水库闸门控制系统设备改造

　　下坂地水电站是喀克电力系统中的主力电厂，在电力系统主要作用是充分满足喀克电网的用电需求，增加电网调峰容量，对改善电网结构，促进南疆四地州能源资源优化配置，提高供电质量和供电安全度发挥关键作用。

　　《山西水利科技》(季刊)创刊于1971年，主要刊登我省水利建设和科学研究中的新技术、新成果等科技论文，并介绍交流国内外在水利建设中的技术信息，面向全省水利科技工作者提供发表科技论文的阵地，为山西水利建设服务。

　　下坂地水利枢纽闸门控制系统包括导流泄洪洞液压弧形工作闸门、导流泄洪洞平板检修闸门、引水发电洞平板检修闸门，由3套现地控制柜实现自动/手动控制，2009年投产运行。改造后的闸门控制系统以IEC61850为标准、以现地数据总线为基础，对3套闸门LCU等自动化系统/设备进行升级改造，将闸门控制系统的数据在统一的平台上共享。

　　1控制系统结构

　　站控层设备主要布置在中控室内和监控机房内，由冗余实时及历史数据服务器、两套操作员工作站、工程师工作站、UPS不间断电源和网络设备等组成。间隔层设备主要布置在现地设备层，包括闸门控制室等。由闸门LCU、闸门动力柜等设备组成。每套现地控制单元LCU均配置为双CPU、双网络、双电源的冗余构架(见图1)。软件包括系统支撑软件和应用软件两大部分。系统支撑软件包括操作系统、数据库软件、开发工具软件和其它支撑软件，应用软件包括适应各种应用功能而开发的软件。

　　2控制系统功能与性能

　　本项目闸门现地监控系统是充分考虑水闸启闭操作的安全性和可靠性的前提下，利用先进的工业控制技术、传感器技术、数据传输技术以及计算机技术，实现水闸的引水信息的实时采集。闸门自动精确启闭、以及相关环境及水闸管理情况的实时监控[2]。系统具有如下功能：1)数据采集与处理。现地控制单元应能自动采集被控对象的各类实时数据，应能实时采集所辖智能设备的数据，接收来自主控级的命令信息和数据，并在事故或者故障的情况时自动采集事故或者故障发生时刻的相关数据。按数据处理的要求对采集到的数据进行处理。

　　2)控制调节。现地LCU接受水库建设处监控系统、现地监控系统上位机的控制命令并启动PLC程序执行自动控制流程，实现闸门的开门、关门、停门及设定开度控制，在紧急情况或调度授权下也可通过LCU上的触摸屏发令，启动各设备的自动控制。

　　3)运行监控。通过LCU上的触摸屏及指示灯等，监视闸门现场实时运行状态。

　　4)安全保护。通过闸门现地的PLC控制系统及智能传感器可实现以下多种安全保护，以保证闸门的安全运行;闸门启闭告警，在闸门启闭现场以声音的形式提醒在现场的工作人员，以免发生事故;电机过载保护，使闸门启闭机电避免由于工作电流过大而被烧毁的事故;限位保护，保证闸门启闭机在启闭高度范围内运行，避免其超出工作范围后所发生的事故;过力矩保护，主要针对闸门启闭机在上升或是下降过程中有可能发生的受阻现象而设置，监测闸门在上升和下降的力矩信息，保证闸门在正常的启闭力范围内运行，避免因为受力过大而对闸门硬件带来损害。过电压保护，主要是指系统对电机三相供电电压进行实时监测，一旦某一相电压超出正常工作范围，系统将自动切断电机三相电源，以保证电机运行的安全。

　　5)报警及事件处理。在触摸屏上可以实时显示、查询本LCU发生各类报警事件，在LCU上设置蜂鸣器，当发生事故或故障时触发蜂鸣报警声音，可通过声音提醒现场运行人员[3]。

　　6)人机接口。LCU上配置触摸屏、开关按钮、指示灯，可以实现现场的人机交互。在紧急情况下，或运行需要，可以独立于上位机实现本站的监视与控制，保证工程运行安全。

　　7)数据通信。现地LCU包括以下数据通信：各现地闸门LCU具有通过网络与水库管理处应用系统进行数据通信的功能，上送闸门状态的实时数据及各类变位，故障及事故信息，接收并水库管理处应用系统下达的各类控制指令。与现场水位计等智能通信。

　　8)流量计算与统计。对于具备闸门开度、水位流量关系曲线额闸门，现地监控系统或依据闸门过流曲线或水力学公式，结合实时采集的闸上下游水位、闸门开度等数据，自动计算过闸流量，并能对过闸水量进行统计。

　　9)历史数据存储与查询。触摸屏可以存储少量的报警及过程数据，并提供查询接口。能在画面中以曲线方式显示水位、流量的实时趋势，能够根据采集道德实时数据自动进行延伸，形象的描述该模拟量当前的数据变化情况。

　　10)时钟同步。现地LCU接受水库管理处监控系统下发的对时命令，并同步至触摸屏、现地智能设备(如保护装置等)。

　　11)系统自诊断。现地LCU能对PLC各模件状态进行诊断，当有故障时会自动报警并闭锁相应控制输出。

　　3系统配置方案

　　无人值守站点设计，需在水库管理处实现远程自动空，因此控制的可靠性、安全性要求非常高，需为闸门控制提供高性能的设备及全面保护措施：

　　①设置荷重保护。荷重保护传感器能实时监测闸门运行过程中的荷载情况，能实时检测闸门启闭过程中是否过载，在过载时能自动停止闸门启闭，保护闸门安全;

　　②设置上、下限保护。将上、下限位开关分别接入启、闭门回路及PLC，当闸门限位到后，自动切断手动控制回路，PLC程序也自动停止控制流程，以防止闸门开、关过头;

　　③配置电机保护器。实时检测电机电压、电流情况，当电机过载或缺相等故障时能数出报警信号，当报警动作时，及时切断控制回路或中断控制流程，及时使闸门停止启闭，防止电机过载或缺相时烧毁;

　　④可编程控制器。控制单元采用PLC为控制核心，PLC采用知名品牌的产品，具有闸泵站及水电站成熟应用业绩;

　　⑤触摸屏。各监控站主控单元上设置一套触摸屏，用于操作人员在现地进行闸门运行监视和控制操作，触摸屏选用知名品牌，10寸彩色液晶触摸屏。

　　4结束语

　　下坂地水利枢纽闸门控制系统的改造设计方案已经初步设计完成，是否存在的问题只有在实践中才能发现，再进一步的完善。最终改造成一套可靠性强、稳定性高、投资少、操作方便、故障易检修的水利枢纽闸门控制系统。

　　参考文献：

　　[1]常宏斌.基于PLC的小型水库闸门自动控制系统设计[J].机械工程师,2014(10):115-116.

　　[2]刘彦良.大黑汀水库闸门自动控制系统设计与实现[D].河北工业大学,2011.

　　[3]汪会鹏.基于现场总线的水库闸门控制系统的研究[D].东北大学,2008.

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