枣林庄水利枢纽自动化系统改造.doc

枣林庄枢纽自动化系统改造工程实践

王　　森　 费中浩

（河北省大清河管理处 071051）

摘 要
该文介绍了枣林庄枢纽原自动化系统的改造动因和新自动化系统的改造思路，以及工程实践中采用的措施，针对自动化系统实施和改造过程中应注意的问题提出了建议。
关键词 枣林庄枢纽 自动化 改造工程 实践

枣林庄枢纽位于河北省任丘市枣林庄村南，包括25孔泄洪闸、4孔节制闸、100t级船闸（已废）和赵北口溢流堰4座建筑物。枢纽设计流量2700m3/s，校核流量4140 m3/s。它是一座调节白洋淀水量，发挥调洪、蓄水、灌溉等综合效益的重要枢纽工程，在河系防洪调度运用中发挥着中枢作用。该枢纽于2001年7月完成除险加固工程项目，为25孔闸、4孔闸安装了自动化启闭系统，工程运行期间曾对部分电器设备及元器件进行过更新和改造，至2007年汛末自动化系统多次出现故障，近乎瘫痪，故于2008年汛前对其实施改造。
1　改造动因
枣林庄枢纽原自动化启闭系统属于可编程控制器(PLC)自动化控制系统，由中央控制室微机与4孔闸、25孔闸微机构成。中央控制室微机作为监控中心,通过4孔闸、25孔闸监控子系统实现对4孔闸和25孔闸的监控。通过RS485协议（线）将闸门监控中心、闸门集中控制单元和现地闸门控制组成控制网络，使中央控制系统对下位机数据信息进行采集、传输和处理，并对下位机进行控制。下位机中的传感器把各个闸门的开度值转换后传送给编码器,经编码器对开度值编码后，再通过RS485将数据传给上位机，上位机通过PLC可分别与不同的现地控制单元建立联系，控制柜内的相应继电器和接触点动作，即完成闸门启闭。
原自动化启闭系统出现故障的主要原因：原设计中缺少防雷措施，致使系统极易遭受雷击而导致瘫痪；系统采用可编程控制器PLC元件，系统复杂，加大了维护难度；原系统操作软件采用VB语言编写，反映速度较慢，稳定性差；测控系统不具备抗电磁干扰功能，导致系统不稳定；远端中控室数据显示延时大，显示的数值与实际值误差较大；通讯控制系统采用了串联方式，一旦中间环节出现问题，将致使整个系统瘫痪；原施工厂家距离枢纽遥远，不能及时维护系统；多次维修造成资金浪费和资源等。
2 改造思路
系统改造的设计思路采用常规集控和计算机集控并存的工作模式。其中常规集控利用现地控制柜(LCU)，计算机集控利用鼠标键盘。两种控制方式各自独立，当一种集控出现故障时，不影响另一种集控方式的操作。系统采用两级分层分布式系统，上位机采用计算机，下位机为闸门开度测控仪表、闸门开度传感器和水位传感器。上位机与下位机之间采用RS485总线通信，下位机以并联方式连接（一对一的形式挂）在总线上。上位机软件采用中文Windows Sever为工作平台，此软件具有稳定可靠，运行速度快等特点。加上强大的系统组件、数据库管理、网络通讯能力，使得此软件具有代码率利用高、维护方便简捷、接口调用简洁明了、软件升级简单等优点。同时设置多级防雷设施，以免因雷击损坏电子元件，造成系统瘫痪。
3工程实践
工程改造实践中，主要是以新的设计思路并结合原系统中存在的问题加以改进实施的。
(1)新系统采用更为先进的开度测量仪，舍去PLC可编程控制器和大量复杂的连线，使系统既简化又稳定，还可提高测量的精度。
(2) 改进系统的连接方式。操作系统分远程控制部分、近地控制部分和现地控制部分。在原系统中，这三个部分是以串联的方式连接起来的，一旦近地控制系统出现问题将使整个系统瘫痪。在新的设计中，我们将这三部分以并联的方式连接起来，这样，这三部分可以两两相连，一部分出现问题，不会影响到其它两部分的连接，进一步提升了系统的稳定性。
(3) 上位机软件以中文Windows Sever为工作平台，此软件具有稳定可靠，运行速度快等特点。
(4) 新系统增设了多级防雷措施。防雷系统分为：电源防雷和信号防雷。电源防雷采用了三级防雷，分别在变压器一侧加装防雷器、在系统总电源处加装防雷器、在系统的各个分模块处加装防雷器。信号防雷分为线路防雷和信号入口防雷。线路防雷是在户外的架空信号线上加装金属套管，并使金属层接地，达到防雷的目的。在信号入口处加装485专用信号防雷装置。这些防雷措施大大地提高了系统的防雷等级。
4改造成果
系统改造后，达到了能在距离枢纽数百里外的机关监控到闸门的启闭情况；能分别在现地、近地和中控室执行启闭命令；能在显示器上及时地、清楚地看到闸门的启闭状态、开启高度、水位、流量、运行记录、故障提示、报警信息等相关的数据。
新的自动化系统经过多次调试、修改及不同的控制方式、不同组合启闭模式地连续试运行，重复启闭后的精度能满足+1cm，设备工作正常，数据传输迅速、可靠，系统稳定。能满足闸门开度控制要求，现场测试运行效果良好，项目建设目标基本实现。
5结语
（1）自动化启闭系统应用于工程管理中，具有其先进性、科学性，但同时需要具备一定专业知识的人员掌握其原理并及时维护。如果仅仅限于对系统的使用，必定会受制于人，也不能正常发挥系统的功能。这也是原系统出现故障的主要原因之一。因此，工程管理人员亟待更新知识，改变过去那种旧的管理模式，以适应科学发展的需要。
（2）工程建设中，自动化系统应该由一家承建单位实施，不能分包。否则必定造成系统的设计思路、软件构成、平台结构、电器元件等的迥异，给工程管理带来诸多不便，乃至维护中资源的浪费。
（3）工程实施期间，管理维护人员应与承建单位密切配合，参与施工的全过程，了解试运行中出现的问题和解决方法，提高认知度。管理单位应落实人员职责，制定相关的自动化系统的管理和维护制度，及时发现并解决自动化系统应用中的问题，确保其发挥正常的效能。