闸门启闭机自动化控制与监控研究设计

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　　摘 要：在水利工程中，对于水库的控制工作的重点在于闸门是否能及时的开启与关闭，而闸门的开启与闭合主要有闸门启闭机控制。为实现对闸门启闭机的高效控制，可以通过计算机技术实现对闸门启闭机的自动化控制与监控。本文将就其具体设计方案进行深入探析。
　　关键词：计算机;自动控制监控;启闭机;研究
　　随着计算机技术的不断成熟，闸门启闭机的自动化控制与监控已经在大型水利工程中得以普遍的应用。这也有效地提升了大型水利工程施工效率与质量。但是，在小型湖泊及水电站的建设中，受条件的限制，这种方法并没有得到全面的普及。因此，用针对闸门启闭机自动化控制与监控进行进一步深入探究，使其更好的为优化水资源而服务。
　　一、闸门启闭机的自动控制与监控系统要求
　　（一）功能完善、投资低
　　对于小型工程而言，对闸门的控制功能的要求并不高，只要能够通过自动化控制与监控实现基础的运动功能，满足初步控制需求即可。因此，在保证功能完善的情况下，无需额外投入过多的资金。
　　（二）动作可靠，运行稳定
　　自动化控制系统的应用就是为了保证闸门启闭机能够高效、快速、稳定的工作。因此，控制系统应首先保证自身的稳定性及可靠性。这就要求在设计之初，确保其主控制器能够稳定运行，同时确保传输网络及执行机构的可靠性。
　　（三）结构简单维护方便
　　在水利工程施工现场，进行闸门启闭操作时，往往不能保证操作人员的专业性。因此，为了更方便其投入应用，应保证操作的简单性，结构不要过于复杂，以便于工作人员使用、维护及保养。
　　二、控制方案的确定
　　（一）控制器的选择
　　在闸口启闭机控制器上，最常见的两种选择，一是利用PLC完成控制，二是利用单片机完成控制。但由于水利工程中，闸口启闭机存在诸多输入/输出口。为了保证控制与监测的精准性，并且提高其便捷性，在控制器的选择上，更加倾向于利用PLC完成控制。
　　（二）控制方案
　　在确定选择利用PLC进行控制后，应围绕其展开控制方案设计。控制方案的主要要求是要满足闸门启闭机在正式运行后对电气控制的需求。而在控制方案中，PLC的意义在于有效地采集外部设备所传达出的状态信息，同时采集外界的模拟信号。另外，PLC.应做到结合实际情况完成设计优化，实现对启闭机的实时控制，第一时间对其故障进行报警。除此之外，PLC在接受到现场纷杂的信息与信号后，应将其转化为操纵指令，实现对闸门启闭的控制。同时，PLC应实时监控闸门启闭机的状态，确保其运行过程中一直维持在安全、稳定的状态。
　　三、系统设计
　　（一）系统构成
　　系统设计应保证在施工过程中，能够远程、实时的对闸门进行控制，并且保证对闸门状态的实时监控。因此，本系统主要利用了CAN总线的方法进行各组件的连接，系统的组成部分主要包括：闸门、启闭机、监控单元、集中控制中心。从功能层次上来说，系统主要由计算机监控层与控制层两部分构成。计算机监控层的核心组成为计算机传输线缆;控制层的核心组成为PLC控制单元。
　　主控制器主要是对闸门启闭机的开关进行控制，在检测水位的同时采集相关设备的参数确保闸门的有效控制能够按照设定的流程完成，另外，还保留了手工操作启闭机的功能，这样做是为了在设备遇到突发情况时，能够及时的进行处理。通常情况下，主控级和单元控制级构成了控制系統的重要组成部分，在控制中心，主控级借助计算机完成对闸门和参数的控制与设定，单元控制级则负责对数据进行采集与判断，响应主控制的控制指令。
　　（二）系统硬件电路设计
　　计算机、通信电缆、PLC以及执行机构是构成闸门启闭机控制系统硬件的重要组成部分，作为整个控制原件的核心，PLC可编程逻辑控制器在整个系统中发挥中枢作用，PLC-继电器-接触器是比较典型的控制方案，这种方案既实现了对闸门启闭机的控制，又能对闸门状态进行监测，因此硬件上系统采用了12位格雷码设计。
　　（三）系统软件设计
　　在系统软件设计上采用主态软件的目的是为了实现对闸门启闭机的直观控制，由于组态软件能够直接设置在计算机上，因此处于监控中心的计算机便能够对相关数据进行实时采集，监控中心能够结合地面控制单元的指令做出相应的应答，及时满足控制需求，使执行机构能够进行有效控制，组态软件能够采集各个闸门的位置，采集闸门开光量以及闸门启闭机保护和电源状态，利用图形化控制，使操作人员在使用过程中更加便捷。
　　四、系统功能实现
　　（一）系统控制功能
　　在闸门的系统控制上可以采用两个方案，分别是手动控制和远程自动化控制，作为整个控制系统的核心，控制中心在闸门启闭机和状态监测中发挥着重要作用，在对闸门进行远程控制过程中，主控制器发挥了自身的优势，使计算机与控制系统之间能够实现信息传递，从而实现对系统的整体控制。
　　（二）监控功能
　　监控功能主要是单元控制模块的传感装置发挥作用，正是因为有了这个传感装置的存在，控制中心才能对上游水位、设备状态以及闸门状态等进行实时监控，确保整个系统能够在安全稳定的环境下运行。系统需要定期的对数据进行采集，确保数据的刷新有规律可循，这样在遇到故障时，系统才能够发出警报，并对故障进行诊断。
　　（三）系统的优先级与功能互锁
　　转换装置的存在能够让系统实现现场和远程控制工作状态的切换，相对而言，系统的优先级在现场控制时最高，当开关的传感器信号达到系统的上线阈值时，启闭机的上升功能就会被锁定，同样道理，当开关的传感器信号达到系统的下限阈值时，启闭机的下降功能就会被锁定，这是系统的功能互锁，由于功能互锁，系统的运行环境才更加安全。
　　五、总结
　　为了实现水资源的最优处理，必须采取有效措施控制闸门启闭机的工作状态，采用PLC对闸门启闭机进行控制与监控，使其真正实现了智能化与自动化，为控制系统的稳定工作提供了有力保障。
　　参考文献：
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　　[3]陈林.自动化控制在启闭机电控的应用[J].企业技术开发，2012，31（23）：47-49.
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