基于PLC技术的水利自动化监控系统的设计与应用

基于PLC技术的水利自动化监控系统的设计与应用
发表时间：2018-09-17T15:21:15.210Z 来源：《基层建设》2018年第23期作者：张佳一王仕杰[导读] 摘要：PLC作为一种全新的技术，可以适应水利系统中的恶劣环境，相对计算机的控制系统，它的稳定性和抗干扰性有更加明显的优势。

南水北调东线山东干线有限责任公司山东省济南市 250000 摘要：PLC作为一种全新的技术，可以适应水利系统中的恶劣环境，相对计算机的控制系统，它的稳定性和抗干扰性有更加明显的优势。

因此，要想优化水利自动化监控系统，就必须优化设计，加大PLC技术在系统中的应用。

关键词：PLC技术；水利自动化；监控系统；设计；应用 1PLC的概述 PLC作为一种可编程控制器，其同样需要依靠计算机技术的发展来为其进行有效的优化，从而确保PLC技术可以更加的完善与优化。

另外，与之前PLC技术相比，目前PLC技术由于经历了一定时间的发展与完善，其已经在原来的基础上有了突飞猛进的水平提升，但是PLC的定义并未因此做出改变。

另外，由于客户之间的需求有所不同，所以PLC技术可以在相关程序的控制下而对实际需求做出相应的改变，从而有助于电气自动化水平的提升。

一般来说，在与其它自动化控制系统对比后得出，PLC控制系统的接线，主要在输入/输出端有所需要，其它线路仅需要与相对应的软件进行连接便可，所以PLC控制系统的接线量非常有限。

此外，PLC控制系统通常按照预先设定好的
程序来完成信息获取、处理以及存储等方面的工作，所以通常不需要对程序进行改变与调整。

通过对比发现，PLC自动化控制系统具有相对复杂的结构构成。

其中，电源、处理器、存储器以及各种功能模块是PLC自动化控制系统中不可或缺的组成结构。

同时，PLC自动化控制系统中的各个组成结构与其工作的稳定性有所关联，并且对于其功能能否充分表现有着重要联系。

电源是整个PLC控制系统得以运行的基础，如果电源组件存在问题，则其将无法展开自动化控制方面的工作。

此外，PLC控制系统的核心便是处理器，其主要对处理数据及转化信息等工作进行负责。

最后，PLC自动化控制系统中的各项功能能否稳定发挥，与其各个功能模块与系统的配合默契程度有着直接联系。

2当前水利自动化监控系统存在的问题当前，大多数的水利自动化监控系统设计主要基于C/S架构，这种网络架构的系统联网难度较大，扩展性较差，随着水利项目的发展，有些自动化监控系统已经无法满足现实需求。

并且一些水利单位使用版本较低的监控软件，实际操作应用中经常出现数据泄露、死机等问题，直接影响了监控效果，水闸、水库的防汛安全使人非常担心。

同时，水利自动化监控系统项目在硬件方面的质量也存在一些突出问题，在建设水利自动化监控系统时，往往会受到技术手段、管理水平等因素的影响，特别是专业施工技术人员的流动性较大，自动化监控建设不达标，再加上缺少专业的监管人员，有些水利工程建设了自动化监控系统，但是实用性较差，利用率很低，直接影响了实际水利自动化监控效果。

另外，水利项目建设往往需要大量的资金，自动化监控系统作为配套设施，往往在后期施工阶段才开始进行，这使得自动化监控系统在建设时经常出现资金不足的情况，并且在前期规划设计中对自动化监控系统建设的调研不充分，预算不合理，相应配套资金往往不能及时到位，直接影响了水利自动化监控系统的施工进度。

