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橡膠壩远程集中测控部分、现地测控部分的设计情况

发布日期:2019-01-19 浏览数:359 次

1 橡膠壩自动化测控系统现状
          自上个世纪1957 年美国在洛杉矶河道上建成了世界上第一座橡膠壩以来,橡膠壩以其投资少、工期短、跨度长、施工简便、外表美观等一系列优点成为城市河道范围内蓄水坝首选。
          橡膠壩是以高分子合成材料作为承力主体,以封闭状锚固于坝底基础上,并形成封闭状,以水或气(国内主要以水为介质)充胀后形成壩袋式水坝。随着介质的多少,可以调节坝高,同时平整的坝顶可以溢流。而在汛期,又可以放空介质,壩袋空低,又能完全恢复原有河渠的过流断面。
           橡膠壩在我国大部分省区得到大范围的推广应用,随着机电技术的发展,以及国家行业标准《橡膠壩技术规范》发布,更促成橡膠壩技术进入正规、有序、稳步的发展阶段。目前橡膠壩采用的机电技术逐渐发展成以PLC为测控核心,以先进的传感技术、联动执行机构技术及通信技术为外围,形成安全、可靠、并可长时间稳定运行的自动化测控系统。软件上,也以先进的组态软件为基础,界面友好、实时性高
         此文总结了笔者近三年在烟台市范围内(含海阳、莱阳等县级市)完成的8 座充水式橡膠壩而积累的丰富的橡膠壩自动化系统的实施经验,相信对我国橡膠壩测控同行及用户会有一定的参考价值。

 

2 系統總體設計

2.1 設計原則
2.1.1 安全可靠原則
          橡膠壩作爲攔河性水利工程,一旦在汛期時失靈,極有可能造成非常嚴重的洪水、潰壩等後果,因此,安全可靠性絕對是橡膠壩運行過程中首先要遵循的原則。這就要求,在橡膠壩自動化測控系統實現的,必須確保所有設備安全、可靠,選用正規、合格的機電設備,並在系統設計中配置設備自檢、互檢、故障預警/ 報警及自動切除等功能,重要的測控設備則可考慮冗余配置。
2.1.2 技術先進原則
         技术先进代表着目前先进的设备设计、制造工艺,也代表着可以利用的当前工控界的先进成果。因此,系统设计与实现时,应该应用当前最新的机电控制技术、计算机测控技术、网络通信技术等先进成熟的设备与软件硬件平台。
2.1.3 性能優越原則
          要确保用户系统性能优越,需测量的各系统参数要保证有足够的测量精度。执行机构则要确保足够的到位能力及实时性。能使系统在各种工况下都能应对自如。
2.1.4 完全開放原則
          由于测控技术的迅猛发展,所实现的系统应该遵循完全开放。包括采用标准化的测控设备、接口,预留冗余接口及为未来升级使用的扩展接口等。各接口必须采用目前通用的标准接口,如串行通讯,一很采用标准RS485、CAN 等总线方式及MODbus 协议,以确保系统开放。
2.1.5 易維易操原則
         这一原则是不言而喻的。一个系统对于它的使用者而言,如果即不易于操作,也不易于维护,则绝对是个失败的系统。
2.2 總體結構及方案說明
           系统总体结构分为四个部分:远程集中测控、现地测控、数据采集与执行机构、通信网络。远程集中控制的主体是工业控制计算机(工控机),以组态软件为编程工具,将整个橡膠壩的完整测控工况完全体现,并具备完善的数据分析能力,同时也允许操作人员远程操控坝的充排操作。现地测控主体是现地控制柜。以PLC 技术为核心,包括:现场传感数据采集、处理、上传;执行机构的操控;设备维护时的现地操作。
           数据采集主要由各传感器完成,如坝前后的水位数据、壩袋的内压力、动力水泵的温度、功能等参数测量等。执行机构主要由PLC控制的各继电器触点来实现,如启、停泵控制、警报器驱动等。通信网络可以采用RS485、CAN 之类的串行网络,也可以采用工业以太网。传输介质一般为防雷而采用光纤。目前的新技术是光纤以太环网,已经在越来越多的工程中采用。整体来说,总体方案可用如下系统框图来表示。系统中,数据采集部分与通信网络部分属常规技术,下面篇幅重点介绍一下远程集中测控设备及技术和现地测控单元设计。

