專利名稱：中小水庫、水電站遠(yuǎn)程自動(dòng)化測控設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及的是一種中小水庫、水電站遠(yuǎn)程自動(dòng)化測控設(shè)備，尤其是一種基于5GHz跳頻擴(kuò)頻工業(yè)無線技術(shù)的水庫、水電站閘門可編程控制工作方式及控制系統(tǒng)。屬于工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，水庫、水電站閘門工業(yè)測控系統(tǒng)主要采用現(xiàn)地控制與遠(yuǎn)程控制互為備份的控制方式，如水電站進(jìn)水口、水輪機(jī)出水口的閘門，進(jìn)水口攔污柵。設(shè)備主要以工業(yè)控制計(jì)算機(jī)為核心，現(xiàn)地電氣控制設(shè)備采用繼電器邏輯控制與PLC控制相結(jié)合?？刂浦行呐c現(xiàn)地測控屏之間主要為現(xiàn)場總線方式或基于工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)的有線通信方式，支持同軸電纜、雙絞線和光纖等多種電纜作為傳輸介質(zhì)，雖然具有穩(wěn)定性強(qiáng)，速度快，安全性高等優(yōu)點(diǎn)，也存在著布線復(fù)雜，施工不易，成本較高，維護(hù)不便等缺陷。尤其在水電自動(dòng)化工業(yè)領(lǐng)域中，由于很多地域環(huán)境復(fù)雜，條件惡劣，有線通信電纜布線困難，維護(hù)成本高，有線通信的穩(wěn)定性與安全性無法得到有效保證。另外，水庫、水電站閘門工業(yè)測控系統(tǒng)在需要改變控制方式時(shí)，主要通過控制中心調(diào)度人員下達(dá)指令，由現(xiàn)地工作人員手動(dòng)操作現(xiàn)場設(shè)備的切換開關(guān)實(shí)現(xiàn)。但當(dāng)現(xiàn)地工作人員夜間休息或短暫外出不在現(xiàn)場，又需緊急對間門進(jìn)行遠(yuǎn)程控制時(shí)，控制中心計(jì)算機(jī)無法強(qiáng)制切換控制模式轉(zhuǎn)換開關(guān)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，對水庫、水電站的安全泄洪造成了一定的安全急 ^^ ο

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型目的是針對在閘門控制中心與現(xiàn)地測控屏之間在地理上被河流，峽谷隔斷，很難實(shí)現(xiàn)有線通信時(shí)，實(shí)用新型了一套基于工業(yè)無線跳頻擴(kuò)頻技術(shù)的可編程控制工作方式及自動(dòng)化系統(tǒng)。本實(shí)用新型提供了一種中小水庫、水電站遠(yuǎn)程自動(dòng)化測控設(shè)備，將工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于可編程控制(PLC)及繼電器邏輯控制設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，同時(shí)提供了遠(yuǎn)程強(qiáng)制切換控制方式的解決方案，實(shí)現(xiàn)了對閘門的遠(yuǎn)程無線控制、現(xiàn)地PLC自動(dòng)控制及常規(guī)繼電器手動(dòng)控制三種控制方式組成的冗余控制結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，三種控制方式的切換由現(xiàn)地工作人員操作控制方式切換開關(guān)實(shí)現(xiàn)。但當(dāng)現(xiàn)地工作人員暫時(shí)離開崗位或夜間休息，控制方式又處于現(xiàn)地繼電器手動(dòng)或現(xiàn)地PLC自動(dòng)控制方式時(shí)，監(jiān)控中心上位機(jī)可遠(yuǎn)程強(qiáng)制切換工作方式為遠(yuǎn)方自動(dòng)控制方式，由監(jiān)控中心上位機(jī)直接控制現(xiàn)地設(shè)備的運(yùn)行。本實(shí)用新型為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案本實(shí)用新型中小水庫、水電站遠(yuǎn)程自動(dòng)化測控設(shè)備，包括閘門子系統(tǒng)和N個(gè)現(xiàn)場無線接入設(shè)備，其中閘門子系統(tǒng)由N個(gè)無線接入點(diǎn)AP以及工業(yè)一體化監(jiān)控主機(jī)組成，現(xiàn)場無線接入設(shè)備都包括無線客戶端模塊ST、通信處理器模塊和現(xiàn)地測控單元，無線接入點(diǎn)通過混合連接器(IP60接入工業(yè)以太網(wǎng)互聯(lián)與工業(yè)一體化監(jiān)控主機(jī)互聯(lián)；無線客戶端模塊ST分別通過混合連接器(IP60接入工業(yè)以太網(wǎng)，并連接所對應(yīng)的通信處理器模塊，進(jìn)而與現(xiàn)地測控單元實(shí)現(xiàn)互聯(lián)通信。