為 20 年一遇，相應(yīng)洪水位 2.81 m，設(shè)計洪水流量 393 m3/s；洪水標(biāo)準(zhǔn)為 50年一遇，相應(yīng)洪水位 3.07 m，洪水流量 556 m3/s。

1水閘計算機(jī)自動化控制系統(tǒng)

大閘計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)覆蓋的范圍為 8 個水閘以及上下游水文測量站和一個配電房。系統(tǒng)充分利用計算機(jī)及自動化技術(shù)，實現(xiàn)對上述系統(tǒng)集中監(jiān)控，同時對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，給出決策信息；所有信息均實現(xiàn)與管理系統(tǒng)的互聯(lián)，數(shù)據(jù)可通過 Internet 技術(shù)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)發(fā)布。還可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程分析與查詢的功能，該系統(tǒng)由如下子系統(tǒng)組成：大閘監(jiān)控與控制提示、水文與水情監(jiān)控與分析、配電房監(jiān)控、中心數(shù)據(jù)處理、PIMS 管理網(wǎng)絡(luò)與 Internet 網(wǎng)絡(luò)發(fā)布系統(tǒng)。

⑴閘體監(jiān)控與控制提示

該子系統(tǒng)由現(xiàn)場操作和遠(yuǎn)程監(jiān)控兩部分組成，現(xiàn)場操作部分通過液壓控制系統(tǒng)實現(xiàn)，同時由其通過自帶的以太接口向遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送閘門的實時狀態(tài)。遠(yuǎn)程監(jiān)控通過浙大中控 DCS 系統(tǒng)，接收液壓控制系統(tǒng)發(fā)送的實時數(shù)據(jù)，實現(xiàn)在中央控制室對閘體狀態(tài)的監(jiān)視。

在整個水閘自動化監(jiān)控系統(tǒng)中，水閘自動化控制系統(tǒng)采取現(xiàn)場手動控制運(yùn)行（現(xiàn)場手動控制子系統(tǒng)）、遠(yuǎn)程自動化運(yùn)行（自動化控制子系統(tǒng)）兩種控制方式。每種運(yùn)行方式均以各個控制對象的現(xiàn)場 PLC 控制柜為起點，但現(xiàn)場手動控制系統(tǒng)的優(yōu)先級最高，且具有互鎖功能。

⑵水文與水情監(jiān)控與分析

該子系統(tǒng)通過以太網(wǎng)方式，將 JX-300XDCS 控制系統(tǒng)與水情數(shù)據(jù)服務(wù)器連接，上下游水文測量站數(shù)據(jù)可在中央控制室內(nèi)實時顯示，同時在該子系統(tǒng)內(nèi)對該水文數(shù)據(jù)進(jìn)行實時分析及計算、作業(yè)水情分析結(jié)論。

⑶配電房監(jiān)控

配電房電量參數(shù)通過電量變送器采集，和控制站 I/O 卡件連接，在中央控制室及應(yīng)變電站實時控制電壓、電流參數(shù)，并具有報警提示等功能。

⑷中心數(shù)據(jù)處理

根據(jù)液壓控制系統(tǒng)上傳的數(shù)據(jù)，對水閘運(yùn)行狀況進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，判斷水閘的運(yùn)行狀況。根據(jù)水情數(shù)據(jù)庫的實時數(shù)據(jù)，對水文數(shù)據(jù)進(jìn)行分析?？蛇M(jìn)行流量、庫容、水位、雨量、風(fēng)速、氣溫、氣壓的日統(tǒng)計、月統(tǒng)計，并以水文報表形式報出。對配電房相電壓、相電流進(jìn)行統(tǒng)計、分析，給出配電房運(yùn)行狀態(tài)。

⑸PIMS 管理網(wǎng)絡(luò)

