计算机监控系统在峡口水闸中的应用

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1引言 峡口水闸2001年3月15日投入运行，是寒溪流域通向东江南支流的主要出口。主要由水闸、船闸、东江引水河道、水闸入运河河道和船闸入运河河道、僚望塔等组成。水闸部分安装4个防洪排捞平板闸门，船闸部分在运河的入口处安装2个闸门，其中1个为超高船只通航启用及防止东江高水位挡潮之用；所有闸门均采用液压直推式启闭机。为防止运河污水进入东江，在船闸河道和水闸河道间安装4台潜水电泵，将船闸河道行船放入的运河污水抽回运河，并安装2个的廊道闸门。水闸的主要功能为防洪、排涝、引水、截污、航运等。建闸初期设计的控制系统自动化程度较低，很多设备需要人工在现场监视和操作；对闸门控制安全、可靠性不高，效率较低，不能满足目前航运需求；并且没有信息通信功能，不能进行远程数据访问，已经不能满足当今信息化的要求。随着经济发展和对水利信息的需求日益增加，其控制系统越发不能满足实际生产的需求，对其改造势在必行。为此，我们针对以上缺点采用SIMATIC全集成自动化技术和信息网络WEB发布技术对其进行改造，实现了集中控制、水文信息共享、远程访问等功能，系统的安全、可靠性得到了很大的提高，且实现了实时图像、数据等的网络发布功能。本文介绍了改造过程中的现场数据采集系统、中心监控系统、远程访问系统等部分的功能实现和设计实例，希望能为类似技术改造提供借鉴。 2本次设计目标 (1)建成完善的信息管理、设备运行过程监控的信息网络系统，利用先进的技术实现网络互联，建成一个适合现代化办公及设备运行过程控制、管理的网络系统；与此同时，可实现与广域网的互联，实现信息的充分共享和信息发送的安全机制。 (2)配置高档运行控制计算机集中处理峡口水闸的各种信息：数据库系统信息、OA信息及其它有关的内部资源信息；完成网络的综合管理，同时可安全接入Internet，实现远程信息采集和控制。 (3)建立完善的安全机制，提高控制系统的稳定性、安全性、可靠性。? (4)为后期建立完整、高效、实用方便的水利ERP管理系统及设备运行综合控制系统建好硬件平台，总控制室的各数据化信息系统可与三防办防洪信息调度中心和Internet网络互联，并能实现办公、设备运行过程控制的全集成自动化。 (5)生成水文数据报表(内、外江水位，流量信息)，方便查询、打印历史数据。 3系统设计情况 本系统以可编程控制器(PLC)作为现场控制中心，连接现场各控制对象；以WINCC作为主监控界面，监视各设备的运行情况，WEB发布实现资源共享。系统主要有如下几个部分组成：数据采集与监控系统、远程数据访问、视频广播系统。系统结构框图如图1所示。 3.1现场数据采集系统 根据峡口水闸自动化控制系统数据采集监控系统的特点，采用西门子公司的全集成自动化产品设计。由S7—300系列的CPU315—2DP及PROFIBUS-DP通信模块、扩展I／O模块等构成数据采集子系统，通过PROFIBUS总线集成系统。系统框图如图2所示。 该系统特点是把为闸门控制输出直接重新设计的PLC连接到现有的闸门控制系统，充分利用现有的执行结构，从现有的设备抽出控制点，这样不但不会破坏现有的控制设备，还可以与旧系统一起构成双机热备份冗余，从而提高系统的可靠性。 SIMATIC S7—300可编程序控制器采用模块化结构设计，各种模块之间可进行广泛组合用于扩展，使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。因此，采用它们无论在独立运行中或相连成网络时，都能实现复杂控制功能。S7—315—2DP CPU模块集成有过程控制功能并带有PROFIBUS—DP接口，可作为主设备或从设备设置。