閘門(mén)啟閉機(jī)自動(dòng)化控制與監(jiān)控研究設(shè)計(jì)

謝釗

摘 要：在水利工程中，對(duì)于水庫(kù)的控制工作的重點(diǎn)在于閘門(mén)是否能及時(shí)的開(kāi)啟與關(guān)閉，而閘門(mén)的開(kāi)啟與閉合主要有閘門(mén)啟閉機(jī)控制。為實(shí)現(xiàn)對(duì)閘門(mén)啟閉機(jī)的高效控制，可以通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)閘門(mén)啟閉機(jī)的自動(dòng)化控制與監(jiān)控。本文將就其具體設(shè)計(jì)方案進(jìn)行深入探析。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī);自動(dòng)控制監(jiān)控;啟閉機(jī);研究

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷成熟，閘門(mén)啟閉機(jī)的自動(dòng)化控制與監(jiān)控已經(jīng)在大型水利工程中得以普遍的應(yīng)用。這也有效地提升了大型水利工程施工效率與質(zhì)量。但是，在小型湖泊及水電站的建設(shè)中，受條件的限制，這種方法并沒(méi)有得到全面的普及。因此，用針對(duì)閘門(mén)啟閉機(jī)自動(dòng)化控制與監(jiān)控進(jìn)行進(jìn)一步深入探究，使其更好的為優(yōu)化水資源而服務(wù)。

一、閘門(mén)啟閉機(jī)的自動(dòng)控制與監(jiān)控系統(tǒng)要求

（一）功能完善、投資低

對(duì)于小型工程而言，對(duì)閘門(mén)的控制功能的要求并不高，只要能夠通過(guò)自動(dòng)化控制與監(jiān)控實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)的運(yùn)動(dòng)功能，滿(mǎn)足初步控制需求即可。因此，在保證功能完善的情況下，無(wú)需額外投入過(guò)多的資金。

（二）動(dòng)作可靠，運(yùn)行穩(wěn)定

自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用就是為了保證閘門(mén)啟閉機(jī)能夠高效、快速、穩(wěn)定的工作。因此，控制系統(tǒng)應(yīng)首先保證自身的穩(wěn)定性及可靠性。這就要求在設(shè)計(jì)之初，確保其主控制器能夠穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)確保傳輸網(wǎng)絡(luò)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的可靠性。

（三）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單維護(hù)方便

在水利工程施工現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行閘門(mén)啟閉操作時(shí)，往往不能保證操作人員的專(zhuān)業(yè)性。因此，為了更方便其投入應(yīng)用，應(yīng)保證操作的簡(jiǎn)單性，結(jié)構(gòu)不要過(guò)于復(fù)雜，以便于工作人員使用、維護(hù)及保養(yǎng)。

二、控制方案的確定

（一）控制器的選擇

在閘口啟閉機(jī)控制器上，最常見(jiàn)的兩種選擇，一是利用PLC完成控制，二是利用單片機(jī)完成控制。但由于水利工程中，閘口啟閉機(jī)存在諸多輸入/輸出口。為了保證控制與監(jiān)測(cè)的精準(zhǔn)性，并且提高其便捷性，在控制器的選擇上，更加傾向于利用PLC完成控制。

（二）控制方案

在確定選擇利用PLC進(jìn)行控制后，應(yīng)圍繞其展開(kāi)控制方案設(shè)計(jì)?？刂品桨傅闹饕笫且獫M(mǎn)足閘門(mén)啟閉機(jī)在正式運(yùn)行后對(duì)電氣控制的需求。而在控制方案中，PLC的意義在于有效地采集外部設(shè)備所傳達(dá)出的狀態(tài)信息，同時(shí)采集外界的模擬信號(hào)。另外，PLC.應(yīng)做到結(jié)合實(shí)際情況完成設(shè)計(jì)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)對(duì)啟閉機(jī)的實(shí)時(shí)控制，第一時(shí)間對(duì)其故障進(jìn)行報(bào)警。除此之外，PLC在接受到現(xiàn)場(chǎng)紛雜的信息與信號(hào)后，應(yīng)將其轉(zhuǎn)化為操縱指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)閘門(mén)啟閉的控制。同時(shí)，PLC應(yīng)實(shí)時(shí)監(jiān)控閘門(mén)啟閉機(jī)的狀態(tài)，確保其運(yùn)行過(guò)程中一直維持在安全、穩(wěn)定的狀態(tài)。

三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（一）系統(tǒng)構(gòu)成

系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)保證在施工過(guò)程中，能夠遠(yuǎn)程、實(shí)時(shí)的對(duì)閘門(mén)進(jìn)行控制，并且保證對(duì)閘門(mén)狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。因此，本系統(tǒng)主要利用了CAN總線(xiàn)的方法進(jìn)行各組件的連接，系統(tǒng)的組成部分主要包括：閘門(mén)、啟閉機(jī)、監(jiān)控單元、集中控制中心。從功能層次上來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)監(jiān)控層與控制層兩部分構(gòu)成。計(jì)算機(jī)監(jiān)控層的核心組成為計(jì)算機(jī)傳輸線(xiàn)纜;控制層的核心組成為PLC控制單元。