對系統(tǒng)實時運(yùn)行情況的電量、排電量、電機(jī)和水泵等運(yùn)行數(shù)據(jù)，則通過系統(tǒng)的報表功能產(chǎn)生。對于要長期保存和進(jìn)行統(tǒng)計分析的水量、機(jī)組運(yùn)行時間、閘站運(yùn)行數(shù)據(jù)等通過實時數(shù)據(jù)庫產(chǎn)生的相應(yīng)文件，過一定的時間再將這些文件中的信息通過轉(zhuǎn)換成通用數(shù)據(jù)庫的存儲格式，并存儲到通用數(shù)據(jù)庫中，再通過數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析統(tǒng)計，從而產(chǎn)生系統(tǒng)所要求的各種統(tǒng)計分析報表。該系統(tǒng)使用實時數(shù)據(jù)庫與通用數(shù)據(jù)庫相結(jié)合的方法，可以減輕對控制系統(tǒng)的壓力，同時又使整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理以及與上層管理系統(tǒng)的聯(lián)系建立了一條較好的路徑。

⑹ Internet 網(wǎng)絡(luò)發(fā)布系統(tǒng)

在水閘自動化系統(tǒng)中，管理功能包括對監(jiān)控、控制、保護(hù)等過程中的各種數(shù)據(jù)以各種方法進(jìn)行處理、存儲、分析、顯示，按照一定的模型進(jìn)行輔助決策，以各種與管理有關(guān)的數(shù)據(jù)向網(wǎng)絡(luò)中的管理部門進(jìn)行發(fā)送。根據(jù)閘站工程管理工作的需要，設(shè)計了“歷史數(shù)據(jù)查詢”功能，管理部門和指揮中心可對時段內(nèi)工程設(shè)備應(yīng)用情況進(jìn)行查詢和打印。

2閘體原型觀測自動化控制系統(tǒng)

大閘閘體的原型觀測，考慮了沉降、水平位移、分縫和壓力等因素，觀測項目的設(shè)置合理。

⑴系統(tǒng)的組成

測量系統(tǒng)包括 64 只 GKD 型鋼弦式隙水壓力儀，分別布置在觀測斷面即閘中心線、和中心線左、右各一個斷面，以及非觀測斷面的閘墩軸線處。10只 TS 周邊縫位移計，分別布置在閘室內(nèi)閘墩分縫處。采用萊卡 TCA-2003 型全站儀，人工觀測沉降和水平位移。

⑵系統(tǒng)功能

閘體原型觀測自動系統(tǒng)的建立，是通過計算機(jī)向各個數(shù)據(jù)采集終端發(fā)出數(shù)據(jù)采集信號，終端在收到信號后進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。計算機(jī)對所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并形成各種實用圖表及進(jìn)行數(shù)據(jù)的整理，系統(tǒng)既可以一次對所有測點進(jìn)行巡測，也可以對單個測點進(jìn)行點測。

3系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)的軟件依托 Windows32 位平臺，采用 Visval、Basic6.0 系統(tǒng)，本系統(tǒng)簡單易學(xué)，使得系統(tǒng)維護(hù)和擴(kuò)展更加容易。該軟件采用 ODBC 技術(shù)與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行連接，數(shù)據(jù)庫選擇性能優(yōu)越的 SQL、Server7.0。

三、結(jié)束語

水利自動化系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于水文測報、洪水調(diào)度、大壩監(jiān)測、水質(zhì)監(jiān)測等水利建設(shè)的各個方面，大幅提升了水利現(xiàn)代化管理水平，為水利工程建設(shè)質(zhì)量和投資效益提高發(fā)揮了巨大的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 周亞峰.淺談電氣自動化控制系統(tǒng)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢[J].中小企業(yè)管理與科技（下旬刊），2011（06）.

[2] 侯碧菲.電氣自動化技術(shù)的潛在發(fā)展空間與應(yīng)用分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013（19）.

[3] 吳永志.PLC在排水泵站自動化監(jiān)控中的應(yīng)用[J].科技資訊.2011（09）

[4] 王樂.水利工程自動化控制應(yīng)用趨勢[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報.2011（10）

[5] 李峰.對泵站電氣自動化的探討[J].中小企業(yè)管理與科技（下旬刊）.2011（08）

[6] 信權(quán).淺析泵站自動化監(jiān)控系統(tǒng)的管理[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報.2009（05）