同时，很多地区的水利项目发展缺少统一的规划管理，地方政府和地区管理部门之间各自为政，在自动化监控系统建设方面沟通不足，造成水利自动化监控系统重复、盲目地建设。

3基于PLC技术的水利自动化监控系统的设计与应用 3.1水利自动化系统的结构
笔者所在单位，工程现场有PLC柜控制调水，并负责数据信息的采集、分析、上传等工作。

一般来说，现代水利自动化系统的结构包括3个层次：（1）采集层。

主要负责各个子系统数据信息的采集，为水利数据监测和调度决策提供数据支持。

采集层主要进行水雨情数据信息、大坝渗压以及渗流量数据信息和闸门开度数据信息的采集，采集到的信息能够通过电缆、GPRS或者光缆等方式传输到管理中心站。

（2）数据层。

数据层主要是指数据信息的处理与存储，管理中心站将数据进行分析处理之后，存储在数据库中，并将数据提供给应用层，反馈给用户。

数据层主要为系统提供数据的统计分析以及信息发布等多种服务。

（3）应用层。

应用层是指水利自动化系统监控中心的软件，不同的子系统包括不同的软件，负责接收相应的监测数据，并根据数据分析的结果进行报警或者数据存储等操作。

3.2主要功能 3.2.1权限管理
根据工作人员所处的部门、职位、工种等的不同，管理员可以酌情授予不同的使用权限，对于不同领域的管理员只能对自己权限范围内的数据进行管理，超过自己领域的，只有查询的权限。

3.2.2生产调度管理
能够对生产数据进行实时监测，当具备光纤通信的条件时，还可以对重要部位实行视频监控，当异常情况发生时，系统可以自动切换到视频监控画面。

当水位超过警戒线等情况发生时，自动监控系统还可以发出远程警报。

当然，系统还可以进行远程与近程的随意切换。

3.2.3供水调度管理
系统可以对水库的出水进行流量和压力的测控，对运行的参数进行及时的校对与恢复，对各区域用水总量和用水大户的用水量信息也能有一个比较清晰的反馈。

3.3基于PLC技术的监控系统设计与应用 3.3.1程序设计
可以利用图形设计功能进行一系列用户界面的创造，当程序运行的过程中，操作员可以通过这些界面观察到不同设备运行的情况，从而实现整体的运行监控。

3.3.2可靠性设计
水利系统的现场环境大多数都比较恶劣，容易受到各种的干扰，这对PLC的数据接收与传送产生了很大的影响，常常会导致错误信号的接受与数据的丢失，对整个水利系统的运行造成了阻碍。

所以当数据的传输距离比较远时，可选用屏蔽外界信号的高速信号接收器或者干脆选用直接接地的方式，对数据的可靠性都有不同程度的提高。

3.3.3总体设计
尽可能是各个部分独立完成程序控制任务之后再将数据进行整合，这样就算中间某一环节出现了问题，也不会对其他部分的数据造成破坏。

PLC之间，通过工控机位可以协调整个系统的任务，而操作站又可以实现和上层间的联系，这样既不会影响其他控制器的正常运行，有实现了分散与集中控制的结合。

3.3.4通信网络系统的设计
本设计的通信网络系统属于分布式网络系统，是通过不同地区且拥有多个终端的节点连接而成，在网络结构中，每一个节点都与两个及以上的线路连接，一旦其中一条线路出现故障，还能够通过其余线路完成通信传输。

通信网络系统的中心为水利设施辖区的管理处，大部分为局域网，所以通信网络系统应用星型拓扑进行连接，并应用多模光纤进行现地采集设备的连接。

具体的连接方式如下：现地控制单元中的两个PLC控制点通过单模光缆和监控中心单元进行连接；现场信号通过4-20mA信号以及开关量和PLC进行连接，还能够通过RS485通讯实现连接；现场渗压信号主要应用信号电缆进行现地采集单元的连接；视频监视单元通过单模光缆进行监控中心单元的连接，摄像机和视频光端机之间的连接通过同轴光缆实现。

4结束语
水利自动化的监控技术必须依据时代的发展进行相应的改革，而PLC技术的运用正好为我国的发展提供了一个契机。

将网络式的实时采集、数据分析、监控管理等融于一体的自动化监控系统，对整个系统的安全性和可靠性有了很好的保障。

与此同时，自动化程度的提高减轻了值班的强度，实现了人力资源的优化，对于工作效率的提高有重大的意义。

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