所述現(xiàn)地測控單元包括PLC控制電路、IXD觸摸顯示屏、電動(dòng)機(jī)控制回路、液壓啟閉機(jī)、繼電器邏輯控制電路、閘門開度傳感器、閘門荷重傳感器、無線客戶端ST和MVDC直流電源；液壓啟閉機(jī)的輸出端分別接PLC控制電路以及繼電器邏輯控制電路的一個(gè)輸入端，PLC控制電路的一個(gè)輸入\輸出端分別與繼電器邏輯控制電路的一個(gè)輸出\輸入端連接，閘門開度傳感器與閘門荷重傳感器的輸出端分別接PLC控制電路的一個(gè)輸入端，電動(dòng)機(jī)控制回路的輸出端接液壓啟閉機(jī)的輸入端，PLC控制電路和繼電器邏輯控制電路的一個(gè)輸出端分別接電動(dòng)機(jī)控制回路的輸入端，PLC另外一個(gè)輸出/輸入端分別接LCD觸摸顯示屏的輸入輸/出端，PLC控制電路通過通信處理器模塊CP341-1接入工業(yè)以太網(wǎng)與無線客戶端模塊ST連接，24VDC直流電源分別接PLC控制電路、IXD觸摸顯示屏、電動(dòng)機(jī)控制回路、 繼電器邏輯控制回路以及、無線客戶端模塊ST的輸入端。本實(shí)用新型的有益效果包括如下方面1、實(shí)用新型提供了一種基于5GHz跳頻擴(kuò)頻工業(yè)無線通信網(wǎng)絡(luò)平臺，突破地域限制，將工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于閘門監(jiān)控系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制，為閘門控制現(xiàn)場由于地域環(huán)境復(fù)雜，條件惡劣，有線通信布線困難甚至無法布線時(shí)提供了有效地解決方案，且布線容易， 成本低廉，維護(hù)簡單。2、本實(shí)用新型定義了一套專門用于遠(yuǎn)程控制的應(yīng)用層通訊協(xié)議，在遠(yuǎn)程控制閘門運(yùn)行時(shí)，上位機(jī)發(fā)出的控制指令經(jīng)過現(xiàn)地測控單元兩次驗(yàn)證無誤后才最終確認(rèn)并執(zhí)行，保證了本實(shí)用新型中通過無線工業(yè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的遠(yuǎn)程控制的可靠性。3、本實(shí)用新型中提供了對閘門的遠(yuǎn)程無線控制、現(xiàn)地PLC自動(dòng)控制及常規(guī)繼電器手動(dòng)控制三種控制方式組成的冗余控制結(jié)構(gòu)。通常情況下，控制方式的切換由現(xiàn)地工作人員手動(dòng)操作完成，但在遇到緊急情況或夜間現(xiàn)場無人值守時(shí)，上位計(jì)算機(jī)可遠(yuǎn)程強(qiáng)制切換控制方式，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)地設(shè)備的隨時(shí)遠(yuǎn)程遙控。

圖1為本實(shí)用新型設(shè)備組成示意圖。圖2為現(xiàn)地測控單元框圖。圖3為電動(dòng)機(jī)控制回路框圖。[0016]圖4、5為常規(guī)繼電器邏輯控制電路的原理圖。圖6為可編程控制器控制電路中的CPU與工業(yè)觸摸顯示屏(IXD)輸入、輸出端的關(guān)系示意圖。圖7為可編程控制器控制電路中閘門開度傳感器輸入電路原理圖。圖8為可編程控制器控制電路中的閘門操作與狀態(tài)信號輸入電路原理圖。圖9為可編程控制器控制電路中的驅(qū)動(dòng)電磁閥輸入電路與狀態(tài)光示輸出電路原理圖。圖10為上位機(jī)遠(yuǎn)程控制閘門運(yùn)行流程圖。圖11為上位機(jī)遠(yuǎn)程強(qiáng)制切換閘門控制方式流程圖。
具體實(shí)施方式
對照附圖1，本實(shí)用新型由閘門集中監(jiān)控中心、N個(gè)現(xiàn)地測控單元以及無線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組成。間門集中監(jiān)控中心主要包括工業(yè)一體化監(jiān)控主機(jī)及監(jiān)控軟件系統(tǒng)，負(fù)責(zé)閘門監(jiān)控系統(tǒng)的全局監(jiān)控與調(diào)度。每一個(gè)閘門現(xiàn)地測控單元(IXU)主要包括可編程控制器 (PLC)控制電路、常規(guī)繼電器邏輯控制電路、工業(yè)觸摸顯示屏(LCD)、電動(dòng)機(jī)控制回路、液壓啟閉機(jī)、24V直流電源以及閘門開度傳感器、閘門荷重傳感器等設(shè)備，每一個(gè)現(xiàn)地測控單元通過西門子通信處理器模塊CP341-1接入工業(yè)以太網(wǎng)，最后由西門子無線客戶端模塊ST接入工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要由N個(gè)無線接入點(diǎn)AP(型號為西門子無線通信模塊W-788)以及 N個(gè)無線客戶端模塊ST(型號為西門子無線通信模塊W744-1PR0) 組成。