乐昌峡水利枢纽液压启闭机电气控制系统.pdf

第 1期 2 0 1 2年 1月 广 东水 利水 电 GUANGD0NG W ATER RES0URCES AND HYDROPOW ER No． 1 J a n ． 2 O 1 2 乐昌峡水利枢纽液压启闭机电气控制系统 郑海英 ， 晏政 广东省乐昌峡水利枢纽水力发电中心， 广 东 乐昌 5 1 2 2 0 0 摘 要 乐昌峡水利枢纽液压启闭机电控系统采用 P L C控制， 双 C P U模块 冗余配置， 3种控制方式， 进一步提高系统可靠 性 。 系统 采用高精 度 C I MS行程监测装 置进行双 比例 纠偏 ， 保证 闸 门平稳 启闭。 系统具 有完善保护 的功 能， 确保 系统安 全 可靠地运行 。 关键词 乐昌峡水利枢 纽； 液压启 闭机 ； 双 C P U模 块 ； 控制 中图分类 号 T V 7 3 6 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 8 0 1 1 2 2 0 1 2 0 1 0 1 2 7 0 3 1概 况 乐 昌峡水利枢纽位于韶关市乐 昌境 内的北江支流 武江乐 昌峡河段 内， 坝址位 于塘角火车站附近 ， 下距乐 昌市约为 1 4 k in， 距 韶关市为 8 1 ． 4 k m， 坝址以上集水面 积为 4 9 8 8 k m 。工程 以 防洪 为 主， 结 合发 电， 兼顾 航 运 、 灌溉 等综合利用枢纽工程 ， 工程等别为 Ⅱ等大 2 型 。 本工程主要建筑物拦河坝设有 5孔净宽 为 1 2 ． 0 m 的潜孔式泄洪闸孔 ， 每孔设置 1扇工作 闸门， 工作 闸门 上游设置事故检修闸门， 5孔共用 1扇。启闭设备采用 Q H L Y型液压启 闭机 ， 容量 为 2 2 5 0 0 k N， 扬程为 9 ． 0 m。 液压启闭机用于操作工作 闸门， 按 1门 1 机 1 站布置。 2系统功能 2 ． 1 工艺流程 整套设备包括 控制系统 、 液压泵站 、 油缸、 闸门， 共 4部分 。在实际运行 中， 操作人员通过操作控制 系统一 控制液压泵站一驱动油缸一带动闸门， 完成启 门和闭门 动作 ⋯。 2 ． 2 控制功能 1 现地控制功能 在现地 L C U控制柜上可进行手动操作 设备调试 、 检修时脱离 P L C的单 步控制 、 自动操作 P L C控制 ， 完成 闸门的启闭。并对整个系统控制设备进行动态监 视 、 保护报警 j 。 2 远方集控功能 现地 L C U经光纤通讯设备与枢纽管理信息综合集 成系统连接 ， 进行数据信息交换 ， 实现远程集中控制 。 3 系统结构 3 ． 1 柜体结构 乐 昌峡水电站液压启闭机 电控设备包括溢洪道 5 套 、 放空底孔 1 套 、 进水 口1套 ， 共计 7套系统。 现地控制站的每套电控系统 由2只柜体组成 ， 1只 动力柜 、 1只 P L C控制 柜， 并排安装。动力柜 内包括 2 台油泵 电机的启停 回路、 机柜空调、 U P S电源等。柜 门 上装有 电压表、 电流表 、 开度显示仪等。控制柜内包括 P L C 、 中间继 电器 、 空气开关 、 熔 断器 、 控制端子等 ， 柜 门 上装有信号指示灯 、 触摸屏 、 转换开关、 按钮等 J 。 3 ． 2现 地 L C U配置 P L C控制器是系统控制的中心， 采集系统的全部工 况信号 ， 实时控制相关的设备动作 ； 同时监视生产过程 参数和设备运行状态 ， 当出现故障时 ， 及时发出声光报 警 P L C配置见 图 1所示 。 乐 昌峡水电站液压启闭机电气控制系统的核心单 元采用 2个 Mo d i c o n P r e m i u m的单机架配置， 它们都具 备相 同 的 软 件 和 硬件 配置 。电控 系 统 采 用 施 耐 德 MO D I C O N T S X P R E MI U M P L C作 为 主机 ， 配置 T S X P S Y1 6 1 0电源模 块。C P U采 用 T S X H 5 7 2 4 M 热备 处 理 器 ， 程 序运行 速 度达 到 0 ． 1 ms ／ k ， 内置存储 器 容量 为 1 9 2 k b， C P U 自带 1 个 1 0 ／ 1 0 0 M 以太网卡 ， 2个 R J 4 5口， 全双工通讯 ， 支持 以太 网的广播方式通讯 。 