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浅谈弧形闸门微机集控系统在池潭水电厂中的应用 |
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| 浅谈弧形闸门微机集控系统在池潭水电厂中的应用 |
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作者：佚名 文章来源：不详 点击数： 更新时间：2008-9-24 17:34:06  |
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[摘 要] 本文简要介绍了弧形闸门微机集控系统的主要组成部分、性能特点、以及各部分的工作原理，并提出系统维护要点。 [关键词] 微机集控系统 可编程控制器 传感器
1、概述
池潭水电厂是金溪流域的龙头电厂，整个枢纽肩负发电、泄洪两大重任。大坝全长约253米，共有五孔泄洪闸，闸门为弧形结构，每扇弧形闸门最大开度为15米。弧形闸门的安全可靠运行是关系到大坝乃至整个金溪流域的梯级水电站和百姓生命财产安全的重大问题。因此，为了增加闸门启闭可靠性，提高泄洪弧形闸门启闭的自动化程度，减少工作人员的劳动强度，逐步实现减员增效、少人值守的要求。2000年与南泰自动化技术开发公司与江苏启东双剑电子有限公司合作，安装了五套KDY型弧形闸门开度现地测控系统，在水调值班室安装了PLC可编程控制系统和上位计算机实时图形模拟系统。通过这次对我厂的五孔泄洪闸门电气系统的改造，经过这几年来的运行考验，特别是2002年6月16日的特大洪水，系统动作可靠，取得了较为理想的改造效果。
2、集控系统组成及性能特点
2.1 系统组成
池潭水电厂泄洪弧形闸门实时集中监控系统（以下简称集控系统）由弧形闸门现地升见降控制系统、PLC可编程控制系统、上位计算机实时图形模拟系统、水位测报系统四大部分组成(见原理框图1)。
图1 弧形闸门集控系统原理框图 2.2系统性能
2.2.1我厂弧形闸门集控系统具有3种控制方式: 在值班室集中监控、现地自动控制、现地手动控制。正常情况时，操作人员在水调值班室集中监控。当上位机系统发生故障或实际运行需要时，采用现地自动或手动控制方式。三种控制方式的转换通过现地控制柜（简称现地柜）的转换开关实现。
2.2.2现地闸门启闭控制方式分手动、自动两种，在自动方式时，操作人员只需预置开度数据，闸门自动升、降运行。闸门开度达到预置数据时自动停机。手动方式可随时根据闸门开度数据进行升、降、停机操作。
2.2.3集控运行时由上位计算机通过下位机PLC 可编程控制器组成二级网络，对现地五孔弧形闸门既可监视动态运行情况，又可用鼠标在计算机屏幕上对闸门进行升、降、停机操作。
2.2.4上位计算机采用多媒体技术，使用图形窗口界面，动态显示闸门的升降过程、开度、位置。控制动作通过图形按钮操作，操作顺序采用语音导向，界面简单直观。发生故障语音提示实时保存记录。
2.2.5实时监测上、下游水位，对库区水位进行监测显示、越限报警。同时，可根据操作人员预置泄洪流量，上位机根据库区水位变化的高度及所选运行闸门自动计算闸门的开启高度。操作人员也可预置闸门的开启高度，计算机自动显示泄洪流量。
2.2.6液位测量仪还可通过电话线联网，用语音传送水位数据。不论在何时何处，只需你打通电话，就可听到对方液位测量仪自动用语音汇报水位数据。这为上级领导随时随地掌握防汛水位水情提供了极大的方便。
3、系统各个部分分工及原理
3.1上位计算机
3.1.1软硬件配置
上位计算机采用惠普公司PIII-500、17寸显示器，多媒体全配置加漫步者木质音箱。为了今后与其他系统的通信，加装有一块威达公司的多串口扩展卡。系统采用Windows98 中文平台以及组态王Kingview5.0软件编程。
3.1.2实现功能
上位计算机系统主要完成多媒体人机界面的操作，发布升、降泄洪闸门的指令，动态模拟弧形闸门的运行过程，显示运行闸门的开度及当前的泄洪流量，根据操作人员输入的泄洪流量自动计算闸门所需的开度，同时系统具有操作语音导向、故障报警提示等功能。
3.1.3流量计算公式
Q:流量（立方米/秒）
H:堰上全水头（库水位-261米）
e:闸门开度（米）
n: 运行闸孔数
m:自由溢流时流量系数（见附表1）
附表1
水库水位(米)
流量系数(m)
265.57
0.355
267.76
0.395
269.58
0.415
271.13
