水電站遠程閘門控製解決方案

閘門控製係統.jpg

係統結構

閘門自動化係統設置1個監控中心、1個現地監控單元及係統連接網絡。

    a.監控中心設一台閘門監控主機及其他相關設備,並安裝上位機軟件,可分析、處理及管理有關數據和信

                 息,並可隨意檢索各種監測內容並打印。

    b.現地控製單元:設置一台現地集中控製櫃。控製方式為現地手動、集中自動及遠程監控。水位監測為兩

                 路。

    c.係統網絡:各現地監控單元采集其所屬各類監控信號,再由通信電纜、光纜送到管理處監控中心。係統詳

                 細功能描述及性能指標:

    1)現地控製單元

    閘門現地控製單元主要完成數據采集與處理、事件檢測、控製與調節、人機接口與通信等功能。閘門現地控製單元可手動實現閘門控製,也可實現與閘門監控中心進行網絡數據通信,接收控製指令,對現地控製單元發出啟閉信號;並通過傳感器接收閘門現場信息,向閘門監控中心反饋閘門現場運行工況、故障信號等信息。

●硬件設備:

由PLC、現場控製櫃、免維護電瓶、傳感器和其他儀表等設備構成。負責采集、傳輸係統的各種參量,並對機電設備進行控製。PLC選用施耐德Micro係列產品。閘門的開度通過專用傳感器設備組網與PLC的一個RS-485進行通訊。采用這種結構可以減少投資和提高數據采集的精確度。PLC塊通過RS485通訊接口作為主站使用,通過通信電纜與中心站的上位機進行通訊。PLC(可編程邏輯控製器)是測控終端站的關鍵,負責采集數據和實現控製,可根據監控終端的采集數據和控製設備的數量不同而配置相應的規模,也利於將來係統的擴展。

●軟件設備:

由PLC編程設計軟件構成。負責可編程控製器的管理及係統中各種數據的分析和處理等工作具體功能描述如下:

(1)數據采集功能

 ①可采集閘門開度數據

   測量範圍:0-40M;

   分辨力:1CM;

 ②可采集水位數據

   測量範圍:0-40M;

   分辨力:1CM;

 ③可采集每孔閘門開關量輸入:閘門行程開關限位接點、閘門開度測量儀位置接點、閘門執行電器輔助接

   點、控製開關轉換接點及故障信號引入接點;

 ④狀態量采集

   a.閘門上升或下降接觸器狀態;

   b.閘位行程開關狀態;

   c.啟閉機保護裝置狀態;

   d.有關操作按鈕或開關狀態;

   e.電動機狀態;

(2)閘門控製功能

 ①現地控製:將現地控製櫃上的操作模式轉換開關打到現地控製,通即可通過設定開度儀,使閘門自動開

             啟/關閉到指定位置。在閘門運行過程中,現場操作員可通過開度儀和相應指示燈實時觀測閘

             門運行狀態。當閘門運行到指定高度時,閘門自動運行停止;當閘門出現越限(超越上、

             限)、超載等故障時,門自動停止運行。現地控製優先於遠程控製;

 ②遠程控製:PLC通過有線網絡接收閘門監控中心或控單元工控機的指令,自動完成閘門的開啟或關閉。將

             現地控製櫃上的操作模式轉換開關打到集中控製,即可通過上位機操作閘門自動開啟/關閉到

             指定位置。操作人員將通過計算機發布閘門運行指令,並通過有線光纜下達到相應閘門監控

             站的PLC。PLC在接到傳來的控製命令後,自動啟動閘門運行,並控製閘門運動到指定值。在

             閘門運行過程中,上位機將實時采集閘位信息及根據需求查詢來自PLC的閘門運行狀態信息,

             並通過以太網遠程數據通信網發送到中心站分中心站,使中心站或分中心站操作員在計算

             機上實時掌握閘位、水位信息,以便實現定閘位控製,可實時掌握閘門在運行過程中的狀

             態。

 ③手動控製:將現地控製櫃上的操作模式轉換開關打到手動控製,通即可通過集中控製櫃上的按鈕開啟、

             閉和停止閘門。手動控製優先於現地控製和遠程控製;

 ④控製互鎖功能:閘門控製時,二次回路中加入必要的互鎖條件,同時在PLC程序中也加入必要的互鎖條

             件,以防止閘門誤動作。

(3)信號顯示

     在現地控製屏麵板設置一些相關信號燈

     ①閘門狀態(開、關、停)指示;

     ②閘門位置 (上限、下限) 指示;

     ③集中控製屏上的開度儀實時顯示閘門開度值;