最多可将125个PROFIBUS—DP站连接到主设备,数据传输率可达12MB／S。软件编程利用STEP7指令的强大功能，能够满足我们的各种需求。扩展I／O模块应用SIMATIC ET200M构成，通过开放的、标准化的现场总线系统来连接部件。通讯模块采用点对点协议的CP340和智能激光水位仪通讯，采集当前水位。CP340通过RS422全双工通讯协议，读取激光水位仪发送的ASCII码，然后CPU把接收到的ASCII码转换成当前水位。这样处理能使测量具有稳定、精确、传输距离远的优点。根据系统要求PLC主要使用模块如下： ①DI模块用于各设备的数字量采集，监控系统的运行状态。? ②AI模块通过闸门开度仪输入4—20mA信号监测闸门开度。? ③D0模块用于继电器输出，用来控制系统设备的运行。 ④CP340模块通过RS422全双工通讯方式和智能激光水位仪实时通讯，监测内外江，船闸内水位。通过PLC程序的运行，可以完成对现场设备数据采集和控制功能。具体功能如下： ①控制各闸门、潜水泵的启闭，并监视其运行状态。 ②红绿灯、智能激光水位仪的控制，并接收处理当前水位信号 ③闸门红外锁下位控制，使闸门安全可靠运行。 ④防汛流量计算(根据当前水位差和闸门开度计算出流量) ⑤液压油泵运行的启闭，对设备运行时的温度，载荷进行监视 3.2智能激光水位计 在本系统中水位的测量至关重要，是整个自动控制的关键，是各种动作实现，得以顺利完成的基础。为此系统在选用传感器时，做了充分的比较，最后选用美国DTSIO公司的智能型激光水位计。 DTSIO智能型激光水位计是利用先进的激光原理研制的新型水位测量仪器，是一种用微电脑组成的全智能化仪器。最大的优点是不用建静井，因此可节省大量的经费。其测量原理为在水面上方某一高度的激光水位计向水面垂直地发送光束，光束到达水面后反射回来，而测得水位计达到水面的距离，水位计高度与所测距离相减即得水面高度，即水位。该水位计具有结构简单，安装和使用方便的特点。并具有标准RS—485／422接口，组成水位数据采集系统十分方便。由于系统的测量点相对中控室的距离比较远(最远一个测量点距离有500米左右)，采用RS—422协议传输标准可以达到其要求。 PLC的CPU通过SEND和RECEIVE功能块向CP340模块发送控制命令和读取水文数据的字符。CP340模块和智能激光水位仪通过RS422全双工通讯协议，交换字符。CPU负责把接受到的字符转换成当前水位。因此，系统对水位测量比较精确、可靠；利于上位机的读取、保存。 3.3监控系统 主控制室采用WINCC作为上位监控软件，WINCC是在生产和过程自动化中解决可视化和控制任务的中性系统。该软件具有使用简单、组态方便、性能可靠、功能齐全等特点；它有大量的通讯接口，可以和各种智能设备相互通讯。本系统通过安装在工控机上的CP5613通讯处理器和PLC进行通讯，实时监测现场数据。WINCC在系统中承担了数据管理、报警、趋势、数据记录及中文报表等工作。操作员通过操作终端详细了解设备运行情况，实时监控现场设备。根据系统的要求，通过WlNCC编写了良好的用户界面。水位状态，闸门的启闭状态，闸门的真实位置都可以在计算机屏幕上一目了然地生动地再现。控制系统界面做到了简洁易读，且操作简单，图中颜色能够随着内江、外江、船闸内的水位变化而相应变化。视频信号同时嵌入到WlNCC中，可以实时监看水情，查询录像信息。 该系统实现的主要功能有：? (1)控制工艺流程的显示? (2)数据报表的生成? (3)用户安全等级的设定? (4)实时数据库的运用? (5)嵌入式视频广播系统? 3.4WEB远程访问? 峡口水闸信息网络系统通过ADSL专线上网实现与三防信息调度中心Internet网络互联，以及网络化数据管理。系统可以满足C／S应用、基于Web的B／S服务。主要实现方式就是Web发布，Web是传输文档，包括文件、图形甚至是语音和视频图象给远程访问的平台。