四川省都江堰东风渠管理处 四川成都 611730
摘要：水电站桥闸在小水电中起着非常重要的作用，一是抬高电站来水的水头；提高水的势能，二是调节电站进水量；三是泄流，特别是夏季洪水期间；四是保证桥闸以下的生态流量。这些都关系到人的安全、渠道的安全、生态环境的安全。所以对桥闸的水位监测就显得尤其重要，本文通过对水位报警系统组成的各个关键元器件的介绍，工作原理的阐述，并提出对水位报警系统的一些要求，本着满足小水电桥闸水位安全的角度出发进行系统组建。
关键词：液位变送器；WiFi DTU；数显表；工作流程；工作原理。
绪论
本次设计的目的是为保证水电站桥闸的水位安全而增设一套水位报警系统。其重要性是不言而喻的，直接关系到人身财产安全，也是有许多前车之鉴的事情。在平时值守时，河面风平浪静看不出一点危险，老式浮球报警器好像也是多余的感觉，但是一旦由于某种原因上游突然来一股大水，轻者触发水位报警，提醒泄水，重者翻闸翻堤，然后引起一系列的严重后果。但是巧的是，一遇大水或洪水时老式报警器就出问题，就有人问为什么我的浮子报警器怎么一到关键时候就歇菜了呢？我们仔细研究就会发现有两方面的原因：一是机械原因，老式浮子长期在水里泡着，水里的悬浮泥浆就会附着在浮球和滑竿上，使其上下滑动受到一定的影响，还有就是大水时，水里的漂浮物又会急增，又会使浮子易被卡住，虽然加装了隔离网，但细小的轻质悬浮物还是要出现卡浮子的情况。二是电气原因，滑竿中的干簧管也会因为防水做的不好或是其自身质量问题，时不时出现一下不报的情况。
现在水电站桥闸的对水位的监测，已经不是简单的超限报警的问题，要实现以下功能：1，水位实时数值动态监测，2，水位数值采样保存，能有变化曲线。3，现场超限二级或三级报警提示，4，中控室实时监测水位，并超限报警提示，5，远程实时监控水位，接收远程报警信号。
本次设计依据当前水位报警要求设计实施方案，并阐述理由，并且兼顾不影响电站原有控制系统的稳定性和安全性。
在完成设计过程中主要参考关键元器件的性能和使用说明，以及物联网平台的功能和使用介绍。
1基本资料
1.1关键元器件
1.1.1 液位变送器
液位变送器也称液位传感器，它由不锈钢外壳加硬质引线组成，外形结构简单，且具有寿命长、测量精度高、安装便捷的优点，在作为水位、油位等各种液体介质高度测量时，都得到广泛应用，它不受液体中的漂浮物、泡沫、沉淀等的影响，适应性非常的强，在河边作为水位测量时一般采用投入式液位变送器，这种安装形式非常适合河道边的施工。
水电站桥闸的使用环境中就有沉淀、浮渣等，使用其他水位传感器时，或多或少都有点受影响，但液位变送器由于其原理是基于所测液体静压与该液体高度成正比例的工作原理，很好的避开了这些不利因素的干扰，通过压电效应，将水压转换成电信号，再经过信号处理电路的转换，成为一种工业上标准的电流信号4-20mADC输出。
基本接法如下图：
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主要技术指标：
有效检测范围：0-0.2-20m；
精度：0.5级、1级、1.5级；
承压范围：负压、常压、高压(32MPa以下)；
工作温度：-50～240℃；
环境温度：-20～75℃；
适用介质：酸、碱、盐或对聚四氟乙烯无腐蚀的任意介质；
输出信号：4-20mA、二线制；
供电电源：负载电阻 0-750Ω DC24V；
1.1.2数显万用智能输入表
这种万能输入数显控制仪，主要输入信号有电阻、电压、电流，我这里是采用抗干扰较强的4-20mA电流的方式，它可以对温度、压力、液位、长度等的进行测量和控制，它采用成熟的微处理器、成熟的方案对采集的非线性的信号进行线性化处理。再通过数码管的数字显示和LED光柱的模拟大小的显示，既准确又直观。由于模拟量信号都转换成了数字信号，就可以发挥微处理器的特长，对其各种运算，转换成各种控制信号输出，既可以继电器控制输出，又可以可控硅控制输出，而且可以通过多种通讯方式将测量信息传递给上位机，实际当中这种仪表已成为一种标准化产品，通讯一般都是采用RS-485的方式，我这里也是采用RS-485的方式将测量值传给WiFi-DTU。