符合IEEE802. 11標(biāo)準(zhǔn)，工作頻率為5. 15GHz-5. 25GHz，傳輸方式采用正交頻分復(fù)用 (0FDM)，功率為Iff,帶寬為54 MBit/sec，傳輸距離為lkm。對照附圖2，圖中的1 “是PLC控制電路、2〃是IXD觸摸顯示屏、3"是電動(dòng)機(jī)控制回路、4"是液壓啟閉機(jī)、5"是繼電器邏輯控制電路、6"是間門開度傳感器、7"是間門荷重傳感器、8〃是無線客戶端ST、9〃和10〃為MVDC直流電源。4"液壓啟閉機(jī)的輸出端分別接1"PLC控制電路以及5"繼電器邏輯控制電路的一個(gè)輸入端，油位信號計(jì)，油路電磁閥，主令控制器等接點(diǎn)信號分別輸入給繼電器控制電路和 PLC控制電路。1"PLC控制電路的一個(gè)輸入\輸出端分別與5"繼電器邏輯控制電路的一個(gè)輸出\輸入端連接，實(shí)現(xiàn)PLC對常規(guī)繼電器電路的控制輸出以及常規(guī)及電器電路工作狀態(tài)信號的輸入。6"閘門開度傳感器與7"閘門荷重傳感器的輸出端分別接1"PLC控制電路的一個(gè)輸入端。3"電動(dòng)機(jī)控制回路的輸出端接液壓啟閉機(jī)的輸入端，1"PLC控制電路和5"繼電器邏輯控制電路的一個(gè)輸出端分別接3"電動(dòng)機(jī)控制回路的輸入端，用于控制油泵電動(dòng)機(jī)的啟停。1"PLC另外一個(gè)輸出/輸入端分別接2"IXD觸摸顯示屏的輸入輸/出端，IXD可以顯示PLC輸出的閘門開度等狀態(tài)信息也可預(yù)置閘門開度等參數(shù)供PLC執(zhí)行。1"PLC控制電路通過通信處理器模塊CP341-1接入工業(yè)以太網(wǎng)與8"無線客戶端模塊ST連接。MVDC 直流電源分別接1"PLC控制電路，2"IXD觸摸顯示屏，3"電動(dòng)機(jī)控制回路，5"繼電器邏輯控制回路以及8"無線客戶端模塊ST的輸入端。液壓啟閉機(jī)上安裝的器具包括油泵電動(dòng)機(jī)，油位信號計(jì)，油路電磁閥，主令控制器等。閘門開度傳感器及荷重傳感器安裝在閘門上，以測量閘門開度及荷重。PLC控制電路輸出閘門開度與荷重信息，通過LCD觸摸顯示屏實(shí)現(xiàn)數(shù)字與圖形顯示?，F(xiàn)地測控單元與閘門監(jiān)控中心之間通過無線客戶端模塊ST及無線接入點(diǎn)AP組成的基于工業(yè)無線跳頻擴(kuò)頻網(wǎng)絡(luò)平臺進(jìn)行無線通信，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)地設(shè)備工作狀態(tài)，閘門開度、荷重信號的數(shù)據(jù)的上行以及上位機(jī)發(fā)出控制信號的下行。對照附圖3，斷路器DL1、DL3接通380VAC電源，斷路器DL2接通220VAC電源。繼電器接點(diǎn)JJl通過熱繼電器RJl連接電機(jī)El，繼電器接點(diǎn)JJ2通過熱繼電器RJ3連接電機(jī) E2。380VAC電源的其中一相W經(jīng)過保險(xiǎn)絲Fusel與繼電器接點(diǎn)JDl和JD2對應(yīng)連接。繼電器接點(diǎn)JD1，JD2的另一端經(jīng)熱繼電器RJ2與繼電器線包DCFl連接?；ジ衅鱄I、H2、H3與電流表Al、A2、A3對應(yīng)連接。三相線U，V，W其中相線U、V間接電壓表。380VAC電源的其中一相W經(jīng)過保險(xiǎn)絲Fuse6與繼電器接點(diǎn)JD3和JD4對應(yīng)連接。對照附圖4，斷路器DL4經(jīng)過保險(xiǎn)絲Fuse7接通220VAC電源，直流電源SITOP將交流電源220VAC變成直流MVDC電源，直流電源SITOP的L+端分別與操作權(quán)選擇開關(guān)KG1、 工作泵選擇開關(guān)KG2以及蓄能器切換開關(guān)KG3對應(yīng)連接。直流電源SITOP的L-端與繼電器線包 DCFO，DCF2，DCF3，DCF4，DCF6，DCF7，DCTl，DCT2 以及繼電器接點(diǎn) JDQl，JDQ2，JDQ3， JDQ4對應(yīng)連接。操作權(quán)選擇開關(guān)KG1，工作泵選擇開關(guān)KG2，蓄能器切換開關(guān)KG3分別與繼電器接點(diǎn)JDQ5，JDQ6對應(yīng)連接。停止按鈕AN3、升門按鈕ANl與繼電器線包DCF4，DCF9， DCF8對應(yīng)連接，升門按鈕KGl又與繼電器線包DCF3對應(yīng)連接。降門按鈕KG2與繼電器線包 DCF3, DCF5, DCF7 對應(yīng)連接。 