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橡膠壩遠程集中測控部分、現地測控部分的設計情況

發布日期:2020-09-17   10:24:28  信息來源:青島草莓视频下载app无限观看工業  瀏覽數:522 次

1 橡膠壩自動化測控係統現狀
          自上個世紀1957 年美國在洛杉磯河道上建成了世界上第一座橡膠壩以來,橡膠壩以其投資少、工期短、跨度長、施工簡便、外表美觀等一係列優點成為城市河道範圍內蓄水壩首選。
          橡膠壩是以高分子合成材料作為承力主體,以封閉狀錨固於壩底基礎上,並形成封閉狀,以水或氣(國內主要以水為介質)充脹後形成壩袋式水壩。隨著介質的多少,可以調節壩高,同時平整的壩頂可以溢流。而在汛期,又可以放空介質,壩袋空低,又能完全恢複原有河渠的過流斷麵。
           橡膠壩在我國大部分省區得到大範圍的推廣應用,隨著機電技術的發展,以及國家行業標準《橡膠壩技術規範》發布,更促成橡膠壩技術進入正規、有序、穩步的發展階段。目前橡膠壩采用的機電技術逐漸發展成以PLC為測控核心,以先進的傳感技術、聯動執行機構技術及通信技術為外圍,形成安全、可靠、並可長時間穩定運行的自動化測控係統。軟件上,也以先進的組態軟件為基礎,界麵友好、實時性高
         此文總結了筆者近三年在煙台市範圍內(含海陽、萊陽等縣級市)完成的8 座充水式橡膠壩而積累的豐富的橡膠壩自動化係統的實施經驗,相信對我國橡膠壩測控同行及用戶會有一定的參考價值。

 

2 係統總體設計

2.1 設計原則
2.1.1 安全可靠原則
          橡膠壩作為攔河性水利工程,一旦在汛期時失靈,極有可能造成非常嚴重的洪水、潰壩等後果,因此,安全可靠性絕對是橡膠壩運行過程中首先要遵循的原則。這就要求,在橡膠壩自動化測控係統實現的,必須確保所有設備安全、可靠,選用正規、合格的機電設備,並在係統設計中配置設備自檢、互檢、故障預警/ 報警及自動切除等功能,重要的測控設備則可考慮冗餘配置。
2.1.2 技術先進原則
         技術先進代表著目前先進的設備設計、製造工藝,也代表著可以利用的當前工控界的先進成果。因此,係統設計與實現時,應該應用當前最新的機電控製技術、計算機測控技術、網絡通信技術等先進成熟的設備與軟件硬件平台。
2.1.3 性能優越原則
          要確保用戶係統性能優越,需測量的各係統參數要保證有足夠的測量精度。執行機構則要確保足夠的到位能力及實時性。能使係統在各種工況下都能應對自如。
2.1.4 完全開放原則
          由於測控技術的迅猛發展,所實現的係統應該遵循完全開放。包括采用標準化的測控設備、接口,預留冗餘接口及為未來升級使用的擴展接口等。各接口必須采用目前通用的標準接口,如串行通訊,一很采用標準RS485、CAN 等總線方式及MODbus 協議,以確保係統開放。
2.1.5 易維易操原則
         這一原則是不言而喻的。一個係統對於它的使用者而言,如果即不易於操作,也不易於維護,則絕對是個失敗的係統。
2.2 總體結構及方案說明
           係統總體結構分為四個部分:遠程集中測控、現地測控、數據采集與執行機構、通信網絡。遠程集中控製的主體是工業控製計算機(工控機),以組態軟件為編程工具,將整個橡膠壩的完整測控工況完全體現,並具備完善的數據分析能力,同時也允許操作人員遠程操控壩的充排操作。現地測控主體是現地控製櫃。以PLC 技術為核心,包括:現場傳感數據采集、處理、上傳;執行機構的操控;設備維護時的現地操作。
           數據采集主要由各傳感器完成,如壩前後的水位數據、壩袋的內壓力、動力水泵的溫度、功能等參數測量等。執行機構主要由PLC控製的各繼電器觸點來實現,如啟、停泵控製、警報器驅動等。通信網絡可以采用RS485、CAN 之類的串行網絡,也可以采用工業以太網。傳輸介質一般為防雷而采用光纖。目前的新技術是光纖以太環網,已經在越來越多的工程中采用。整體來說,總體方案可用如下係統框圖來表示。係統中,數據采集部分與通信網絡部分屬常規技術,下麵篇幅重點介紹一下遠程集中測控設備及技術和現地測控單元設計。

