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(fù)原有河渠的過水?dāng)嗝?。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(dān)負(fù)著當(dāng)?shù)財r河蓄水、泄洪等重要任務(wù)。計算機(jī)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(jī)技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動控制技術(shù)等高端技術(shù)進(jìn)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(luò)化多媒體遠(yuǎn)程監(jiān)控打下了基礎(chǔ)。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(qiáng)的經(jīng)濟(jì)和社會意義。2自動控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)橡膠壩控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)可分為四部分，第一部分是由計算機(jī)和實時監(jiān)控軟件組成的上位機(jī)監(jiān)控管理系統(tǒng)，第二部分是由單片機(jī)、軟件及其外圍部件組成的下位機(jī)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(fēng)機(jī)等組成的外圍設(shè)備系統(tǒng)。第四部分是以Rs一485總線為基礎(chǔ)的上位機(jī)和下位機(jī)通信系統(tǒng)。上位機(jī)控制系統(tǒng)由一臺工業(yè)控制計算機(jī)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(shè)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(jī)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(jī)控制系統(tǒng)是由單片機(jī)、軟件及其外圍部件組成的單個閥門控制器或者風(fēng)機(jī)控制器，通過采集各種所需要的信息，單片機(jī)根據(jù)設(shè)定的程序控制閥門和風(fēng)機(jī)，進(jìn)而達(dá)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(shè)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、AD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(jī)接收到檢測信號后，按照設(shè)定的軟件流程進(jìn)行數(shù)值處理，對壩袋的充、排氣進(jìn)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(jìn)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(jié)合的一致性，自動控制軟件部份采用昆侖通態(tài)集團(tuán)的MCGS嵌入版組態(tài)軟件開發(fā)，硬件采用該集團(tuán)的基于WINCE.NET的nTouch系列嵌入式HMI（人機(jī)界面），便于未來系統(tǒng)擴(kuò)充聯(lián)網(wǎng)，以Web瀏覽的方式向上級中心站進(jìn)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(fēng)機(jī)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(guān)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(guān)信息將接受上級部門的實時監(jiān)控。在自動方式下可以進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。人工和自動控制方式也可通過遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)切換。(2)遠(yuǎn)程控制：根據(jù)各級用戶通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)給現(xiàn)場測控單元(plc)的指令，充氣閥可自動開啟或關(guān)閉，充、排氣風(fēng)機(jī)自動啟動或者停止，其動作由各級用戶根據(jù)權(quán)限控制。(3)充氣閥啟閉及風(fēng)機(jī)啟動告警：在充氣閥將要啟閉以及啟閉過程當(dāng)中，相應(yīng)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(hù)：在充氣閥啟閉裝置設(shè)置的最上限值和最下限值，當(dāng)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(hù)：在供電線路里面應(yīng)串有相序保護(hù)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(hù)：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(jī)功率要求其有不同的設(shè)定值，當(dāng)電機(jī)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(jī)。4.2數(shù)據(jù)檢測實時監(jiān)測數(shù)據(jù)應(yīng)包括：壩前水位、壩后水位、壩袋內(nèi)氣壓值、有關(guān)操作按鈕或開關(guān)狀態(tài)、閘門啟閉機(jī)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(jī)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(jī)室中裝有溫濕度等傳感器，用以實時監(jiān)測機(jī)房中的工作環(huán)境(5)狀態(tài)監(jiān)測：包括進(jìn)出充氣閥信號燈狀態(tài)、動力和控制電源狀態(tài)、有關(guān)操作按鈕或開關(guān)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(fù)責(zé)充(或排)氣的風(fēng)機(jī)電機(jī)的啟?？刂埔约芭浜舷鄳?yīng)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(jìn)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(jié)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(fēng)機(jī)控制柜的手動／自動旋鈕處于自動位置，此時，上位機(jī)橡膠壩壩袋充排氣自動控制程序啟動；(2)上位機(jī)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(fēng)機(jī)，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(dāng)大于預(yù)設(shè)的上限壓力值，關(guān)閉風(fēng)機(jī)。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(bǔ)氣流程主要是看壩袋內(nèi)氣壓低于最下限氣壓值時，進(jìn)行補(bǔ)氣流程，具體流程請看橡膠壩補(bǔ)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(jié)構(gòu)電視監(jiān)控系統(tǒng)控制中心設(shè)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(hù)、管理的中心。所有設(shè)備與自動控制臺組合一體，監(jiān)控中心配置如下設(shè)備：（1）云臺控制機(jī)；（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(jī)和傳輸系統(tǒng)，主要包括如下設(shè)備：（1）兩套槍式全方位攝像機(jī)（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(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。（4）一套槍式固定攝像機(jī)系統(tǒng)（設(shè)備間）。（5）一套快球式攝像機(jī)系統(tǒng)（控制室樓前）。前端各攝像機(jī)信號進(jìn)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(jìn)行控制。其中橡膠壩兩岸的全方位攝像機(jī)主要用于觀察壩袋運行安全，考慮夜間使用，壩墩上間隔設(shè)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(jìn)行四畫面或單畫面進(jìn)行分組編程。（2）控制功能通過云臺控制器對鏡頭及云臺進(jìn)行控制。（3）附屬控制室外云臺配備雨刷、風(fēng)扇及加熱除霜設(shè)備。由云臺控制器在操作臺上進(jìn)行手動控制。（4）圖像遠(yuǎn)傳接口。參考文獻(xiàn)[1]陽秀春.淺談橡膠壩工程的設(shè)計[J].民營科技[J]:2009(1):149-149[2]高本虎.橡膠壩工程技術(shù)指南[M].北京：中國水利水電出版社：2006[3]房文玲.有關(guān)橡膠壩設(shè)計問題探討[J].井岡山學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)):2008,29(6):41-42[4]韓軍.橡膠壩設(shè)計和運行管理中有關(guān)問題的探討[J].電力學(xué)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(shù):2005(87):42-44[6]劉興發(fā).淺談橡膠壩的運行與維護(hù)[J].水利科技與經(jīng)濟(jì):2007(13):18-19