對照附圖5，繼電器線包DCF8，DCF7以及電磁閥YVl、YV2，YV3，YV4的一端分別對應(yīng)短接，繼電器線包DCF8，DCF7的另一端分別與繼電器接點(diǎn)JDQ8，JDQ7對應(yīng)連接，溢流閥 YVl的另一端分別與繼電器接點(diǎn)JDQ9對應(yīng)連接，同時(shí)與繼電器線包DCF2串聯(lián)連接。升門電磁閥YV2的另一端與繼電器接點(diǎn)JDQll對應(yīng)連接，同時(shí)與繼電器線包DCF6串聯(lián)連接。降門電磁閥YV3，YV4的另一端分別與繼電器接點(diǎn)JDQ13對應(yīng)連接，同時(shí)與繼電器線包DCF7串聯(lián)連接。指示燈MHS8的一端分別對應(yīng)短接，指示燈mH的另一端分別與繼電器線包 DCFO，DCF10, DCF3, DCF4, DCF8, DCF7, DCFll 分別對應(yīng)連接。 對照圖6，PLC控制電路主要由電源模塊PS307，中央處理器單元模塊CPU315，通信處理器模塊CP341-1，輸入模塊SM321/輸出模塊SM322(D1 D6)組成。閘門的開度與顯示與參數(shù)設(shè)置由IXD觸摸顯示屏實(shí)現(xiàn)，顯示屏采用DM-121GS工業(yè)觸摸顯示屏。PLC控制電路通過通信處理器模塊CP341-1接入工業(yè)以太網(wǎng)Ethernet。對照圖7，閘門開度傳感器的輸出數(shù)據(jù)信號經(jīng)過變送器DL-150對應(yīng)接入PLC控制電路的輸入接口模塊Dl (型號為SM321)的2 19端。Dl的第1端與電源MVDC正端連接，第20端與電源MVDC負(fù)端連接。對照圖8，輸入接口模塊D3(型號為SM321)的第1端與電源MVDC正端連接，第20 端與電源MVDC負(fù)端連接。輸入接口模塊D3的第2 8端經(jīng)過操作方式切換開關(guān)KGl、油泵選擇開關(guān)KG2、蓄能器切換開關(guān)KG3與電源MDC正端連接。輸入接口模塊D3的第16 19端經(jīng)升門按鈕AN1、降門按鈕AN2、停止按鈕AN3、故障復(fù)位按鈕AN4與電源MVDC正端連接。輸入接口模塊D3的第8 9端分別經(jīng)過有無PLC接入繼電器接點(diǎn)JDQ14及接入備用
控制電源繼電器接點(diǎn)JDQ15與電源MVDC正端連接。輸入接口模塊D3的11 15備用端□。輸出接口模塊D4(型號為SM322)的第1端及第11端與電源MVDC正端連接，第 10端及第20端與電源MVDC負(fù)端連接。輸出接口模塊D4的第2 9端分別通過繼電器包DCF12 DCF19與電源MVDC負(fù)端對應(yīng)連接。輸出接口模塊D4的第12 15端分別通過繼電器包DCF20 DCF23與電源MVDC負(fù)端對應(yīng)連接。輸入接口模塊D4的第16、17、18、 19端為備用端。對照圖9，輸入接口模塊D5 (型號為SM321)的第1端與電源MVDC正端連接，第 20端與電源MVDC負(fù)端連接。輸入接口模塊D5的第2端和第3端分別經(jīng)啟閉機(jī)油路超壓接點(diǎn)JDQ16、JDQ17與電源MVDC正端連接。輸入接口模塊D5的第4端和第5端分別為1# 油泵繼電器接點(diǎn)JDQ18J#油泵繼電器接點(diǎn)JDQ19與電源MVDC正端連接。輸入接口模塊 D5的第7 12端分別經(jīng)過閘門全開接點(diǎn)JDQ20、閘門全關(guān)接點(diǎn)JDQ21、閘門下滑Gl的接點(diǎn) JDQ22、閘門下滑G2的接點(diǎn)JDQ23、閘門全開位置接點(diǎn)JDQ24、閘門全關(guān)位置接點(diǎn)JDQ25與電源MVDC正端連接。輸入接口模塊D5的第14、16端分別經(jīng)過閘門機(jī)油泵電動(dòng)機(jī)過載接點(diǎn) JDQ26，蓄能器電動(dòng)機(jī)過載接點(diǎn)JDQ27與電源MVDC正端連接。輸入接口模塊D5的第6端、 第13端及第16 19端為備用端。輸出接口模塊D6(型號為SM322)的第1端及第11端與電源MVDC正端連接，第 10端及第20端與電源MVDC負(fù)端連接。輸出接口模塊D6的第2 9端經(jīng)指示燈ZS9 M16與電源MVDC正端連接。輸出接口模塊D6的第17、18端分別經(jīng)過電阻Rl (400 Ω )、 R2 (400 Ω )通過繼電器接點(diǎn)JDQ^與電源MVDC正端對應(yīng)連接。輸出接口模塊D6的15、16 以及19端口為備用端。本實(shí)用新型中閘門控制方式有三種，分別是現(xiàn)地常規(guī)繼電器手動(dòng)工作方式，現(xiàn)地 PLC自動(dòng)方式，遠(yuǎn)方自動(dòng)工作方式。三種控制方式的切換主要通過現(xiàn)地測控單元的工作人員操作控制切換開關(guān)KGl (在圖8中表示)實(shí)現(xiàn)。