0.431
272.62
0.438
274.00
0.444
275.10
0.446
275.35
0.447
276.60
0.451
277.28
0.452
277.80
0.454
278.95
0.457
279.60
0.458 3.1.4 弧门开度计算公式
3.2 PLC可编程控制器
3.2.1 PLC可编程控制器选型及配置特点
PLC可编程控制器采用日本OMRON C-200HS中型机，它具有功能强、可扩性好、性价比高等特点。具有三种控制方式，两套既可双机备用的PLC1、PLC2可分别工作，又可PLC1、PLC2同时工作。当在PLC1+2 时两套同时工作时，通过模块LK401进行相互通信，软件上两套输出相与，即输出指令必须两台PLC均有输出才能发出。输出模块在硬件上相互并联。这样系统的可靠性将会进一步提高。
3.2.2 功能原理
PLC可编程控制器接收现地开度传感器送来的各弧形闸门开度数据。根据上位计算机给出的运行闸孔的预量开度数据，与此相比较，结果送上位机进行闸门运行方向显示。执行上位机发来的确认信号，控制现地柜的电源投入。最后执行上位机启动命令，控制现地柜进行弧形闸门的升、降、停止动作。对现地柜送来的限位、故障等信号进行处理，同时送上位机进行记录、显示。
3.2.3 扬程→开度转换
由于开度传感器安装在弧形闸门启闭机钢丝卷筒上，传感器反应的是钢丝绳的长度（为闸门扬程），因此，还需PLC进行扬程 →开度转换。根据弧形闸门扬程与实际开度的计算，它们之间的关系为非线性关系。我们采用了分段查表及段间分别线性化的方式，通过实测取得了较为理想的效果。通过对弧形闸门运行轨迹的计算得出了如下扬程与开度的关系表（附表2）。
附表2 扬程与开度的关系表
扬程（钢丝绳长度m）
弧形闸门开度（m）
0.00
0.00
0.80
0.73
1.80
1.66
2.80
2.62
3.90
3.68
5.00
4.76
6.00
5.75
7.85
7.60
9.70
9.45
10.70
10.43
12.00
11.71
14.00
13.66
16.00
15.58
18.00
17.57 3.3 现地控制柜（简称现地柜）
现地控制柜操作有自动和手动两种。自动时由KDY-A 闸门控制仪设定数字控制，手动时直接按升降停止按钮操作控制。其原理框图如图2。
图2 现地柜原理框图 闸门开度控制仪将弧门开度传感器送来信号进行电平隔离转换后，由微处理机进行运算处理、扬程→开度转换、LED数码显示，同时扫描键盘，根据按键进行各种操作运算。如键入启动键后，微处理机会自动根据预置值和当前闸门开度数进行比较，驱动继电器输出闸门升、降控制信号。
现地柜拖动控制回路采用直接启动两台22kV的电机的方式。电机保护回路采用正常限位停机、超限保护停机和过电流保护停机等多种措施。
3.4 SWJ-A液位测量仪
SWJ-A型液位测量仪由液位测量仪主机、测量传感器、SMXS-A终端显示器、SWMODE-A微电脑语音液位数传机、上位计算机图形监控五部分组成。其系统工作原理图如图3。
图3 液位测量仪工作原理框图 由现地压力传感器将现地的液位变化物理量转换为（4-20MA）电信号后，经传输线送至液位测量仪进行电平隔离，A/D转换，由微处理机进行数据处理后分别送至各个显示器显示，并根据各预置数值输出控制信号。同时，使用SWMODE-A微电脑语音数传机，可使液位数据变为语音通过电话拨号传送，使监测液位真正无人值班。
4、维护要点
4.1为了确保弧形闸门启闭现地操作柜的可靠运行必须进行日常维护，定期检查，严防雨淋爆晒。
4.2集控或现地手动正常运行时，在闸门到达上限或下限后自动停机，如果限位故障闸门继续运行，将会出现越限保护。此时，所有按钮操作均不起作用，维护人员必须根据技术资料断开越限保护的开关（X108）接线，使闸门回到正常位置后，排除故障，再恢复越限保护的开关接线。
4.3为了确保系统的可靠运行，必须定期对各限位开关进行检查。在闸门全关时，下限开关检查比较容易，只需开启系统电源就可看到指示。对于其它的开关，在开启系统电源后可用金属导磁铁片靠近其开关感应面就可测出好坏。
5、结束语
通过对该弧形闸门集控系统的改造，使整个系统具有安装容易，运行可靠，操作使用方便、维护起来简单等优点。同时通过改造，提高泄洪弧形闸门启闭的自动化程度，减少工作人员的劳动强度，为逐步实现减员增效、少人值守的提供条件。◎
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