 

3 遠程集中測控系統設計

           远程集中测控系统的核心是工业控制计算机(工控机)。目前,有些中控室采用普通计算机或者服务器作为中控计算机,笔者认为这样是不妥当的。普通计算机的内部大多采用民用级器件,其可靠性与耐恶劣环境能力均较低;而服务器的强项在于网络处理及数据安全方面,但服务器一般要求在恒温恒湿的专业机房中运行,因此这两种计算机均不适用于工控领域。工控机则采用专门设计,拥有较厚的全金属机箱,在散热、防尘、抗干扰等方面均适合于工控场合,内部器件也是工业级别,安全可靠。
           其它辅助设备有UPS、打印机等。工控机运行的监控软件目前基本采用的是组态软件,其特点是画面建造容易、修改方
便、動畫效果好且能在初期就能設計成和現場基本類似的顯示效果。
監控軟件完成的主要功能有:
(1) 壩袋的充排时序,严格与工程功能要求一致,并由机电部分完整实现;
(2) 完全监测及控制橡膠壩系统中涉及的动力设备、全坝水位、坝体安全、管路系统、壩袋压力检测及报警、介质(水或气) 进出口等全系统参数,并实现预定义的各种工况下的自动操控。
(3) 完成實時數據采集、顯示,並實現實時控制。
(4) 軟件具備非法操作禁止、異常工況智能按預定義步驟處理、中控室集中測控及現地測控切換、曆史數據查詢、分析及報表編排打印。

 

4 現地測控單元設計

           现地充排测控单元主要安装在现地控制柜中。其核心是一套PLC 系统,可以完成数据采集处理、响应现地按钮指令、在远控制模式下响应中控室命令等功能。辅助设备有触摸显示屏、测量电流/ 电压等参量的多功能仪表、按钮等。
這部分主要完成的功能有:
4.1 控制功能
           主要完成现场人工控制及远程自动控制功能。现场人工控制的优先级别最高。这种方式下,可允许操作人员在现场直接点击触摸屏或按下控制柜上的按钮来进行充/ 排水( 气)的操作,同时可根据控制柜面板上安装的多功能仪表、指示灯等来检查当前系统中设备的状态,一旦发现异常,即可通过急停或停止按钮来停止运行,防止系统事故的发生。远程控制方式下,需要现地将选择开关由“现地”转至“远程”,以获得远程控制权限。这时,可以在中控室的组态软件环境下,集中监视、操作、控制。并且在这种控制模式下,所有的操作、参量均可以记录到数据库中,有利于分析、追忆。
4.2 各類運行參量實時監測
         如各点水位、壩袋压力、泵的温度、电压、电流等参量以及泵的启停状态、电源通断等状态量。
4.3 系統保護及異常處理功能
         对泵进行实时监测,一旦发现异常,可以通过温度继电器、电压/ 电流保护器等设备来完成对泵的保护功能。
4.4 避雷及環境防護
           现地控制设备中应该装备有避雷设备,尤其在外部引入的通信线缆、电源线缆等易引入感应雷、甚至直击雷的渠道。对多沙尘、潮湿等恶劣气候环境下,也要加装滤网、加热器等防护设施,以确保现地设备可靠运行。

 

5 結束語

            以上介绍的,是设计一个典型的橡膠壩所需要基本具備的各部分系統及所需要完成的功能。對于一個橡膠壩而言,还有一些其它辅助功能,如视频监控系统目前在各行业中发展非常迅猛,所有橡膠壩也均具备,但因与本文主题无关,这里不作讨论。对一般橡膠壩而言,本文给出的设计模式是肯定能够满足其测控运行需要且易于以经济、简便的方式实现。
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