 

3 遠程集中測控係統設計

           遠程集中測控係統的核心是工業控製計算機(工控機)。目前,有些中控室采用普通計算機或者服務器作為中控計算機,筆者認為這樣是不妥當的。普通計算機的內部大多采用民用級器件,其可靠性與耐惡劣環境能力均較低;而服務器的強項在於網絡處理及數據安全方麵,但服務器一般要求在恒溫恒濕的專業機房中運行,因此這兩種計算機均不適用於工控領域。工控機則采用專門設計,擁有較厚的全金屬機箱,在散熱、防塵、抗幹擾等方麵均適合於工控場合,內部器件也是工業級別,安全可靠。
           其它輔助設備有UPS、打印機等。工控機運行的監控軟件目前基本采用的是組態軟件,其特點是畫麵建造容易、修改方
便、動畫效果好且能在初期就能設計成和現場基本類似的顯示效果。
監控軟件完成的主要功能有:
(1) 壩袋的充排時序,嚴格與工程功能要求一致,並由機電部分完整實現;
(2) 完全監測及控製橡膠壩係統中涉及的動力設備、全壩水位、壩體安全、管路係統、壩袋壓力檢測及報警、介質(水或氣) 進出口等全係統參數,並實現預定義的各種工況下的自動操控。
(3) 完成實時數據采集、顯示,並實現實時控製。
(4) 軟件具備非法操作禁止、異常工況智能按預定義步驟處理、中控室集中測控及現地測控切換、曆史數據查詢、分析及報表編排打印。

 

4 現地測控單元設計

           現地充排測控單元主要安裝在現地控製櫃中。其核心是一套PLC 係統,可以完成數據采集處理、響應現地按鈕指令、在遠控製模式下響應中控室命令等功能。輔助設備有觸摸顯示屏、測量電流/ 電壓等參量的多功能儀表、按鈕等。
這部分主要完成的功能有:
4.1 控製功能
           主要完成現場人工控製及遠程自動控製功能。現場人工控製的優先級別最高。這種方式下,可允許操作人員在現場直接點擊觸摸屏或按下控製櫃上的按鈕來進行充/ 排水( 氣)的操作,同時可根據控製櫃麵板上安裝的多功能儀表、指示燈等來檢查當前係統中設備的狀態,一旦發現異常,即可通過急停或停止按鈕來停止運行,防止係統事故的發生。遠程控製方式下,需要現地將選擇開關由“現地”轉至“遠程”,以獲得遠程控製權限。這時,可以在中控室的組態軟件環境下,集中監視、操作、控製。並且在這種控製模式下,所有的操作、參量均可以記錄到數據庫中,有利於分析、追憶。
4.2 各類運行參量實時監測
         如各點水位、壩袋壓力、泵的溫度、電壓、電流等參量以及泵的啟停狀態、電源通斷等狀態量。
4.3 係統保護及異常處理功能
         對泵進行實時監測,一旦發現異常,可以通過溫度繼電器、電壓/ 電流保護器等設備來完成對泵的保護功能。
4.4 避雷及環境防護
           現地控製設備中應該裝備有避雷設備,尤其在外部引入的通信線纜、電源線纜等易引入感應雷、甚至直擊雷的渠道。對多沙塵、潮濕等惡劣氣候環境下,也要加裝濾網、加熱器等防護設施,以確保現地設備可靠運行。

 

5 結束語

            以上介紹的,是設計一個典型的橡膠壩所需要基本具備的各部分係統及所需要完成的功能。對於一個橡膠壩而言,還有一些其它輔助功能,如視頻監控係統目前在各行業中發展非常迅猛,所有橡膠壩也均具備,但因與本文主題無關,這裏不作討論。對一般橡膠壩而言,本文給出的設計模式是肯定能夠滿足其測控運行需要且易於以經濟、簡便的方式實現。