闸门控制系统方案

按照建设要求闸门控制系统能够实现远程自动控制及现地控制相结合的方式，由于部分闸门距离水库管理所较远，为了及时进行配水调度工作，有必要对相应的闸门实现自动控制。考虑到闸门实现全自动控制造价较高，首先对关键控制性闸门实现自动控制，同时对多孔闸门中使用较频繁闸门实现自动控制，因此，为逐步实现灌区配水调度的高效性，有必要建设闸门自动控制系统。

闸门控制系统的方案设计

在水利信息化的进程中，闸门安全、可靠的自动控制一直都是核心问题。

针对目前闸门自动控制系统的需求，我司提出了基于现地控制层，远程控制层，集中控制中心三层控制体系结构。采用先进的PLC、以太网技术，避免了传统控制带来的风险，从而实现精准、可靠的控制系统。

为了更好地建设闸门自动化监控系统，我司制定以下设计原则：

1）先进性原则：高起点、新技术、国内领先。

2）实用性原则：结构简洁、功能实用、操作简单、界面友好。

3）可靠性原则：设备可靠性高、适应恶劣环境且系统防雷抗干扰能力强。

3.2.系统结构

闸门自动控制系统主要包括监控中心站、现场监控单元和监控终端，实现闸门实时信息自动采集、传输和控制。

1）监控中心站：采用工业计算机，进行数据存储；为管理人员提供人机操作界面，实时显示闸门启闭机、出口工作阀等机电的工况；实时显示闸门的开度；实现数据查询及报表输出；通过授权的操作人员可通过工控机的人机界面远程控制闸门启闭。

2）现场监控单元：主要由机柜、PLC（可编程逻辑控制器）电源、继电器、交流接触器等构成。

3）监控终端：实时监测采集工况数据（水位，水情，流量，闸（阀）门开度、电压、电流）；在设备工作异常时自动保护；控制机电设备合理运行；接收中心发出的控制命令，根据命令向中心传输系统运行参数。

4）现场控制屏

现场控制屏相当于闸门控制按钮，它直接对闸门上升、下降、停止进行控制。也是闸门控制的采集部分，负责将闸门开度值传到下位机中，将开度传来的模拟信号装换成RS-485信号传到下位机中，完成开度采集传输工作。

闸门自动控制系统结构如下图所示：

4.系统特点

闸门自动控制系统的特点或优势具体如下：

1）采用标准工业以太网接口，方便与现场各个设备交换数据，系统扩展性强，集成方便。

2）远程软件采用标准化控制接口，可实现与其他软件和设备进行数据互通，从而构建大规模水利信息化系统工程，通过对水情、水量、水位的分析统计，实现对整个灌区、流域进行水量分配调度等。

3）实时远程监测闸门的各测试数据，设定报警水位，并对原始数据进行各种计算，产生图形化报表。

4）数据远传，报警及控制功能，响应速度快。

5）历史数据存储，方便用户查询。

6）采用PLC、以太网技术，确保系统能够实现远程控制。

4、系统功能

系统功能主要包括图形化的闸控管理系统、闸门水情及视频系统、闸门运行系统和数据分析系统，如图所示:

图形化的闸控管理系统

闸门自动控制系统的具体功能如下：

1）自动检测闸门开度及运行状态信息

2）实现了现地控制、远程控制、联合二级控制体系

3）根据需水流量自动调整闸门高度

4）故障告警、越限告警及告警自动记录功能

5）闸门泄流量统计和总泄流量统计功能，水位与流量的关系

6）闸门操作日志记录和事故追忆

7）输出流量，水情日报表、月报表、年报表

8）可视化图形显示闸门启闭过程和各类操作

9）建立当地实时数据库、历史数据库

10）提供多级操作员安全等级设置

11）专业视频监视系统，随时了解现场的整体状态

5.系统参数

1)组态软件

为保证组态软件的统一性标准中对组态软件的特征性质进行定义以方便不同厂家的设备能够方便快捷的接入系统中使用。在接入系统和实现标准闸门控制流程中组态软件满足以下功能：

闸门控制系统的施工方法及调试：

一、施工方法

1.线缆铺设

铺设线缆要掌握合理的方法，要在铺设时认真对线缆进行检查，外皮是否破裂，屏蔽层是否损坏以及芯线是否断裂等等。一定要在铺设的线缆上做好明显的标记，以备安装设备和日后检修时使用。保护地线必须采用三相五线制中的第5根线，并与交流电源的零线严格分开。接地系统应采用单点接地的方式。信号地、机壳地、电源告警地、防静电地等均应分别用导线经接地排一点接至接地体。

2、设备安装

设备的安装必须在装饰完工、线缆铺设正确后进行。设备安装前应该认真阅读安装手册，以掌握正确的安装方法、步骤。设备安装要牢固，保护措施要完备。将电源、闸位计、上限位开关、下限位开关、电机等设备通过现场布线接入PLC控制柜中。将触摸屏、工控机、PLC通过光纤交换机连接起来。以及在工控机上安装组态控制软件。

