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自動控制系統(tǒng)在橡膠壩中的應用

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1.1 引言

   撫順高陽橡膠壩位于遼寧省渾河撫順城區(qū)下游段沈陽與撫順交界處200m。橡膠壩是用高分子合成材料，按要求的尺寸、錨固于河床底板上形成封閉狀、用水(氣)充脹后形成的擋水壩。不需擋水時，放空壩袋內(nèi)的水(氣)，就可恢復原有河渠的過水斷面。橡膠壩可用于防洪、灌溉、發(fā)電、供水、航運、擋潮及城市園林美化，也可用于活動圍堰、渠系臨時擋水工程等。    撫順高陽橡膠壩擔負著當?shù)財r河蓄水、泄洪等重要任務。計算機自動化監(jiān)控系統(tǒng)是工程正常運行管理和安全渡汛的一個重要保障措施。本自動化監(jiān)控系統(tǒng)充分利用計算機技術、現(xiàn)場總線技術、網(wǎng)絡技術、自動控制技術等高端技術進行橡膠壩的自動化監(jiān)控，提升了橡膠壩狀態(tài)監(jiān)視，運行控制，日常管理的現(xiàn)代化水平，同時也為今后實現(xiàn)跨地區(qū)分布式網(wǎng)絡化多媒體遠程監(jiān)控打下了基礎。撫順橡膠壩自動化控制系統(tǒng)的開發(fā)能夠提高橡膠壩的現(xiàn)代化管理水平,具有很強的經(jīng)濟和社會意義。 2自動控制系統(tǒng)的整體結構 橡膠壩控制系統(tǒng)的基本結構可分為四部分，第一部分是由計算機和實時監(jiān)控軟件組成的上位機監(jiān)控管理系統(tǒng)，第二部分是由單片機、軟件及其外圍部件組成的下位機控制系統(tǒng)，第三部分是以橡膠壩壩袋本體為主、及各種電動蝶閥、風機等組成的外圍設備系統(tǒng)。第四部分是以Rs一485總線為基礎的上位機和下位機通信系統(tǒng)。 上位機控制系統(tǒng)由一臺工業(yè)控制計算機組成，其上的實時監(jiān)控軟件主要是實現(xiàn)控制系統(tǒng)的參數(shù)設置、工作狀況顯示、運行控制、數(shù)據(jù)統(tǒng)計和歷史記錄查詢等功能，它實時接收各下位機采集的壓力等運行數(shù)據(jù)，記錄各個壩袋的運行情況，全面監(jiān)控橡膠壩控制系統(tǒng)的整體運行情況。 下位機控制系統(tǒng)是由單片機、軟件及其外圍部件組成的單個閥門控制器或者風機控制器，通過采集各種所需要的信息，單片機根據(jù)設定的程序控制閥門和風機，進而達到控制橡膠壩運行的目的。                  圖2-1 高陽橡膠壩控制圖 3自動控制系統(tǒng)的原理 自動控制系統(tǒng)控制采用壓力組態(tài)自動控制，由各壩段設置的壓力變送器，將壩袋內(nèi)的氣壓檢測值檢測變送為電流信號，送入數(shù)字顯示儀表，經(jīng)線性修正、A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)值信號后，送入現(xiàn)場信號總線。上位控制計算機接收到檢測信號后，按照設定的軟件流程進行數(shù)值處理，對壩袋的充、排氣進行自動控制，使得壩體運行在安全可靠和最佳狀態(tài)。系統(tǒng)對各種運行狀態(tài)采用聲、光指示，對非正常運行狀態(tài)進行聲、光報警。系統(tǒng)控制原理框圖如圖一所示。 考慮高陽橡膠壩控制系統(tǒng)的軟硬件結合的一致性，自動控制軟件部份采用昆侖通態(tài)集團的MCGS嵌入版組態(tài)軟件開發(fā)，硬件采用該集團的基于WINCE.NET的nTouch系列嵌入式HMI（人機界面），便于未來系統(tǒng)擴充聯(lián)網(wǎng)，以Web瀏覽的方式向上級中心站進行數(shù)據(jù)發(fā)布。   4自動控制系統(tǒng)的功能實現(xiàn) 4.1充氣閥和風機的控制 (1) 現(xiàn)地控制：現(xiàn)場操作人員能通過一組切換開關實現(xiàn)人工控制方式與自動控制方式的轉(zhuǎn)換。在人工控制方式下，現(xiàn)場操作人員可按原有方式啟閉充氣閥，其動作相關信息將接受上級部門的實時監(jiān)控。在自動方式下可以進行遠程控制。人工和自動控制方式也可通過遠程監(jiān)控系統(tǒng)切換。
    (2) 遠程控制：根據(jù)各級用戶通過網(wǎng)絡發(fā)給現(xiàn)場測控單元(plc)的指令，充氣閥可自動開啟或關閉，充、排氣風機自動啟動或者停止，其動作由各級用戶根據(jù)權限控制。
    (3) 充氣閥啟閉及風機啟動告警：在充氣閥將要啟閉以及啟閉過程當中，相應裝置發(fā)出告警提示，以提醒在現(xiàn)場的工作人員注意。
    (4) 限位保護：在充氣閥啟閉裝置設置的最上限值和最下限值，當壩袋內(nèi)氣壓值不在這兩個氣壓值之間，切斷電源，以避免超出運行范圍。
    (5) 相序保護：在供電線路里面應串有相序保護器，避免由于三相電源相序混亂所造成的充氣閥的不正常運轉(zhuǎn)。
