尚加峰 尚雪纯 赵进宝
黄河水利委员会黄河机械厂 河南 郑州 450000
摘要：本文首先阐述了自动控制系统设计的要求，接着分析了自动控制系统设计，最后对自动控制系统功能进行了探讨。
关键词：自动控制系统;功能
引言：
自动控制系统在闸门阀控制中的广泛应用，使工作人员能够准确、及时地控制闸门阀的运行，同时减轻了工作人员的劳动强度，改善了工作环境，提高了闸门阀控制的工作效率。
1自动控制系统设计的要求
1.1适用性
适用性是指系统结构是否满足系统的功能性和非功能性要求，是评价系统结构是否良好的首要重要指标。因此，在方案设计中要特别注意系统的适用性，采用成熟的自动控制技术、计算机技术和安全技术。
1.2可靠性
架构是系统设计的第一要素。详细设计阶段的工作，如用户界面设计、数据库设计、模块设计、数据结构设计等，都是在架构确定后进行，而编程和测试是最后的工作。我们设计了一个高度可靠的系统，使闸门控制更加安全可靠。
1.3延伸性
在满足系统设计要求的前提下，选择性价比较高的传感器设备、监控设备和通信设备。另一方面，系统使用的设备要考虑其更新速度。设备的更新变化必然导致系统的扩展。所以升级的时候要最大限度的保护原有的硬件设备和软件投资。
2自动控制系统设计
2.1主要功能
自动控制系统功能丰富，可实现数据监控、操作记录、故障排除和报警、操作指令自诊断、闸门实时控制、控制方式选择、开度调节、画面显示、参数设置、打印等多种功能。自动控制系统可以通过服务器将设备的状态、参数、水文数据和视频图像实时上传到上级管理处，也可以实时接收上级管理处的调度指令。
2.2远控级
远程控制层主要指管理处和上级管理处的监控系统，通过光纤与控制系统相连。可以传输闸门的调度指令，并将闸门运行信息、参数等内容上传至上级监控系统。
2.3主控级
主控级是系统的实时监控中心，主要包括工控计算机等相关设备。整个系统的大部分功能都是由主控级实现的。包括自动控制、历史数据处理、人机对话、设备运行状态监控、运行故障报警、监控参数设置和修改、闸门开度设置等功能。其中历史数据包括运行报告、运行文件、运行参数特征值等。
主控级采用两台工控机，为热备用操作站(上位机)，主要实现采集和监控功能；液晶显示器用于实时显示系统的运行状态，包括闸门的升降状态、闸门的启闭高度、上下游水位以及运行流程图。利用服务器建立数据库，实现系统与上级网络的通信；利用交换机实现系统与工控机、PLC、服务器等设备的通信；使用不间断电源为设备供电；打印机可以打印操作记录、报告等。
2.4现地控制级
本地控制级是整个控制系统的第一优先级，其主要功能是:与上位机的数据通信、水位和闸门的数据采集和处理、闸门全开全关指示、启闭机手动和自动控制、操作按钮和转换开关；检查闸门的电量和非电量参数。
启闭机房内设置现场控制柜，柜内安装可编程控制器，控制闸门的升降和停止。控制柜配有转换开关，以手动或自动方式实现闸门启闭控制的自由切换。PLC具有过程控制、开监控等功能。，可以通过提供以太网通信模块、可编程开关量和模拟量模块来实现。
通常在执行指令时，上位机操作人员通过计算机向PLC发送命令，通过PLC编程实现闸门的自动控制和调节。如果需要本地控制，可以通过转换开关切换闸门控制模式。本地控制层可以独立实现实时数据采集和闸门状态监控。就地控制柜配有闸门开度仪和水位计显示仪，现场显示闸门开度和水位数据，并通过通讯口将运行参数发送给工控机显示。
2.5系统性能
自动控制必须能够检查每个操作，并能够在允许并检测到入侵错误时触发警报。储存并记录所有自动或手动动作，并指定动作。该系统必须能够验证主机和本地级别发送的控制信息的有效性，并清楚地确定信息是否有效，以确保系统不会因信息错误而严重故障。如果通信失败，则会尝试多次重复通信，并在通信失败时发出警告。
2.6集中控制级
分散在各设备周围的本地控制级通过计算机通信网络集中在中央控制室，形成集中控制级，由操作站、打印机、UPS和模拟屏组成，并配有闭路电视监控系统。网关可视化是通过HPP5680计算机实现的，该计算机具有256MB内存、40G硬盘、21种颜色指示灯、两个RS-232端口和另一个RS-4880RS-485串行端口，用于与集中式层通信，与SNP通信协议、主站、SPS从属。
