闸门监控系统解决方案
时间：2015-06-18 04:35
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来源：互联网
概述
随着通信技术和控制技术的飞跃发展，计算机监控系统在水电站的广泛使用，特别是"无人值班，少人职守"这一控制模式提出的同时，水电站、水利枢纽等工程对闸门监控和管理的自动化水平提出了新的要求。
根据市场需求，我公司开发的新一代闸门控制系统，是以可编程序控制器为控制核心，采用工业以太网技术，配置高性能上位机，使系统的结构简单明了，大大提高了系统的可靠性、可用性，减少了调试运行维护的强度，成为"无人值班，少人职守"水电站必不可少的设备。
本系统结构简单，操作便捷。运行人员只需在上位机控制画面中输入闸门需要调整的高度并确认，闸门监控系统即可按要求自动完成闸门的启停。控制精度高、响应速度快。
系统结构
控制系统采用分层分布式结构，整个系统分为两层，上层为中控室监控单元、下层为现地操作单元。实现对所有闸门的监视、控制；现地层以PLC为主控元件实现控制。根据闸门数量配置控制箱，每扇闸门各配置1台控制箱，放置于被控闸门启闭机旁。既可在上位机实现对闸门的远程监控，亦可通过控制箱上的按钮对闸门进行现地操作。
使用旋转编码器实时采集闸门高度，通过SSI（格雷码）编码信号发送至开度荷重测控仪，开度荷重测控仪将数据转换后将在其自身的面板上显示，并将数据通过modbus通信的方式传送至PLC，供操作人员查看。同时也将信号发送至中控室，实现远方监视。
控制系统采用100M工业以太网方式进行上位机与各个控制柜的直接通信。以实现中控室监控计算机对各个闸门的监视、控制，即便其中一台设备出问题也不会影响其它设备的运行。真正做到分层分布式控制方式。
其系统结构图如下：
对于地处偏远，无法连接光纤的用户，我们使用GPRS传送解决方案。
系统特点
高精度：系统使用多圈绝对型编码器，闸门运行精度可到达毫米；
高可靠性：系统配有电气、机械限位保护，电气运行保护等。
工业通讯网络：上位机与现地设备之间采用工业级以太网通信，绝不会出现通信受干扰导致数据变化的情况；
高速率：高性能的PLC、上位机以及工业以太网的组合使通信延时低于1ms，现场信号的变化将以最快速度传递至上位机显示画面中；
结构简单：PLC→通信网络→上位机，有效降低投资成本及维护成本；
各单元相对独立：上位机、各个闸门控制柜之间相对独立，任何一个控制柜故障均不会影响其它闸门的运行；
操作方式多样性：能够完成现地手动控制、远方手动控制、远方精确控制、系统自动控制等操作；
系统功能
1)监控功能
可通过上位机完成画面显示、报表打印、设置参数及操作控制等功能，对整个闸门系统主要设备的运行工况实行全面监控。
2)远程调度功能
可接收远方调度的命令，对闸门进行自动控制和调节。
3)事件顺序记录功能
对整个闸门系统主要设备的事故及故障信号、监控系统的故障信号等进行事件顺序记录。根据故障信号发生的时间顺序，记录发生的故障信号的名称、变位时间，时间包括年、月、日、时、分、秒。
4)操作记录功能
记录运行人员在人机界面上进行的操作的名称、时间以及操作是否成功。
5)故障报警功能
当监控对象发生故障时，本系统能自动报警；发生事故时，本系统能自动停止闸门的运行并报警。所有故障信号在闸门控制箱中都由故障指示灯发出警告，上位机中能够显示详细故障信息，现地设备是否有故障、闸门是否卡住、闸门操作异常等信号。
6)系统自诊断功能
监控系统在线运行时，对本系统内的硬件及软件进行自诊断。 PLC具有自诊断功能，可以检测出程序时出线的错误，并自行更正、恢复。PLC同时也能够检测 闸门荷重仪、热过载继电器动作，旋转编码器发送的编码信号，编码器错误或通讯断线等。PLC将立即发出故障信号；
7)实时控制功能
精确控制：能够在上位机操作画面中设定闸门需要动作的高度，确定执行后，控制系统将自动完成闸门控制，使闸门运行到指定高度；
手动控制：上位机同样配有手动操作按钮，包括“上升、下降、停止、紧急停止“，可根据运行要求手动完成操作。手动控制受到上下极限保护，当运行到极限位置时自动停止；
自动控制：此功能为选配功能。系统可根据上下游水位差自动完成对闸门的启闭操作，该功能需要另外采集上下游水位；
以通讯的形式向中控室传送闸门的详细运行状态。并且保留原有闸门控制系统硬结点的形式传送闸门全开/全关状态、电源合闸/分闸状态、闸门远方/现地操作状态。
控制箱设有远方/现地切换功能。正常状态下操作把手置远方位置，由上位机操作。闸门手动控制由现地控制实现，在此方式下现地控制装置能进行各种采样显示和监视报警能够实现闸门自动闭环控制。可根据运行人员的要求，在闸门行程范围内的任意位置对闸门进行启停。此功能在中控室及现地操作均能实现。可设置闸门上上限、上限、下限位置，并可分别显示查询；
8)保护功能
控制箱设有断相保护、上限保护、下限保护、荷重保护。当闸门开至上限时，闸门将不能继续上升。
使用机械联锁可逆接触器及带分励脱扣功能断路器来控制闸门电机。每个闸门控制都可实现远方紧急停止，可防止电机粘连后将动力电源回路切断，起到保护电机和防止误操作的功能。
控制柜