閘門監(jiān)控中心上位機(jī)可通過指令遠(yuǎn)程強(qiáng)制切換開關(guān)KGl到遠(yuǎn)方自動(dòng)模式，無需人工手動(dòng)操作，以確保在現(xiàn)地工作人員暫時(shí)離開或夜間休息時(shí)，閘門集中監(jiān)控中心能夠隨時(shí)實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)地設(shè)備的遠(yuǎn)程控制?，F(xiàn)地手動(dòng)工作方式現(xiàn)地手動(dòng)工作方式?jīng)]有PLC控制電路參與，完全由現(xiàn)地工作人員人工操作常規(guī)繼電器電路實(shí)現(xiàn)控制。(1-1)準(zhǔn)備工作。現(xiàn)地工作人員將控制切換開關(guān)KGl (在圖8中表示)置于“現(xiàn)地手動(dòng)”位置，將油泵選擇開關(guān)KG2 (在圖8中表示)置于“1#油泵位置”，將蓄能器切換開關(guān) KG3 (在圖8中表示)置于“自動(dòng)”位置。(1-2)升門操作?，F(xiàn)地工作人員按下繼電器邏輯控制電路中的升門按鈕AN1，中間繼電器線包(DCF3 )、繼電器接點(diǎn)(JDQ1)以及時(shí)間繼電器線包(DCT2 )上電(ANl、DCF3、JDQ1、 DCT2在圖4中表示)，交流接觸器(JJ2，JJl在圖3中表示)以及繼電器(DCF2，在圖4中表示)接通，蓄能器電動(dòng)機(jī)(E2)以及1#油泵電動(dòng)機(jī)(El)運(yùn)行(El、E2在圖3中表示)，溢流閥(YV1，再圖5中表示)通電，DCT2延時(shí)斷開觸點(diǎn)延時(shí)十秒后，DCF2斷開，溢流閥(YVl)失電，此時(shí)繼電器(DCF6，在圖4中表示)得電，升門電磁閥(YV2)上電，閘門開始提升，指示燈 (ZS4，在圖5中表示)點(diǎn)亮。如果閘門到達(dá)全開位置時(shí)，閘門上限位繼電器接點(diǎn)(JDQ8，在圖5中表示)接通，升門限位繼電器(DCF8，在圖4中表示)得電，升門繼電器(DCF6，在圖4中表示)失電，交流接觸器JJ1、JJ2斷開，油泵電動(dòng)機(jī)以及蓄能器電動(dòng)機(jī)停機(jī)，指示燈(ZS3，在圖5中表示)點(diǎn)亮。(1-3)降門操作?，F(xiàn)地工作人員按下繼電器邏輯控制電路中的降門按鈕AN2，中間繼電器線包(DCF2、DCF4在圖4中表示)、繼電器接點(diǎn)(JDQ1)上電(AN2、DCF2、DCF4、JDQ1在圖4中表示)，交流接觸器(JJl在圖3中表示)以及繼電器(DCF2，在圖4中表示)接通，油泵電動(dòng)機(jī)El運(yùn)行，溢流閥(YV1，再圖5中表示)通電，DCT2延時(shí)斷開觸點(diǎn)延時(shí)十秒后，DCF2斷開，溢流閥(YVl)失電，此時(shí)降門繼電器(DCF7，在圖4中表示)得電，降門電磁閥(YV3、YV4) 上電，閘門開始下降，指示燈(ZS5，在圖5中表示)點(diǎn)亮。如果閘門在下降前位于全開位置時(shí)，閘門下限位繼電器接點(diǎn)(JDQ7，在圖5中表示)接通，限位中間繼電器(DCF7，在圖5中表示)得電，輔助接點(diǎn)由長開到長閉，準(zhǔn)備工作完成?，F(xiàn)地工作人員按下繼電器邏輯控制電路中的降門按鈕AN2，閘門下降(過程同上)，指示燈(ZS5，在圖5中表示)點(diǎn)亮。[0045]閘門下降到全閉位置后，閘門下限位繼電器接點(diǎn)(JDQ7，在圖5中表示)接通，降門繼電器(DCF7，在圖4中表示)失電，交流接觸器JJl斷開，油泵電動(dòng)機(jī)El失電，指示燈(ZS3， 在圖5中表示)點(diǎn)亮。(1-4)停機(jī)操作。現(xiàn)地工作人員按下繼電器邏輯控制電路中的停止按鈕AN3，可強(qiáng)制閘門在任意位置任意時(shí)刻停機(jī)，通常在緊急故障以及日常檢修時(shí)操作使用。現(xiàn)地自動(dòng)工作方式(2-1)接通PLC直流電源及控制電路電源。將操作權(quán)選擇開關(guān)(KG1，在圖8中表示)置到“現(xiàn)地自動(dòng)”位置，將工作泵選擇開關(guān)(SA2)置到1#油泵位置，將蓄能器切換開關(guān)置到“自動(dòng)”位置。(2-2)啟門操作。現(xiàn)地工作人員首先通過工業(yè)觸摸顯示屏(IXD，在圖6中表示) 設(shè)置閘門將要上升到的具體位置，按下升門按鈕(AN1，在圖8中表示)。PLC按照程序工作， 中間繼電器(DCF14、DCF18，在圖8中表示)得電，油泵電機(jī)(E1，在圖3中表示)，蓄能器電動(dòng)機(jī)(E2，在圖3中表示)運(yùn)行，溢流閥(YV1，在圖5中表示)通電，延時(shí)十秒后，DCF14、YV1斷電，此時(shí)繼電器(DCF12，在圖8中表示)得電，升門電磁閥(YV5，在圖5中表示)上電，閘門開始提升，指示燈(ZS10在圖9中表示)點(diǎn)亮。