与传统的C／S模式不同，Web采用的是浏览器/服务器(Brower／server)模式。客户(Web浏览器)通过HTTP协议连接到Web server并提出文档请求，Web服务器使用URL中的信息来定位和返回页面内容。作为Web服务器应能支持和响应多种请求，用户可在浏览器上通过Web服务器实现对各类信息数据的访问，而为了达到这种效果只需在客户机上安装相应的浏览器软件，并在各Web服务器上开发对各信息数据库的访问接口。通过网络发布任何客户机输入主页网址就可以访问到信息网络发布内容，可以快速、准确的浏览水文数据。 为了实现控制系统和信息网络紧密连接，系统采用了基于OPC标准的自动化技术。OPC标准基于OLE／COM技术，同时OLE／COM的扩展远程OLE自动化与DCOM技术支持TCP／IP等多种网络协议，因此可以通过OPC接口实现远程访问。这里WlNCC服务器在系统中即作为中心监控平台，又作为OPC服务器。允许与其它具有OPC客户机接口的应用程序进行数据交换。网页服务器(WEB服务器)通过OPC通讯接口程序和OPC服务器(WINCC服务器)通讯，读取实时数据在网页上动态刷新显示。图3为OPC的客户／服务器关系图，该图描述了OPC在SCADA系统的应用。 系统为了实现数据共享，必须对系统的OPC、WEB服务器的分布式组件DCOM进行配置。DCOM是世界上领先的组件技术COM的无缝扩展，完全支持TCP／IP技术的，因此，能够支持在局域网、广域网甚至Internet上不同计算机的对象之间的通讯。通过开放分布式组件，系统就可以实现分布式应用。把OPC、WEB服务器上的分布式组件DCOM属性设为相同的权限，这样才可以互相访问对方资源。系统在WEB服务器端运行OPC客户程序访问OPC服务器数据，把OPC服务器上的实时数据读取到本地存入本地的SQL SERVER数据库，然后通过WEB应用程序把数据库中的实时数据发布到WEB页面。 实现WEB页面更新的方式主要有两种：一是通过ActiveX技术，另一是通过动态页面技术。ActiveX技术是通过下载ActiveX控件来实现与网上信息的动态更新和交互，实现的信息表示和交互方式也更为灵活，并有丰富的开发工具支持，但对客户机的性能要求较高。动态页面技术则通过CGI、ASP编程或嵌入各种Script语言来实现，现在比较流行的是ASP网页技术。系统中为了实现控制信息在公用信息网络上共享，通过ASP网页嵌入JAVA脚本程序，访问从OPC服务器上读入存在本地的实时数据，并使其在网页上动态刷新。实践证明系统网络运行比较稳定，达到使水文测报做到测得准、速度快、精度高的要求。 通过把控制信息发布到信息网络上，可以建立统一的分布式数据库，保证所有数据的完整性和互操作性；控制中心与信息网络实时通信，使用户通过信息网络中标准的图形界面随时随地了解设备运行情况；为后期建立完整、高效、实用方便的ERP管理系统及水利综合控制提供硬件平台，真正实现办公、过程控制的全集成自动化。 4结论 通过上述技术的应用，峡口水闸控制系统成功地实现了以下功能：? (1)对系统对象进行自动化控制和信息化管理，建立一套电脑自动化集中监控系统和船只指挥扩音系统。 (2)监控系统实现了“无人值班、少人值守”的要求，利用计算机进行自动化监测和控制，实现管理的科学化、现代化，提高闸门控制的安全性、可靠性，充分发挥峡口水闸工程效益，促进峡口水闸工程管理的现代化。 (3)峡口水闸实现信息化、办公自动化主要通过INTERNET技术和WEB技术实现，把信息发布到网上，通过网页方式来浏览，达到资源共享。 系统设计通过采用当前先进的技术和设备，因此，系统具有一定的先进性，可扩展性。实际运行证明该系统效果良好，达到了设计要求。

ymwatcher

学习收藏了，谢谢楼主了。。。