多功能电表是HC600型合资产品，其通信采用RS-485协议，分别采集线路和发电机的三相电流、电压、有功功率、无功功率和功率因数。风速风向仪采用上海气象仪器厂EN2风速风向仪，由室外传感器和室内仪器组成，仪器部分有串口=LK4H4与集控计算机通讯。模拟屏幕上显示有H7数字量和78个开关量。模拟屏幕中的一台PC负责管理每个显示仪器的工作。PC机与集控层之间的通信采用RS-232串口。模拟屏幕上显示的内容包括最近1h、3h、7h和24h的降雨量、内外河的实时水位、各闸门的状态以及4S各整数点的内外河水位数据。整个系统的交流电源采用专用的2kvA在线UPC集中电源，延时1小时。在停电的情况下，监控系统仍然可以工作，不间断的进行各级计算机设备的工作和数据采集，以及连续的报告和曲线。
通常水闸位于海边，风雨雷电是不可忽视的客观问题之一。为了提高其抗干扰能力和能力，需要加强其管理和维护，在设置周围安装避雷针等设施，并采用基于邻近原则的接地方式，大大提高了安全性。一般情况下，接地电阻小于0.5欧姆。经过一段时间的试用，系统逐渐稳定，没有出现其他不良现象。
2.7控制回路设计
闸门左右两岸各有4座启闭机房，分别设有上下闸首，由集控室控制台上的计算机控制。我们将控制柜面板上的转换开关置于手动位置。当按下向上按钮时，举倾机构的电路接通，电机向前旋转，闸阀打开。按下停止按钮，控制电路断开，电机停止运行，闸阀关闭。闸室水位与下游水位平齐，船舶可以从下游进入闸室停泊。水闸运行方式是指船舶按照升水闸和降水闸的过程进行水闸运行。自动控制设计是将控制柜面板上的转换开关置于自动位置。当命令为开启控制时，PLC控制相应的中间继电器触点闭合，闸阀门提升电路接通，闸阀门开启。当发出关闭命令时，PLC控制相应的中间继电器触点关闭，闸阀门提升电路接通，闸阀门关闭。
3自动控制系统功能
3.1计算功能
自动控制系统采用特殊的模块化设计，对整个水利的数据信号进行统计和整合，根据数据提供的相关信息评估未来的发展趋势，预测水位曲线的波动，并根据不同的水位自动调整阀门开关。
3.2控制功能
主要有两种控制方式；一种是自动运行控制系统，利用计算机的自动化系统，根据数字的波动自动运行，真正提高工作效率，实现无人值守的自动运行模式。第二种是手动操作，就是技术人员可以根据屏幕上显示的数据变化反复学习，在没有错误的情况下，通过图片和声音传输下达命令，完成整个操作。但随着“无人操作”模式的出现，这种模式将逐渐被取代。
3.3显示、打印功能
(1)设备运行状态变化；(2)闸门和变电站设备动作过程显示；(3)记录报警信号；(4)动作时间和次数的统计；(5)自动生成日报、月报和年报。
3.4报警功能
发生事故时，故障报警信号可实时显示在阴极射线管的报警窗口中，报警设备和报警时间可记录在报告中，以供查看和处理。
结束语：
水闸自动控制系统的设计应遵循标准化、先进性、可靠性、易用性、开放性和安全性的原则。它可以实现闸门的自动控制，大大提高运行管理效率，解放人力，实现现场无人值守，并与上级管理处调度控制管理系统连接，实现远程监控、数据共享和远程图像浏览。随着科学技术的进步，该系统将进一步完善和完善。
参考文献：
[1]浅谈宫家闸自动控制系统的应用[J].于强,张德宁.水利建设与管理.2018(09)
[2]关于生态流量与发电调水自动控制系统的改造及应用[J].林鸣耀.陕西水利.2020(02)
[3]对水电厂自动控制系统问题的分析[J].李炜金,辛凯欣.黑龙江科学.2018(09)
[4]试析某水电站自动控制系统的完善[J].郑建强.技术与市场.2016(05)
[5]论水轮发电机组调速自动控制系统存在的问题及其对策[J].商国才,王印松.水电厂自动化.2017(03)
[6]水电站自动控制系统的改造设计[J].黄雪花.中国新技术新产品.2019(17)