主控制器主要是對(duì)閘門(mén)啟閉機(jī)的開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制，在檢測(cè)水位的同時(shí)采集相關(guān)設(shè)備的參數(shù)確保閘門(mén)的有效控制能夠按照設(shè)定的流程完成，另外，還保留了手工操作啟閉機(jī)的功能，這樣做是為了在設(shè)備遇到突發(fā)情況時(shí)，能夠及時(shí)的進(jìn)行處理。通常情況下，主控級(jí)和單元控制級(jí)構(gòu)成了控制系統(tǒng)的重要組成部分，在控制中心，主控級(jí)借助計(jì)算機(jī)完成對(duì)閘門(mén)和參數(shù)的控制與設(shè)定，單元控制級(jí)則負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與判斷，響應(yīng)主控制的控制指令。

（二）系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)、通信電纜、PLC以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)是構(gòu)成閘門(mén)啟閉機(jī)控制系統(tǒng)硬件的重要組成部分，作為整個(gè)控制原件的核心，PLC可編程邏輯控制器在整個(gè)系統(tǒng)中發(fā)揮中樞作用，PLC-繼電器-接觸器是比較典型的控制方案，這種方案既實(shí)現(xiàn)了對(duì)閘門(mén)啟閉機(jī)的控制，又能對(duì)閘門(mén)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，因此硬件上系統(tǒng)采用了12位格雷碼設(shè)計(jì)。

（三）系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)上采用主態(tài)軟件的目的是為了實(shí)現(xiàn)對(duì)閘門(mén)啟閉機(jī)的直觀控制，由于組態(tài)軟件能夠直接設(shè)置在計(jì)算機(jī)上，因此處于監(jiān)控中心的計(jì)算機(jī)便能夠?qū)ο嚓P(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，監(jiān)控中心能夠結(jié)合地面控制單元的指令做出相應(yīng)的應(yīng)答，及時(shí)滿(mǎn)足控制需求，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)能夠進(jìn)行有效控制，組態(tài)軟件能夠采集各個(gè)閘門(mén)的位置，采集閘門(mén)開(kāi)光量以及閘門(mén)啟閉機(jī)保護(hù)和電源狀態(tài)，利用圖形化控制，使操作人員在使用過(guò)程中更加便捷。

四、系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

（一）系統(tǒng)控制功能

在閘門(mén)的系統(tǒng)控制上可以采用兩個(gè)方案，分別是手動(dòng)控制和遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制，作為整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，控制中心在閘門(mén)啟閉機(jī)和狀態(tài)監(jiān)測(cè)中發(fā)揮著重要作用，在對(duì)閘門(mén)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制過(guò)程中，主控制器發(fā)揮了自身的優(yōu)勢(shì)，使計(jì)算機(jī)與控制系統(tǒng)之間能夠?qū)崿F(xiàn)信息傳遞，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的整體控制。

（二）監(jiān)控功能

監(jiān)控功能主要是單元控制模塊的傳感裝置發(fā)揮作用，正是因?yàn)橛辛诉@個(gè)傳感裝置的存在，控制中心才能對(duì)上游水位、設(shè)備狀態(tài)以及閘門(mén)狀態(tài)等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，確保整個(gè)系統(tǒng)能夠在安全穩(wěn)定的環(huán)境下運(yùn)行。系統(tǒng)需要定期的對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，確保數(shù)據(jù)的刷新有規(guī)律可循，這樣在遇到故障時(shí)，系統(tǒng)才能夠發(fā)出警報(bào)，并對(duì)故障進(jìn)行診斷。

（三）系統(tǒng)的優(yōu)先級(jí)與功能互鎖

轉(zhuǎn)換裝置的存在能夠讓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)和遠(yuǎn)程控制工作狀態(tài)的切換，相對(duì)而言，系統(tǒng)的優(yōu)先級(jí)在現(xiàn)場(chǎng)控制時(shí)最高，當(dāng)開(kāi)關(guān)的傳感器信號(hào)達(dá)到系統(tǒng)的上線(xiàn)閾值時(shí)，啟閉機(jī)的上升功能就會(huì)被鎖定，同樣道理，當(dāng)開(kāi)關(guān)的傳感器信號(hào)達(dá)到系統(tǒng)的下限閾值時(shí)，啟閉機(jī)的下降功能就會(huì)被鎖定，這是系統(tǒng)的功能互鎖，由于功能互鎖，系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境才更加安全。

五、總結(jié)

為了實(shí)現(xiàn)水資源的最優(yōu)處理，必須采取有效措施控制閘門(mén)啟閉機(jī)的工作狀態(tài)，采用PLC對(duì)閘門(mén)啟閉機(jī)進(jìn)行控制與監(jiān)控，使其真正實(shí)現(xiàn)了智能化與自動(dòng)化，為控制系統(tǒng)的穩(wěn)定工作提供了有力保障。

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