3、线路连接

在线路的连接时，要求方式必须确保在无电状态下进行;施工符合电器安装规范;各种插接件，工程中需用要的各种二芯、三芯、莲花接头、卡侬插头、多芯插头的数量非常大，要谨慎仔细;线路中所有的火线，零线，地线及防雷线的连接必须准确无误。

按照设计图纸将控制机柜各采集控制器和PLC连接起来，如下图：

云南禹科实业有限公司PLC设计图及机柜接线图

4、通电前检查

细致的检查是有必要的，一般的检查包括设备安装安全性，供电线路是否合理，各设备采集器的连接是否正确等，另外还有一个重要的检查项目就是：仔细检查每一件设备的状态设置是否满足设计要求，这点绝对不能忘记，否则极易造成设备损坏。

二、系统调试

1、调试前准备

调试前要仔细确认每一台设备是否安装、连接正确，认真向施工人员询问施工遗留的可能影响使用的有关问题；调试前要仔细确认每一台设备是否安装、连接正确，认真向施工人员询问施工遗留的可能影响使用的有关问题；调试前必须再次认真地阅读所有的传感设备说明书，仔细查阅设计图纸的标注和连接方式；调试前一定要确信供电线路和供电电压没有任何问题；调试前应该保证现场没有关人员；调试前还要准备相应的仪器和工具。

2、控制系统主电路调试

首先调试前先断开控制电机，以免发生调试事故。按照图纸，接入380V三相交流电源，用电压表测量接入电压是否是380V。电压满足依次打开开关（注意：每打开一个开关必须测量电压是否满足要求）。其次把集中就地开关打到就地端，操作控制按钮，观察继电器是否正常工作。正常工作主电路调试结束。

3、PLC控制系统调试

首先打开控制开关QF5给PLC供上24V电源，同样要用电压表测量电压值，打开PLC 调试软件进行监视。在电压正常、PLC指示灯正常的情况下，把集中就地控制按钮打到集中端，在通过操作控制按钮，观察继电器是否正常工作。正常工作PLC系统调试结束。现场调试画面如下图:

云南禹科实业有限公司PLC调试画面

4、触摸屏系统的调试

在PLC系统调试正常的情况下，同样在集中控制状态下。在触摸屏上选择触摸屏控制。即可触摸屏上操作控制按钮，观察继电器是否正常工作。正常工作触摸屏系统调试结束。

云南禹科实业有限公司触摸屏调试画面

4、闸门控制系统模拟运行

首先要测量出各系统单独运行和总体运行时供电线路各相的电流。实际的运行情况与理论值肯定会有出入，必须对实际运行时的电流情况进行测量，如果发现实际测量值与理论值有较大差距，或各相电流分配比例差距较大，线路电流有超常现象，必须重新进行整改，以保证用电安全。

其次按照图纸把控制电机接入控制系统。首先进行就地操作，需要注意闸位计显示闸位和实际值是否一致及PLC系统采集值是否一致。在操作时观察电机是否正常工作及有无异常声音等问题。接下来即可进行远程控制，同样注意在操作时观察电机是否正常工作及有无异常声音等问题。在整个操作过程中必须有人在机柜旁边，以免发生意外可以尽快按下急停按钮，停止闸门系统。

总之，系统的模拟运行是非常重要非常必要的工作，这时的每一项工作换来的将是设备长期运行的稳定和系统工作的安全。特别是供电线路和设备的发热状况，将直接关系到工程的安全性，因此所有工程技术人员的要高度重视。

云南禹科实业有限公司PLC现场调试图

5、调试结果和问题的记录

闸门控制工程要进行调试、设定和检查项目很多，这些结果和问题是今后使用及检修的重要参考资料，有必要在进行每一步工作时将结果和问题记录下来，进行必要的分析和总结。对于使用者有用的记录数据，应该交给他们；对于日后维修有用的记录数据，应该由设计者妥善保管。

6、出现问题

设备外壳有带电现象

由于闸门控制系统工程的所有设备工作必须用电，所以调试时可能首先会遇到机柜外壳带电的问题，虽然外壳带电不一定影响设备的使用，但会危及到使用者的安全，必须彻底解决。进行相应的接地防雷处理。

PLC数据异常

初次调试可能会遇到PLC采集不到数据。注意检查网络设置是否正确，确保PLC调试软件和控制机柜连接上。

闸位计显示值异常

闸位计显示值和PLC采集显示值不一样，通过调节闸门高度，矫正闸位计的初始值，二者的初始值都为0即可解决问题。

限位开关异常

在闸门控制系统中限位开关是非常重要的，它是整个系统的安全保障。在调试过程中，可能会遇到限位开关不起保护作用。首先需要检查限位开关是否完好，其次用电流表测量控制机柜限位开关的接入端是否有电流输出。这样就可以发现问题所在。当然为了整个系统的安全，我们需要在PLC程序上加入限位控制。从而使整个闸门系统起到双重保护。