1．引言 懷洪新河西起安徽懷遠縣、東至江蘇洪澤湖，全長300余公里，是國家治理淮河的關鍵工程之一。其中在安徽蚌埠境內有三座水閘，即懷遠縣何巷分洪閘、五河縣西壩口節制閘、固鎮縣新胡洼節制閘（包括一孔船閘），由蚌埠市河道局統一管理。由于三閘和總局四地相距都在幾十公里以上，為實現遠程統一調度，特設計了三閘聯動計算機監控系統。 2．系統功能 1）實時監測。對各扇閘門開關狀態及開度、上下游水位值、工作電源、電機狀態等運行狀態實時監視，并在現場及上位機中顯示。 2）現場閘門控制。在操作現場對閘門操作，并可在現場信號燈、儀表等顯示單元中觀察操作進程。 3）遠方閘門控制。在控制室的工控機和繼電器柜的觸摸屏上，根據水文調度方案和閘門標準控制方案進行遠方操作。遠方操作優先級低于現場操作，現地柜的急停按鈕可以中斷任何類型的操作。 4）閘門啟閉優化。可根據閘門啟閉特性、操作規程，編程確定閘門最優運行模式（如可分段開啟、成組開啟、確定最優開啟閘數和開度等）。 5）完備的網絡功能?？稍诨ヂ摼W上發布信息，將異地三個閘門的運行狀態和水位集中顯示在蚌埠河道局的服務器上，使調度中心能實時掌握信息，集中管理，統一調度。 6）故障顯示和報警。具有電機過熱、超限制數量同時啟動、閘門開拒動、關拒動、下滑等故障的報警功能及保護手段。 7）事件紀錄、流量統計及打印功能。能夠對開關閘的時間、開度等作記錄，對較長時期的上下游水位和流量作趨勢統計，便于分析閘門的運行情況和效益。 3．系統組成 整個閘門監控系統由遠程監視單元、集中控制單元、現場執行單元、閘門位置、水位、電機狀態采集裝置構成，如圖1所示： 圖1 系統結構圖 由系統結構圖可以看到，系統可分為四層： 第一層為遠程監視單元。在蚌埠河道局總調度室建立網上工作站，通過互聯網利用西門子的WinCC Web Navigator軟件把三地上位機WinCC的數據傳送至工作站，以便于實時查詢三閘狀況，作出統一規劃。在四地均有微波發射接受裝置，還可通過微波通信傳輸現場有線電視的圖像信息，在內線電話中交流信息、發布指令，以備洪水損壞網上通信線路時使用。 第二層為集中控制單元，由工控機、觸摸屏、PLC構成。在三地各閘上均設有工控機和觸摸屏，工控機放在控制室中，觸摸屏放在現場繼電器柜上，二者同級，由一個選擇開關選擇，都能察看現場信息、對現場的十余臺啟閉電機進行操作。工控機、觸摸屏通過MPI總線連在同一個下位PLC上，由二者發出指令，PLC判斷執行；PLC還不斷檢測電機狀態、閘門開度、水位值，并將結果送往二者顯示。 第三層為現地監控單元，由操作箱、旋轉編碼器、顯示儀表組成。每個啟閉電機均有一個操作箱，上面有遠控、現地選擇開關，當開關處于遠控時，工控機、觸摸屏操作有效；當開關處于現地時，操作箱上的按鈕有效，以保證在PLC失電的情況下仍能單個手動開關閘門。而電機軸上的旋轉編碼器將開度信息送給儀表在面板上顯示，同時儀表又將其轉化為電流信號轉給PLC。 第四層為傳動機構和執行機構。當PLC或現地柜發出開關指令時，電機運轉由傳動裝置帶動閘門開啟關閉。 4．系統軟硬件配置 本系統PLC采用西門子S7-300系列、PLC程序編輯軟件采用西門子Step7V5.2；工控機選用研華工控機，加裝西門子CP5613A2網卡，與PLC的MPI口相連，操作系統采用Windows2000 Professional、上位組態軟件采用西門子WinCC5.1、遠程網上通訊軟件采用西門子WinCC Web Navigator，觸摸屏采用施奈德XBTG－5230，除觸摸屏外各部分完全兼容。