这种表具有4组继电器输出报警，可以设置上限、上上限、下限、下下限报警方式，正适合水电站桥闸水位现场报警控制。
1.1.3 WiFi DTU
WiFi DTU 是一款以 WiFi 无线网络透明传输数据的终端设备，可用于工业、农业、水利、环境等实时数据远程监测，方便的入网方式，连接物联网平台，可以通过手机、IPAD、PC 远程查看或分析测量数据。提供 RS232、RS485、TTL 三种通讯接口，支持点对点数据传输，我这里是用WiFi DTU 通过 Modbus RTU 协议连接智能数显表，再通过无线网络透传连接到TLINK 平台，它是个中间环节，利用它最终实现远程监控实时水位的目的。
2. 水位报警系统
2.1系统工作流程
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2.2系统链接示意图
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2.3系统工作原理
首先说明的是这套水位现场及远程监控系统是个外加系统，要求不能影响原有水电站的控制系统，这个系统采集的水位数据通过模拟通道的方式接入原来桥闸LCU柜，再通过PLC模拟量采集模块将模拟量转换成水位数据进行处理，由于只是的水位监控，因此上位机只需读出数值在电脑显示就行了。上位机不进行水位上限及下限时的输出控制的配置以保证接入系统对原有系统的绝对安全。
由液位变送器、数显表、报警喇叭组成现场水位采集系统。液位变送器产生的4-20mA的电流对应不同高度的水位，数显表有一个LED的数码显示，非常直观易读。这个代表水位的电流同时也传输到桥闸LCU柜的PLC的模拟输入端，为桥闸PLC提供水位测量需要的信号电流，具体见下图
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新加的测量报警系统与原有系统的联系就是这个4-20mA的信号电流，通过这种方式杜绝了新系统对原有系统的影响，因新系统要用到WiFi连接外网，这种方式屏蔽掉了外界网络对机组局域网的影响。从技术上让安全性得到了保证。
数显表内可以通过内部设置AH、AHH两个上限值用于报警，实现高水位二级报警，设置AL、ALL两个低水位报警值，实现低水位二级报警。AH、AHH、AL、ALL分别对应四个输出继电器，用于报警控制。表里的显示数值还可以通过RS-485的接线口传送到WiFi DTU上，将数据传送到Tlink物联网上去。登录这个Tlink物联网平台，可以添加WiFi DTU这个设备到我的设备中去，再配置相关数据，如波特率、服务器IP、端口等，建立联系后，就可以在微信、APP、网页上看见水位实时数值了。也可以查询历史数据，查看水位曲线，这是远程功能。
水位的电流信号同时也会被桥闸PLC检测到，经模数转换，通过光纤传送到中控室的上位机上去，这时就可以在发电界面的空白处建立一个显示桥闸水位的小窗口，建立显示数值，由于上位机的数据是全部都要存储的，所以就可以在上位机上查看历史数据和波形曲线，再对这个数据显示字符配置报警值，就实现了中控室上位机报警的功能。
通过上面的系统原理实现了：1，水位实时数值动态监测，2，水位数值采样保存，能有变化曲线。3，现场超限二级或三级报警提示，4，中控室实时监测水位，并超限报警提示，5，远程实时监控水位，接收远程报警信号。并且新增系统与原来系统在网络上是绝缘了，保证的网络安全问题，达到的预期目标。