     ④電機過流、缺相指示

     ⑤控製櫃電源指示

     ⑥操作模式指示

(4)數據遠傳

     閘門現地控製單元通過RS485接口由光纖將有關信息送至監控中心的工控機。

(5)報警功能設計

     在閘門運行過程中,當係統發生故障時,能夠立即報警,並可根據需求和實際情況手動或自動終止當前

閘門運行操作。閘門現場操作人員和遠程中心站操作人員均可通過現場操作控製顯示裝置和計算機屏幕實時

掌握故障發生。

     對於遠程中心站人員,當係統發生故障時,會立即得到報警,同時在顯示方麵無論顯示器當前在顯示哪

幅畫麵,故障窗口都能立即彈出,報告故障內容,故障內容如下:

     電機過流、缺相。

     閘門運行超上下限

     計算機串口控製故障

典型閘門控製係統中的幾種報警為:

     ①閘門越上限:當閘門到達機械最高點位置時,安裝在閘門上的上限位置傳感器動作並向閘門現地控製

                   櫃發出信號,閘門現地控製櫃立刻停止閘門動作,並由PLC記錄,同時報警。

     閘門越下限:當閘門到達機械最低點位置時,安裝在閘門上的下限位置傳感器動作並向閘門現地控製

                   櫃發出信號,閘門現地控製櫃立刻停止閘門動作,並由PLC記錄,同時報警。

     ③啟閉機電動機過流:當閘門啟閉機運行時,發生閘門被意外情況(如異物卡住、鋼絲繩拉偏)卡滯或

                   啟閉機發生機械故障使電動機負荷增大,將使“電動機智能保護控製器”動作並向閘門

                   現地控製櫃發出信號,閘門現地控製櫃立刻停止閘門動作,並由PLC記錄,同時報警。

     ④啟閉機電動機缺相:當閘門啟閉機運行時,發生啟閉機電動機電源缺相時,將使“電動機智能保護控

                   製器”動作並向閘門現地控製櫃發出信號,閘門現地控製櫃立刻停止閘門動作,並由

                   PLC記錄,同時報警。

2)監控中心

    監控中心站是整個自動化係統的核心,由主計算機、人機接口設備和外圍設備組成,實現對閘門的全麵

控。它是係統的管理中心,負責完成數據采集、數據處理、安全監視、遠方控製以及自動化管理等功能。它

要由以下兒部分組成:

    ●硬件設備

    由中心監控工作站、打印機、通信設備、UPS電源等設備構成。

    ●軟件設備:

    由Windows 2000中文版、VB腳本和SQL2000數據庫軟件等構成。

    係統特點:采用UPS供電,並配置電源避雷器,保證整個係統在惡劣環境下的正常工作。

    係統主要功能如下:

    ①數據采集與處理

    閘門監控計算機自動從各現場測控單元采集各種實時運行參數,掌握各設備動作情況,收集報警信息;

    對實時數據和曆史數據按要求進行篩選整理,並存入數據庫。

    ②安全運行監視

    安全運行監視包括各設備運行實時監視及參數在線修改、狀變監視、越限檢查、過程監視、趨勢分析和

    監控係統異常監視。

    ●運行實時監視及參數在線修改:運行值班人員通過LCD對係統內各主設備的運行狀態和運行參數進行實

                時監視控製及在線修改參數。對職責不同的各級運行人員,其操作權限的內容也各不相

                對監控係統監控的所有設備,具有一定操作權限的運行值班人員能在線修改運行參數。

    ●狀變監視:發生自動狀變和受控狀變時,均應在LCD上顯示。

    ●越限檢查:檢查設備異常狀態並發出報警,異常狀態信號LCD上顯示並記錄。

    ●過程監視:當閘門上升或下降指令下達後,監控係統能自動顯示相應的設備操作監視畫麵。畫麵能以

                流程框圖的形式實時顯示全部工況執行過程中每一步驟及執行情況,提示在工況執行過程

                受阻時的部位及其原因,進行開環運行指導甚至閉環自動控製操作。

    ●趨勢分析:對某些運行參數的變化如水庫水位、輸水量、閘門開度等進行趨勢分析,及時發現故障征

                兆,越限報警,自動顯示、記錄和打印。

    ●監控係統異常監視:監控係統的硬件或軟件發生事故則立即發出報警信號,並在LCD及打印機上顯示

                記錄,指示故障部位。

    ③實時控製和調節

    監控係統按照閘門當前運行控製方式和預定的決策參數進行控製調節,滿足各閘門的實時控製要求。操

    作員通過操作員工作站的顯示器、鍵盤等,對監控對象進行下列控製與調節。

    ●對單孔閘門操作,運行人員通過主控計算機或現場測控單元進行操作,完成對閘門的控製與調節;

    ●對雙孔閘門操作,運行人員通過主控計算機或現場測控單元進行操作,完成對雙孔閘門的聯動控製

      調節;