下图为我公司设计的针对室内型启闭机的控制柜，柜体大小根据启闭机电机容量决定。如是室外型启闭机，控制箱则换成不锈钢材质室外型。如下图：
随着通信技术和控制技术的飞跃发展，计算机监控系统在水电站的广泛使用，特别是"无人值班，少人职守"这一控制模式提出的同时，水电站、水利枢纽等工程对闸门监控和管理的自动化水平提出了新的要求。
根据市场需求，我公司开发的新一代闸门控制系统，是以可编程序控制器为控制核心，采用工业以太网技术，配置高性能上位机，使系统的结构简单明了，大大提高了系统的可靠性、可用性，减少了调试运行维护的强度，成为"无人值班，少人职守"水电站必不可少的设备。
本系统结构简单，操作便捷。运行人员只需在上位机控制画面中输入闸门需要调整的高度并确认，闸门监控系统即可按要求自动完成闸门的启停。控制精度高、响应速度快。
系统结构
控制系统采用分层分布式结构，整个系统分为两层，上层为中控室监控单元、下层为现地操作单元。实现对所有闸门的监视、控制；现地层以PLC为主控元件实现控制。根据闸门数量配置控制箱，每扇闸门各配置1台控制箱，放置于被控闸门启闭机旁。既可在上位机实现对闸门的远程监控，亦可通过控制箱上的按钮对闸门进行现地操作。
使用旋转编码器实时采集闸门高度，通过SSI（格雷码）编码信号发送至开度荷重测控仪，开度荷重测控仪将数据转换后将在其自身的面板上显示，并将数据通过modbus通信的方式传送至PLC，供操作人员查看。同时也将信号发送至中控室，实现远方监视。
控制系统采用100M工业以太网方式进行上位机与各个控制柜的直接通信。以实现中控室监控计算机对各个闸门的监视、控制，即便其中一台设备出问题也不会影响其它设备的运行。真正做到分层分布式控制方式。
其系统结构图如下：
对于地处偏远，无法连接光纤的用户，我们使用GPRS传送解决方案。
系统特点
高精度：系统使用多圈绝对型编码器，闸门运行精度可到达毫米；
高可靠性：系统配有电气、机械限位保护，电气运行保护等。
工业通讯网络：上位机与现地设备之间采用工业级以太网通信，绝不会出现通信受干扰导致数据变化的情况；
高速率：高性能的PLC、上位机以及工业以太网的组合使通信延时低于1ms，现场信号的变化将以最快速度传递至上位机显示画面中；
结构简单：PLC→通信网络→上位机，有效降低投资成本及维护成本；
各单元相对独立：上位机、各个闸门控制柜之间相对独立，任何一个控制柜故障均不会影响其它闸门的运行；
操作方式多样性：能够完成现地手动控制、远方手动控制、远方精确控制、系统自动控制等操作；
系统功能
1)监控功能
可通过上位机完成画面显示、报表打印、设置参数及操作控制等功能，对整个闸门系统主要设备的运行工况实行全面监控。
2)远程调度功能
可接收远方调度的命令，对闸门进行自动控制和调节。
3)事件顺序记录功能
对整个闸门系统主要设备的事故及故障信号、监控系统的故障信号等进行事件顺序记录。根据故障信号发生的时间顺序，记录发生的故障信号的名称、变位时间，时间包括年、月、日、时、分、秒。
4)操作记录功能
记录运行人员在人机界面上进行的操作的名称、时间以及操作是否成功。
5)故障报警功能
当监控对象发生故障时，本系统能自动报警；发生事故时，本系统能自动停止闸门的运行并报警。所有故障信号在闸门控制箱中都由故障指示灯发出警告，上位机中能够显示详细故障信息，现地设备是否有故障、闸门是否卡住、闸门操作异常等信号。
6)系统自诊断功能
监控系统在线运行时，对本系统内的硬件及软件进行自诊断。 PLC具有自诊断功能，可以检测出程序时出线的错误，并自行更正、恢复。PLC同时也能够检测 闸门荷重仪、热过载继电器动作，旋转编码器发送的编码信号，编码器错误或通讯断线等。PLC将立即发出故障信号；
7)实时控制功能
精确控制：能够在上位机操作画面中设定闸门需要动作的高度，确定执行后，控制系统将自动完成闸门控制，使闸门运行到指定高度；
手动控制：上位机同样配有手动操作按钮，包括“上升、下降、停止、紧急停止“，可根据运行要求手动完成操作。手动控制受到上下极限保护，当运行到极限位置时自动停止；
自动控制：此功能为选配功能。系统可根据上下游水位差自动完成对闸门的启闭操作，该功能需要另外采集上下游水位；
以通讯的形式向中控室传送闸门的详细运行状态。并且保留原有闸门控制系统硬结点的形式传送闸门全开/全关状态、电源合闸/分闸状态、闸门远方/现地操作状态。
控制箱设有远方/现地切换功能。正常状态下操作把手置远方位置，由上位机操作。闸门手动控制由现地控制实现，在此方式下现地控制装置能进行各种采样显示和监视报警能够实现闸门自动闭环控制。可根据运行人员的要求，在闸门行程范围内的任意位置对闸门进行启停。此功能在中控室及现地操作均能实现。可设置闸门上上限、上限、下限位置，并可分别显示查询；
8)保护功能
控制箱设有断相保护、上限保护、下限保护、荷重保护。当闸门开至上限时，闸门将不能继续上升。
使用机械联锁可逆接触器及带分励脱扣功能断路器来控制闸门电机。每个闸门控制都可实现远方紧急停止，可防止电机粘连后将动力电源回路切断，起到保护电机和防止误操作的功能。
控制柜
下图为我公司设计的针对室内型启闭机的控制柜，柜体大小根据启闭机电机容量决定。如是室外型启闭机，控制箱则换成不锈钢材质室外型。如下图：