當(dāng)閘門上升到指定位置時(shí)，交流接觸器(JJ1， JJ2在圖3中表示)、DCF12、YV2斷電停止。(2-3)降門操作?，F(xiàn)地工作人員首先通過工業(yè)觸摸顯示屏設(shè)置降門的指定位置， 按下降門按鍵(AN2，在圖8中表示)，PLC按照程序工作。中間繼電器(DCF14、DCF18)得電， 交流接觸器(JJl)得電，油泵電機(jī)(El)開始運(yùn)行，溢流閥(YV1，在圖5中表示)通電，延時(shí)十秒后，DCF14、YV1斷電，繼電器(DCF13在圖8中表示，DCF7在圖4中表示)得電，降門電磁閥(YV3、YV4)得電，閘門下降，指示燈(ZS10在圖9中表示)點(diǎn)亮。閘門下降到指定位置后， DCF13，JJ1、YV3、YV4 斷電停止。(2-4)停機(jī)操作。按下停止按鈕(AN3，在圖8中表示)，閘門停機(jī)。(2-5)復(fù)位操作。如系統(tǒng)發(fā)生緊急情況或遇到故障時(shí)，可按下故障復(fù)位按鈕(AN4， 在圖8中表示)，系統(tǒng)立即停機(jī)并復(fù)位。遠(yuǎn)方自動(dòng)工作方式在遠(yuǎn)方自動(dòng)工作方式下，閘門集中監(jiān)控中心的調(diào)度人員通過工控機(jī)上安裝的監(jiān)控軟件，發(fā)出升門、降門、停機(jī)、復(fù)位控制信號，控制信號通過5GHz跳頻擴(kuò)頻工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)以及工業(yè)以太網(wǎng)被現(xiàn)地測控單元PLC的通信處理器模塊接收。PLC在具體執(zhí)行時(shí)，控制流程與 (2-1廣(2-5)完全相同，但不需要任何人工手動(dòng)操作，由PLC自動(dòng)完成，從而實(shí)現(xiàn)對閘門監(jiān)控中心對現(xiàn)地閘門運(yùn)行的遠(yuǎn)程無線控制。本實(shí)用新型中無線接入點(diǎn)AP與現(xiàn)地測控單元的無線客戶端模塊之間的通信采用TCP/IP傳輸控制協(xié)議，采用三次握手建立連接。可設(shè)定上位機(jī)所對應(yīng)的無線接入點(diǎn) AP的IP地址為192. 168. 0. 1，其中一個(gè)現(xiàn)地測控單元對應(yīng)的無線客戶端模塊IP地址為 192. 168. 0. 2。在建立連接過程如下IP 192. 168. 0. 1. 3337 > 192. 168. 0. 2. 7788: S 8445216321:8445216321IP 192. 168. 0. 2. 7788 > 192. 168. 0. 1. 3337: S 2563521458:2563521458 ack 3626544837[0059]IP 192. 168. 0. 1. 3337 > 192. 168. 0. 2. 7788: ack 1739326487，ack 1192. 168. 0. 1 發(fā)送位碼 syn = 1，隨機(jī)產(chǎn)生 seq number=8445216321 的數(shù)據(jù)包到 192. 168. 0. 2。192. 168. 0. 2 由 SYN=I 知道 192. 168. 0. 1 要求建立連接。192. 168. 0. 2收到請求后要確認(rèn)聯(lián)機(jī)信息，向192. 168. 0. 1發(fā)送ack number=844521632，syn=l，ack=l，隨機(jī)產(chǎn)生 seq=2563521458 的包。192. 168. 0. 1收到后檢查ack number是否正確，即第一次發(fā)送的seq number+1, 以及位碼 ack 否為 1，若正確，192. 168. 0. 1 會(huì)再發(fā)送 ack number=2563521458, ack=l, 192. 168. 0. 2收到后確認(rèn)Seq=Seq+l，ack=l則連接建立成功。在連接建立成功后，開始傳送數(shù)據(jù)。進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，為了保證上位機(jī)與現(xiàn)地測控單元之間在經(jīng)過了一千米左右距離的無線通信后，仍可實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確、可靠、安全的數(shù)據(jù)傳輸，本實(shí)用新型在應(yīng)用層中根據(jù)實(shí)際需求，自定義了一套專門用于遠(yuǎn)程控制的應(yīng)用層協(xié)議，即數(shù)據(jù)通信協(xié)議(雙字節(jié)數(shù)據(jù)低八位在前，高八位在后)，格式為包頭、據(jù)長度、數(shù)據(jù)用戶、短地址、效驗(yàn)碼。