    (6) 過載保護：每個充氣閥的控制電路里面必須配有熱過載繼電器，根據(jù)不同電機功率要求其有不同的設定值，當電機發(fā)生過載或是其他故障時，此繼電器將能自動切斷的供電電源，以免燒毀電機。 4.2數(shù)據(jù)檢測 實時監(jiān)測數(shù)據(jù)應包括：壩前水位、壩后水位、壩袋內(nèi)氣壓值、有關操作按鈕或開關狀態(tài)、閘門啟閉機電源電壓、電流等。
    (1) 水位監(jiān)測：在橡膠壩壩袋前后都要按水位觀測要求安裝水位傳感器，以便實時監(jiān)測壩袋前后的實時水位信息。
    (2) 壩袋氣壓監(jiān)測：在橡膠壩壩袋內(nèi)安裝壓力變位器，可以通過壓力表實時觀測壩袋內(nèi)的壓力值，以控制壩袋的充、排氣流程。
    (3) 電流、電壓監(jiān)測：在供電線路里面還要配置多功能電表，用以實時監(jiān)測三相電源的電流和電壓，為啟閉機的啟閉操作提供參考數(shù)據(jù)。
    (4) 環(huán)境監(jiān)測：在發(fā)電機室中裝有溫濕度等傳感器，用以實時監(jiān)測機房中的工作環(huán)境
    (5) 狀態(tài)監(jiān)測：包括進出充氣閥信號燈狀態(tài)、動力和控制電源狀態(tài)、有關操作按鈕或開關狀態(tài)等。
4.3充排氣控制流程     橡膠壩充、排氣的運行控制是通過對負責充(或排)氣的風機電機的啟停控制以及配合相應管路上的電動蝶閥的啟閉來實現(xiàn)的?，F(xiàn)以高陽橡膠壩的充氣控制為例進行膠壩充氣模擬自動控制原理說明：        具體請參考橡膠壩充氣流程圖圖3-1     結合以上的流程圖可得到橡膠壩充氣的一般步驟：     (1)系統(tǒng)確定蝶閥控制柜、風機控制柜的手動／自動旋鈕處于自動位置，此時，上位機橡膠壩壩袋充排氣自動控制程序啟動；     (2)上位機壩袋充排氣自動控制程序通過壓力數(shù)顯儀表及壩袋內(nèi)安裝的壓力變位器檢測壩袋內(nèi)的壓力值。     (3)開啟選定的充氣閥     (4)開啟風機，使氣體充入壩袋內(nèi)     (5)通過壓力變送器檢測壩袋內(nèi)的壓力值，當大于預設的上限壓力值，關閉風機。 橡膠壩排氣流程與充氣流程正好相反，只不過排氣流程，是要判斷壩袋是否是常壓。具體流程請看橡膠壩排氣流程圖3-2。而補氣流程主要是看壩袋內(nèi)氣壓低于最下限氣壓值時，進行補氣流程，具體流程請看橡膠壩補氣流程圖3-3。 5視頻監(jiān)控控制系統(tǒng) 5.1系統(tǒng)組成結構 電視監(jiān)控系統(tǒng)控制中心設在橡膠壩控制間，本監(jiān)控中心是整個閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)操作、維護、管理的中心。所有設備與自動控制臺組合一體，監(jiān)控中心配置如下設備：    （1）云臺控制機；    （2）四畫面分割顯示系統(tǒng)；    （3）液晶圖像顯示系統(tǒng)；     電視監(jiān)控系統(tǒng)的前端部分主要為攝像機和傳輸系統(tǒng)，主要包括如下設備：    （1）兩套槍式全方位攝像機（位于橡膠壩兩岸的）；    （2）八套紅外投射器；    （3）視頻電纜穿管敷設進行數(shù)據(jù)傳輸。    （4）一套槍式固定攝像機系統(tǒng)（設備間）。    （5）一套快球式攝像機系統(tǒng)（控制室樓前）。 前端各攝像機信號進入四畫面分割器中，四畫面分割器的視頻輸出信號再接入液晶監(jiān)視器的Video輸入端，這樣，通過畫面控制切換，即可在液晶顯示器上顯示出單幅或多幅畫面，并可通過云臺控制器對前端全方位攝像系統(tǒng)進行控制。 其中橡膠壩兩岸的全方位攝像機主要用于觀察壩袋運行安全，考慮夜間使用，壩墩上間隔設置八臺紅外投射器，這樣即使光線很暗的情況下也能清楚的看到橡膠壩的運行狀態(tài)。 5.2視頻監(jiān)控系統(tǒng)功能的實現(xiàn) （1）視頻切換      通過畫面分割器進行四畫面或單畫面進行分組編程。 （2）控制功能      通過云臺控制器對鏡頭及云臺進行控制。 （3）附屬控制      室外云臺配備雨刷、風扇及加熱除霜設備。由云臺控制器在操作臺上進行手動控制。 （4）圖像遠傳接口。       參考文獻 [1]陽秀春.淺談橡膠壩工程的設計[J].民營科技[J]:2009(1):149-149 [2]高本虎.橡膠壩工程技術指南[M].北京：中國水利水電出版社：2006 [3]房文玲.有關橡膠壩設計問題探討[J].井岡山學院學報(自然科學):2008,29(6):41-42 [4]韓軍.橡膠壩設計和運行管理中有關問題的探討[J].電力學報:2006,21(4):516-518 [5]韓瑞光.橡膠壩的發(fā)展前景[J].海河水利:1995(1):55-56 [6]尹秦安.橡膠壩的發(fā)展趨勢[J].陜西水利水電技術:2005(87):42-44 [6]劉興發(fā).淺談橡膠壩的運行與維護[J].水利科技與經(jīng)濟:2007(13):18-19
發(fā)布：2007-07-28 09:30    編輯：泛普軟件 · xiaona    [打印此頁]    [關閉]
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