PLC的CPU型號314-1AF10-0AB0，0.1微秒指令執行時間，48K工作內存，另加24K存儲卡，可備份指令和保存數據塊，MPI總線運行波特率187.5Kbps,CPU共可接32個模塊，根據點數實際加載10個模塊左右，用IM365擴展一個機架；系統開關量檢測和輸出使用DC24V、32點的SM321、SM322，水位和閘門開度檢測采用4-20mA信號，使用8通道16位的SM331，采樣頻率50Hz。組態軟件WinCC5.1集編輯、運行功能于一體，還可在激活時加載Web Navigator，向遠方網上工作站發送信息。施奈德的觸摸屏XBTG－5230要和西門子的PLC通訊需重載通用的Boot程序，與MPI接口連線如圖2所示： 圖2 施奈德觸摸屏與西門子PLC的MPI接口連線圖 5．系統軟件設計 圖3 軟件流程圖 如圖3所示，系統的主要控制程序放在PLC中，包括模擬量采樣濾波及線性變換、故障判斷及報警、單孔及成組控制程序；而流速和流量積算程序因為實時性要求低、分支選擇語句多、查表程序復雜，放在工控機上執行。 系統控制方案有單孔和成組兩種，單孔即每孔閘門的開、關、停和自動動作到指定開度的控制方案；成組即每地閘門根據工藝要求和實際操作經驗形成的一組閘門的聯動控制方案，三地閘門各不相同，應在當地工作人員的要求和指導下完成。 閘門開度和上下游水位經儀表轉換后變為標準的4-20mA信號，再經PLC轉換變為0-27648的整數值，要成為實際顯示的開度和水位值，還必須經過程序線性變換；由于采用模擬信號，不可避免的會有干擾，因此還要有濾波程序。 故障判斷有三種：開拒動、關拒動、下滑故障判斷。程序采用每三秒記一次電機狀態和開度值的方法，如連續兩次為開閘狀態但開度未增加或增加極小，則視為開拒動故障；連續兩次為關閘狀態但開度未減小或減小極小，則視為關拒動故障；連續兩次為停機狀態但開度減小，則視為下滑故障。這樣時間上會有3-6秒誤差，但不用每個閘門都使用3個單獨的定時器，減小了幾十個定時器的數目。任一故障都會引發報警，直至被人工消除。 流速和流量積算放在WinCC的全局腳本中執行，每10秒循環執行一次，結果存儲在PLC上，使觸摸屏也能查詢；流速還可在WinCC中存檔，形成歷史趨勢，以供查詢評估。 在WinCC中集成了完善的圖形監控、故障報警、用戶管理、事件紀錄、歷史統計、報表打印等功能，作為一種優秀的組態軟件，完全能夠滿足系統要求；在加入Web Navigator后，三地閘門成為服務器端，蚌埠總局通過客戶端即可實時了解三地閘門的運行情況，并據此發布指令。這樣便形成了一個完整的三閘聯動計算機監控系統。 6．結語 本閘門監控系統基于標準工業控制器件及先進的組態和網絡技術，完全能夠滿足實際運行所需要求，并具有很高的可靠性和一定的擴展能力，對于中小型水閘十分適用。該系統是確定防洪、灌溉方案時的依據，能及時可靠地提供信息資料，并能迅速地根據指令完成聯動操作，具有巨大的安全和經濟效益。 參考文獻: 1.郭易，胡婉明，楊業平.實時閘門監控系統設計與應用.水電站機電技術.2004，3：（50-51） 2.顧燕，徐立中.基于現場總線的分布式閘門監控系統.電子技術應用.2001，5：（33-34） 3.李成林，尹祥國，方文莉.察爾森水庫溢洪道閘門自動監控系統.東北水利水電2001，12：（8，14） 4.羅衛國.閘門監控系統淺談.人民珠江.2002，1：（46-47）