1、采集閘門開停信息[0065]發(fā)送0102LSBMSBFFsessionaddress 01 CRC[0066]接收0102LSBMSBFFsessionaddress 01 LSBCRC[0067]例如[0068]發(fā)送01020100 FF0100 0125[0069]接收01020200 FF0000 01LSB 25[0070]發(fā)送01020100 FF0100 0125[0071]接收01020200 FF0100 01OF 25開關(guān)狀態(tài)為開[0072]接收01020200 FF0100 01FO 25開關(guān)狀態(tài)為關(guān)[0073]備注= OxOF代表低電平為邏輯0狀態(tài)，OxFO代表高電平為邏輯[0074]2、采集開度模擬量信息[0075]發(fā)送0102LSBMSBFFsessionaddress 02 CRC[0076]接收0102LSBMSBFFsessionaddress 02 LSBMSBCRC[0077]例如[0078]發(fā)送01020300 FF0200 0236[0079]接收01020400 FF0000 02LSB MSB CRC[0080]發(fā)送01020300 FF0200 0236[0081]接收01020400 FF0300 02FO OF 36 (測試用)[0082]接收01020400 FF0300 0214 37 (0x3714)[0083]3、控制閘門升降[0084]發(fā)送0102LSBMSBFFsessionaddress 03 CRC[0085]接收0102LSBMSBFFsessionaddress 03 LSBCRC[0086]發(fā)送0102LSBMSBFFsessionaddress 03 LSBMSBCRC[0087]接收0102LSBMSBFFsessionaddress 03 LSBMSBLSB[0088]發(fā)送0102LSBMSBFFsessionaddress 03 LSBMSBLSB[0089]接收0102LSBMSBFFsessionaddress 03 LSBMSBCRC[0090]例如[0091]發(fā)送01020500FF00000323[0092]接收01020600FF0100031723[0093]發(fā)送01020500FF00000317FF77OO23//上升//下降[0094]接收01020600FF01000317FF77OO1623[0095]發(fā)送01020500FF00000317FF77OO16XX 23 ///上升/下降X[0096]接收01020600FF010003171623[0097]備注上升(OXFF)、下降(0x00) 4、強(qiáng)制切換控制開關(guān)為遠(yuǎn)方自動(dòng)發(fā)送0102LSB MSB FF session address04CRC[0100]接收0102LSB MSB FF session address04LSBCRC[0101]發(fā)送0102LSB MSB FF session address04LSBMSB CRC[0102]接收0102LSB MSB FF session address04LSBCRC[0103]例如[0104]發(fā)送010207 00 FF 02 00 04 FB[0105]接收010208 00 FF 01 00 04 00 18[0106]發(fā)送010207 00 FF 02 00 04 00 FF 18(發(fā)送切換命令，唯[0107]接收010208 00 FF 01 00 04 FF 18根據(jù)以上通信協(xié)議，如圖10所示，在遠(yuǎn)方自動(dòng)工作方式下，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的流程為Stepl 閘門集中監(jiān)控中心的上位機(jī)向現(xiàn)地測控單元發(fā)出控制請求。St印2 現(xiàn)地測控單元在收到上位機(jī)的控制請求后，向上位機(jī)發(fā)送收到請求通知， 并附帶效驗(yàn)碼Al。St印3 上位機(jī)在收到現(xiàn)地測控單元的通知后，將閘門升/降命令以及收到的驗(yàn)證碼Al發(fā)送給現(xiàn)地測控單元。[0112]St印4 現(xiàn)地測控單元在收到閘門升/降命令后，判斷效驗(yàn)碼Al是否發(fā)生變化，若無變化向上位機(jī)發(fā)送確認(rèn)通知，通知包括收到的閘門升/降命令以及效驗(yàn)碼Al，并新附加一個(gè)效驗(yàn)碼A2。若效驗(yàn)碼Al發(fā)生變化，則重新執(zhí)行乂印2。St印5 上位機(jī)在收到現(xiàn)地測控單元的確認(rèn)通知后，檢驗(yàn)Al是否發(fā)生變化，若無變化則向現(xiàn)地測控單元發(fā)送閘門升/降值B，發(fā)送數(shù)據(jù)包中包括閘門升/降命令、閘門升/降具體值B、效驗(yàn)碼Al和A2。若Al發(fā)生變化，重新執(zhí)行乂印3。