基于 PLC 技术的水利枢纽自动化控制系统研究
（湖北省汉江兴隆水利枢纽管理局，433126）
摘 要：应用于小型水库的水利枢纽控制方法目前都是通过人工控制的。针对这一问题，提出了基于可编程控制器的水利枢纽自动化控制系统。探讨了控制系统中使用的一些先进技术。介绍了系统的结构和原理。该系统基于网络基站实现了本地控制单元和中心控制单元之间的无线网络连接，为水库闸门的远程自动控制提供了一种新思路。
关键词：水利枢纽；可编程控制器；远程控制
1 引言
目前，绝大多数小型水库水利枢纽控制都是采用现场人工操作或现场自动操作
[1] 。无论是在暴风雨还是在烈日下，操作员必须操作大坝上的控制系统，并且时刻记录闸门的位置、停止时间、停止位置等，并定期处理数据和总结信息。纯人工控制模式已经不能满足当前发展的要求
[2] 。随着控制理论、通信技术、计算机技术和网络技术等学科的发展，将远程测控、无线通信和网络技术应用于水闸控制是水库水利枢纽控制系统的发展主流
[3] 。水闸的控制方式由单一的集中式结构控制
转变为分级式结构控制
[4] 。
本文设计了一种基于 PLC 电路控制通信的水闸远程控制系统。阐述了其硬件组成和工作原理。该系统实现了闸门上升高度的自动测量和控制、启闭机的手动和自动控制、数据采集、数据处理和实时信息传输。水闸远程自动控制是水利现代化发展的重要组成部分。它提供了一个更好的发展方向，在大幅度节省人力和能源的基础上自动化管理水资源，并实现了对水闸上升高度的自动测量和控制。
2 相关技术概述
2.1PLC 技术
PLC 是一种可编程控制器。PLC 在内部寄存器存储指令，如顺序控制指令、计数指令和算术运算指令。可编程控制器可以通过数字或模拟输入输出控制各种类型的机械设备或生产过程。PLC 具有网络通讯功能。它可以在 PLC 和 PLC 之间、PLC 和上位机之间、PLC 和其他智能设备之间交换信息。它可以形成一个集成的，单独的集中控制。
主要的可编程控制器有 RS-232 接口和支持独立通信协议的接口。可编程控制器比单片机和计算机作为现场控制器更容易适应恶劣的环境。
它具有配置方便、远程通信可靠、易于维护等优点。
2.2 无线通信网络
无线通信网络使用分组交换高效传输数据。通信网络是通过在公共通信电信网络所支持节点的服务器和网关支持节点上添加节点而形成的。它采用分组数据交换，以移动分组 IP 或 x.25 的形式为用户提供连接。它具有与 GSM 相同的时隙、带宽、重传结构、无线调制、跳频和时分多址的数据帧。无线通信网络可以分为两部分：无线接入和主网。无线接入部分负责移动节点和基站子系统之间的通信，而主网络负责基站子系统和标准数字通信网络的路由器之间的通信。无线通信网络的优点如下：不需要额外的网络，只需申请成为公共移动通信网络的用户；公共通信网络覆盖面大，可扩展；费用可以根据使用情况或每月计划。用户可以一直在线，费用根据数据量收取。当没有数据传输时，即使用户在线也不收费。或者用户可以按月付费不受使用限制；传输速度高，分组数据交换是数据传输和提高用户容量的必要条件。
3 系统设计
水闸远程控制系统采用分层分布开放式体系结构。该系统由远程控制中心、移动通信网络，基于可编程控制器的水闸控制系统研究三部分组成。
3.1 水闸控制系统
水闸控制系统的主要部分是 PLC 控制电路，该系统可以收集信息并控制闸门。现场控制器数据采集仪采集闸门上升高度、水位、闸室温湿度等实时信息。水闸信息由 PLC 电路中的编码程序编译。可编程逻辑控制器通过 RS232 通信接口将其转发给通信网络无线数据终端单元。数据再由无线数据终端单元的嵌入式处理器进行处理和封装，通过无线通信网络传输到数据处理和远程控制中心。
控制部分是水闸控制系统的核心。控制系统由水闸控制程序、现场操作人机界面、报警装置等组成，系统主要包括 PLC、中间继电器、人机界面板例如开关、按钮、标志、显示装置、报警装置等。远程控制中心相关软件发出的命令通过无线调制解调器传输到无线数据终端单元，再通过 RS232 通信接口传输到可编程控制器。命令代码由 PLC的编译程序执行。然后 PLC 通过自动调用相应的闸门控制程序完成相应的控制操作。电气控制主要由空气开关、交流接触器、中间继电器等电气设备组成。控制柜上的自动(手动)拨号开关可以关闭或连接两个不同的电路。电控单元具有多重保护功能。电机过载保护器可以在电机过载时自动切断电源，以保护设备。当闸门高度超出极限位置时，限位开关可自动切断启闭机电源，以保护电机。它可以避免电机因三相电源相序紊乱而运行异常。
系统提供三种控制模式：现场手动控制模式、现场自动控制模式、自动遥控模式。场景中手动控制模式优先级最高。当选择手动操作时，远程操作无效，仅对可编程控制器柜的操作按钮做出反应。当远程控制系统出现故障或处于维护状态时，保证水的调度正常。在现场自动控制模式下，通过触摸屏设定闸门的预期高度，可编程控制器可以跟踪和监控闸门的高度。水闸到达预期高度时停止。
3.2 远程控制中心
远程控制中心由中央服务器、控制计算机、管理计算机和图像监控计算机等组成。控制中心服务器申请分配固定的 IP 地址，使用移动通信提供的 DDN 专线与通信网络连接。由于 DDN 专线可以提供相对较高的带宽，当数据采集站点数量增加时，监控中心可以在不增加容量的情况下满足需求。服务器收到从通信网络传来的数据后，会先进行验证，然后将数据传到主控计算机。系统将恢复并处理数据。远程控制中心的具体功能如下：
（1）远程控制监控中心可以无线发送闸门的上升或下降命令；(2)图像监控计算机浏览嵌入视频服务器的网站。网站上显示了水闸的实时图像；(3)统计和打印做好水闸运行和各项性能指标的统计，打印各种事件和操作表；(4)事故分析和事故发生后的故障诊断，可根据事故清单、运行记录和事故记录进行事故分析和优化处理措施。同时可以进行在线实时诊断，如前端监控诊断、通信接口诊断、网络接口诊断、计算机设备诊断等。
4 结论
该系统经过灌区和水库水电厂的现场模拟，系统运行稳定可靠，满足远程遥控和自动化控制的要求。但对泄洪闸的控制效果不太令人满意。该系统需要进一步改进。基于 PLC 控制和通信的水闸远程控制系统实现了水闸的自动化控制。该系统可以更好地利用水资源，提高水能利用率。是我国水利工程实现自动化、信息化的重要发展方向。
它不仅大大提高了水闸的自动控制能力，降低了劳动强度和工作量，而且有效提高了水利枢纽的经济效益。
参考文献
[1]赵迪，陈晨.自动化系统在水闸工程应用中的问题与解决方法[J].城市建设理论研究(电子版)，2020(16)：106.
[2]郭子君.拦河坝水闸远程启闭自动化控制系统研究[J].自动化与仪器仪表，2018(08)：47-50.
作者简介：
田梦媛，女，湖北保康，1992 年 3 月，汉族，大学本科，助理工程师，湖北省汉江兴隆水利枢纽管理局。