    ●控製和開度調節,係統根據預定的原則及運行人員實時輸入的命令,進行閘門正常升降、停機、自動 

      複位等操作,發生故障時自動停止閘門運行。在開機過程中,能顯示閘門當前實際開度和各主要啟閉

      設備依次推進過程和執行情況,記錄操作的時間和檢測操作是否成功。係統可由升降命令或設給定值

      的方式進行閘門的自動調節;

    ●閘門開度等測量顯示;

    ●各種整定值和限值的設定;

    ●顯示器的顯示圖形、表格、參數限值、報警信息、狀態量變化等畫麵和表格、報表的選擇與調用;

    ●打印記錄;

    ●報警複歸:當設備發生事故或事件後,在LCD上自動推出事故或事件畫麵發出報警信號,當運行人員已

      了解事故或事件的情況後,可對報警信號手動複歸;

    ④記錄和報告

    對所有監控對象的操作、報警事件及實時參數報表等記錄下來,並能以中文格式在CRT上顯示,在打印機

    上打印。打印記錄分為定時打印記錄、事故故障打印記錄、操作打印記錄及召喚打印記錄等工作方式:

    ●操作事件記錄:將所有操作自動按其操作順序記錄下來,包括操作對象、操作指令、操作開始時間、

      執行過程、執行結果及操作完成的時間、操作員的姓名等。

    ●報警事件記錄。自動將各種報警事件按時間順序記錄其發生的時間、內容和項目等,生成報警事件匯

      總表。

    ●定值變更記錄。自動將所有的定值變更情況作記錄,包括變更對象、變更數值、操作員的姓名等,以

      備隨時查詢。

    ●報表。按時、日、月生成各種統計報表,也可根據操作員的指令隨時生成各種報表。

    ●趨勢記錄。記錄重要監視量的運行變化趨勢。

    ⑤事件順序記錄

    可對整個閘門係統主要設備的事故及故障信號、監控係統的故障信號等進行事件順序記錄。根據故障信

    號發生的時間順序,記錄發生的故障信號的名稱、變位時間,顯示、打印和存檔。時間包括年、月、

    日、時、分、秒。

    ⑥事故追憶和相關量記錄

    記錄在事件發生前5s和後20s時間裏重要實時參數的變化情況。追憶量除了打印外還可以用曲線在CRT上

    顯示。

    相關量記錄:自動記錄與事故、故障有關的參數。

    ⑦正常操作指導和事故處理操作指導

    正常操作:操作順序提示,能根據當前的運行狀態判斷設備是否允許操作並給出相應的標誌,如操作是

              不允許的,則提示其閉鎖原因並盡可能提出相應的處理辦法;操作票編輯、顯示、打印、運

              行報表顯示、打印等。

    事故處理:在出現故障征兆或發生事故時,由監控係統提出事故處理和恢複運行的指導性意見。

    ⑧屏幕顯示

    畫麵顯示是計算機監控係統的主要功能之一,畫麵調用將允許以自動或召喚方式實現。自動方式是當有

    事故發生時或進行某些操作時有關畫麵能夠自動推出,召喚方式則操作某些功能鍵或以菜單方式調用所

    需畫麵。畫麵種類包括各種係統圖、棒形圖、曲線、表格、提示語句等,畫麵應清晰穩定、構圖合理、

    刷新速度快且操作簡單。

    ●係統診斷

    軟件故障診斷:軟件運行時,若遇故障應能自動給出故障性質及部位,並提供相應的軟件診斷工具。

             在係統進行在線診斷時,不能影響計算機係統對設備的監控功能。

    ●軟件開發及運行人員培訓

    軟件編輯人員可以通過工作站的計算機,在線或離線方便地進行應用軟件、顯示畫麵和數據庫等編輯、

    調試、裝入、卸除和修改,在線進行上述工作時應能保證正常的計算機監控係統功能的正常運行。

    利用操作員工作站兼作培訓工作站,進行運行人員的操作培訓、計算機監控係統的維護培訓、事故處理

    培訓、軟件開發培訓以及管理培訓。

2.3通信係統

    係統方案信息流向說明如下

    ①各閘門在現地通過現地控製櫃控製閘門啟閉。

    ②閘門開度信息、上下限位信息、啟閉機載荷信息、閘門狀態傳輸到各閘門現地控製單元,通過PLC將信

      息傳輸到閘門監控中心站。 在超限時,由現地控製單元自動完成閘門鎖定功能。

    ③閘門監控中心的工控機能通過光纖RS485通信方式接收由現地控製單元和水庫水位計自動傳輸來的各閘

      門的工況數據。

    ④閘門監控中心的的工控機通過光纖RS485通信方式控製現地控製單元的閘門啟閉。