St印6 現(xiàn)地測控單元在收到命令包后，檢驗(yàn)效驗(yàn)碼A2是否發(fā)生變化，若無變化， 則根據(jù)指令通過PLC控制電路執(zhí)行閘門的升/降，升/降的高度為B，執(zhí)行完成后，向閘門監(jiān)控中心上位機(jī)發(fā)送執(zhí)行成功通知。若A1、A2發(fā)生變化，則重新執(zhí)行乂印4。如圖11所示，由上位機(jī)強(qiáng)制執(zhí)行遠(yuǎn)方自動(dòng)工作方式的控制流程為Stepl 閘門集中監(jiān)控中心的上位機(jī)向現(xiàn)地測控單元發(fā)出控制方式查詢請求。St印2 現(xiàn)地測控單元在收到上位機(jī)的查詢請求后，向上位機(jī)發(fā)送當(dāng)前控制方式通知，若當(dāng)前為“現(xiàn)地手動(dòng)”或“現(xiàn)地自動(dòng)”工作方式，則發(fā)送字段0x00，并附帶效驗(yàn)碼C。St印3 上位機(jī)在收到現(xiàn)地測控單元的當(dāng)前控制方式通知后，若收到字段為0x00，則下達(dá)切換控制方式命令發(fā)送字段OxOOFF，并附帶效驗(yàn)碼C，否則，發(fā)送OxFFOO并附帶效驗(yàn)碼C。St印4 現(xiàn)地測控單元在收到命令后，判斷效驗(yàn)碼C是否發(fā)生變化，C無變化時(shí)， 若收到字段為OxOOFF，則由現(xiàn)地測控單元的PLC控制電路自動(dòng)切換開關(guān)KGl (在圖8中表示)置于“遠(yuǎn)方自動(dòng)”位置，否則，PLC控制電路不做任何響應(yīng)。若C發(fā)生變化，則重新執(zhí)行 Step2。St印5 現(xiàn)地測控單元PLC執(zhí)行完成后，向閘門集中監(jiān)控中心發(fā)出確認(rèn)通知。
權(quán)利要求1.一種中小水庫、水電站遠(yuǎn)程自動(dòng)化測控設(shè)備，其特征在于包括間門子系統(tǒng)和N個(gè)現(xiàn)場無線接入設(shè)備，其中閘門子系統(tǒng)由N個(gè)無線接入點(diǎn)AP以及工業(yè)一體化監(jiān)控主機(jī)組成，現(xiàn)場無線接入設(shè)備都包括無線客戶端模塊ST、通信處理器模塊和現(xiàn)地測控單元，無線接入點(diǎn)通過混合連接器(IP6Q接入工業(yè)以太網(wǎng)互聯(lián)與工業(yè)一體化監(jiān)控主機(jī)互聯(lián)；無線客戶端模塊ST分別通過混合連接器(IP60接入工業(yè)以太網(wǎng)，并連接所對應(yīng)的通信處理器模塊，進(jìn)而與現(xiàn)地測控單元實(shí)現(xiàn)互聯(lián)通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中小水庫、水電站遠(yuǎn)程自動(dòng)化測控設(shè)備，其特征在于所述現(xiàn)地測控單元包括PLC控制電路、IXD觸摸顯示屏、電動(dòng)機(jī)控制回路、液壓啟閉機(jī)、繼電器邏輯控制電路、間門開度傳感器、間門荷重傳感器、無線客戶端ST和MVDC直流電源；液壓啟閉機(jī)的輸出端分別接PLC控制電路以及繼電器邏輯控制電路的一個(gè)輸入端，PLC控制電路的一個(gè)輸入\輸出端分別與繼電器邏輯控制電路的一個(gè)輸出\輸入端連接，閘門開度傳感器與閘門荷重傳感器的輸出端分別接PLC控制電路的一個(gè)輸入端，電動(dòng)機(jī)控制回路的輸出端接液壓啟閉機(jī)的輸入端，PLC控制電路和繼電器邏輯控制電路的一個(gè)輸出端分別接電動(dòng)機(jī)控制回路的輸入端，PLC另外一個(gè)輸出/輸入端分別接IXD觸摸顯示屏的輸入/輸出端，PLC 控制電路通過通信處理器模塊CP341-1接入工業(yè)以太網(wǎng)與無線客戶端模塊ST連接，24VDC 直流電源分別接PLC控制電路、LCD觸摸顯示屏、電動(dòng)機(jī)控制回路、繼電器邏輯控制回路以及無線客戶端模塊ST的輸入端。
專利摘要本實(shí)用新型公布了一種中小水庫、水電站遠(yuǎn)程自動(dòng)化測控設(shè)備，所述設(shè)備包括閘門子系統(tǒng)和N個(gè)現(xiàn)場無線接入設(shè)備，其中閘門子系統(tǒng)由N個(gè)無線接入點(diǎn)AP以及工業(yè)一體化監(jiān)控主機(jī)組成，現(xiàn)場無線接入設(shè)備都包括無線客戶端模塊ST、通信處理器模塊和現(xiàn)地測控單元。本實(shí)用新型布線容易，成本低廉，維護(hù)簡單，可靠性高。
文檔編號E02B7/20GK202073071SQ201120074948
公開日2011年12月14日 申請日期2011年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月21日
發(fā)明者嚴(yán)錫君, 徐立中, 李臣明, 樊棠懷, 王超 申請人:河海大學(xué)