水库闸门远程控制系统设计与实践
               北京威控科技发展有限公司
摘要：利用现代计算机、自控和无线通讯技术，实现对水库闸门的现地和远程控制。手动和自动控制闸门的上升、下降、停止。该系统运行稳定，控制准确、可靠。对水库的防洪、合理调度起到积极的作用。
关键词：无线通讯，计算机，闸门，远程控制
0 问题的提出
水库一般建在比较偏僻的山区，尽管现在交通发达，但对水库运行管理来说仍然不便。一方面因为路途遥远，工作人员每天在往返的路上浪费大量的时间和精力；另一方面道路崎岖，多是山路，行车危险，特别是雨季，道路泥泞，这给水库的管理工作带来很大的不便。特别是在汛期暴雨期间，可能造成山体滑坡，电线中断等事故，工作人员无法到达现场。此时更是防洪的关键时期，必须保证闸门的合理控制，才能有效的控制洪水，保证人民群众生命、财产的安全。随着现代通讯事业的不断发展，无线技术应用在控制领域中越来越成熟。利用数传电台来实现双方的通讯，从而达到用计算机来实现闸门的远程控制的目的。该系统已经在辽宁省葠窝水库等水利远程自动控制工程中投入使用，运行效果良好。
1 远程控制原理
1.1 概述
上位机与下位机的距离比较远，一般大于1.2公里，这样采用RS485（有线）无法通讯。可以采用电话传输、光缆传输或无线传输方式通讯。利用有线方式传输需要架设通讯线路，一般在多山地带，架设困难，也不完全符合防汛要求。在这种情况下可以采用无线通讯方式。直接由工控机组成上位机和下位机系统，配合现地控制屏组网工作。上位机与下位机之间以无线方式通讯，下位机到现场控制屏之间以RS-485方式通讯。这样上位机与下位机可以分别通过对现场控制屏的操作来实现对闸门的控制。从而实现对闸门的近距离和远距离的控制。系统的结构如图1（略）所示。
1.2 上位机与下位机的通讯
上位机与下位机都采用工控机，性能稳定、工作可靠。处理数据能力强，便于以后的扩展。上位机与下位机利用GPRS、CDMA等通讯。上位机将闸门操作指令（上升、下降、停止）转换成数字信号，由GPRS发给下位机，从而实现上位机与下位机的无线通讯。
1.3 下位机与现场控制屏的通讯
下位机与现场控制屏的距离比较近，小于1.2公里，采用RS-485协议。通过两条屏蔽电缆与现场控制屏相连。RS-485采用差分传输方式，共模电压最大值+12V，最小值-7V。差分输入范围：-7V～+12V。上位机也可以不通过下位机直接对现场控制屏进行控制。下位机的远程测控终端（RTU）采集的数据直接传输到现场控制屏里，对闸门进行控制。这样可以避免因下位机故障使上位机无法控制闸门，提高了系统运行的可靠性。
1.4 现场控制屏对闸门的控制
闸门启闭机电机为交流接触器和继电器控制，因此，在现场控制屏里要有强电和弱电转换模块。屏内有将RS-485信号转变成开关信号触发驱动继电器，完成弱电控制强电的功能，实现了计算机对闸门的远程控制。
1.5 闸门开度的检测
闸门的开度用开度仪来检测。开度仪将闸门的开度机械变化量转换成模拟信号，将转换的模拟信号传送到控制屏里，再由模数转换模块变成数字信号，经RS-232/485模块传送到下位机里或直接由远程测控终端（RTU）传到上位机，上位机将接收到的数据转换成相应的闸门开度，然后进行处理。
2 系统构成及功能介绍
2.1 中心控制室
中心控制室是整个系统的调度中心，主要由工控机、数传电台、调制解调器和上位机软件等构成。工控机作为上位机对闸门进行远程控制，以及对实时采集来的闸门开度、水库水位进行数据处理入库等操作。通过水库水位（H1）、闸门开度（H2）和实际H1 H2～Q、H～M、H～V曲线，计算机自动对比计算出放水流量、水库库容、库面面积等。可以随时观察水库水位和蓄水量等参数的变化情况。计算机设计有标准软硬件接口，可以与水情自动遥测、大坝自动观测等系统共同组成水库运行调度系统。
作为系统工作安全的要求，对闸门的操作有严格的使用权限，设有软硬件隔离，操作指令保护措施。闸门开度、操作时间、操作者姓名及时入库保存，只有高级管理员才可以修改。这样可以保证闸门操作的安全。
2.2 现地控室
现地控室距离闸门现场比较近，主要有控制柜，工控机、远程测控终端、不间断电源、分控软件、以及转换模块组成。工控机作为下位机功能基本与上位机相同，但操作级别比上位机低。下位机也用工控机主要是为增强系统的可靠性，即使上位机出现了故障，不致影响对闸门的操作。系统原理如图2（略）所示。
2.3 现场控制屏
现场控制屏相当于闸门操作按钮。它直接对闸门的上升、下降、停止进行控制。也是闸门开度的采集部分，负责将闸门开度值传到下位机中。现地控制屏的原理如图3（略）所示。
将开度仪传来的模拟信号转变成RS-485信号传到下位机中，完成开度的采集传输工作。
2.4 闸门开度仪
闸门开度仪采用弹拉式开度仪，它是将测量柔丝的线位移转换成码盘的角位移，以达到用编码器来测量线位移的目的。同时将闸门的开度转换成模拟信号传到现场控制屏里，完成测量工作。
3 结语
此系统利用远程测控终端实现了上位机与下位机的无线通讯，从而实现了闸门的远程控制。经过长期运行证明该系统设计合理，运行稳定可靠，给水库的管理工作带来了方便，对水库的防洪调度起到了积极的作用。