在本地站设置有触摸式的施耐德操作面板 ， 用以完 成数据设置 、 显示和状态监控 ， 以及发送故障记 录等功 收稿 日期 2 0 1 1 1 1 2 8 作者简介 郑海英 1 9 8 6一 ， 女， 大专 ， 从事水利工程机电设备 自动化管理工作。 1 2 7 2 0 1 2年 1月 第1期 郑海英 ， 等 乐昌峡水利枢纽液压启闭机电气控制系统 N o ． 1 J a n ． 2 0 1 2 图 1 P L C配置 示 意 能 。 施耐德 MO D I C O N T S X P R E MI U M P L C上还配置 了 A N A L O G 8 C H I N模拟量输入输出功能， 接收压力、 开度 等 4～ 2 0 m A模拟量输入信号。系统还配 置有 3 2点数 字量输入模块 、 1 6点数 字量输出模块及 高速计数模块 等。 4电气 控 制原理 以溢洪道表孔闸门液压启闭机 电气控制为例 ， 说 明 其操作步骤及原理。 4 ． 1 现地手动控制 在安装调试或检修时， 选择“ 手动” 工作方式 ， 在此 种工况下 P L C不参与控制 ， 由继电器回路来完成控制。 将控制柜工 作方式选 择开关 “ S A 0 1 ” 转 到手动位 置 ， 转动选择开关“ S A 0 2 ” ， 选 择“ 1 ’ 或 “ 2 ’ 泵机 ， 2台 泵机互锁 见图 2 。主泵启动 ， 待泵运行 8～1 0 s 后 ， 按 启 门按钮“ S B 1 1 ” 闭门按钮为“ S B 1 3 ” ， 1 K A 1 1 K A 2 线圈得 电自保持 见 图 3 ， 常开触点 闭合 ， 溢流 阀 Y V 1 得 电建压 ， 启门 闭门 控制电磁 阀 Y V 2 Y V 3 得 电 见 图 4 ， 启 门 闭门 回路 接通。在启 门 闭门 过程 中， 按停门按钮 S B 1 2， 可将闸门停于任一开度。 4 ． 2现地 自动控制 将控制柜工作方式 选择 开关 “ S A 0 1 ” 转 到 自动 位 置 ， 转换开关 “ S A 0 2 ” 转到 中间位 置 ， 按启 门 闭 门 按 钮 ， 可编程控 制器 P L C接收到信号 ， 数 字量输 出模块 D O输出开关量信号 ， 一K1 一K 2 、 一1 k l 一1 K 2 线 圈 得电 ， 常开触点闭合 ， 启动主泵 ， 泵运行 81 0 s ， 溢流阀 Y V 1得电建压 ， 启 门 闭 门 控制 电磁阀 Y V 2 Y V 3 得 电， 启门 闭门 回路接通 。当 闸门开度到达 闸门工作 位时或全开 关 位 此值可 在触摸屏上设 置 ， 系统 自 动停机并输 出状态信号。在启 门 闭 门 过 程 中， 按停 门按钮 S B 1 2 ， 可将闸门停于任一开度。 4 ． 3 远程控制 ． 1 2 ．8 图 2 选择主泵 图 3 启 门闭门控制 s ￡ 段 墅 稽 脚 亡 } _ 嚣 鸳 l n ￡ } 匠 磊 I 1 瞪 ￡ 檀 一 凸_ 屉 越 脚 罐 ￡ 一 一 口_ 厦 图 4电磁 阀控制 ] 将控制柜工作方 式选择 开关 “ S A 0 1 ” 转到 远程位 置 ， 在此状态下 ， 所有闭 门指令均 由计算机 监控 系统发 出。集控 的启闭门控制流程同现地 自动。 4 ． 4同步调节 闸门纠偏原理 闸门纠偏 电气控制系统是 由现地控 制装置 P L C控制 比例 阀， 调节注入油缸 中的油量 ， 控制 闸门启闭速度。左右两边 的开度仪通过传感器测得的 油缸行程反馈给 P L C 。P L C将数据处理 ， 一旦左右油缸 中活塞杆的行程之差超过设定值 ， 则判断左右油缸出现 了偏差 ， 需进行纠偏 ， P L C输出信号控制 比例 阀， 调整左 右油缸的流量 ， 从 而使左右油缸的活塞杆运动速率保持 一 致 ， 闸门保持水平启闭。 2 0 1 2年 1月 第 1期 广东水利水电 N o ． 1 J a n ． 2 0 1 2 由于本套系统用 了2只比例调速阀和 2只常规阀 ， 所以同步调节功能根据工作方式可分为 2种情况 1 在手动工况下 ， 液压系统使用常规调速回路 ， 当 系统左右开度偏差超过纠偏值 1 0 m m时 ， 手动转换控制 柜纠偏选择开关“ S A1 1 ” 进行左 纠或 右纠 ， 直接动作于 比例方 向阀的阀芯 ， 控制油的流量实现纠偏功能 。 2 在现地 自动和远程控制工况下 ， 如果系统左右 开度偏差值超过纠偏启动值 1 0 m 此值可在触摸屏上设 置 系统将激活 同步调 节功能。① 当左右 两边 比例调 速阀都投入时 ， 系统将 以单边 右侧 为基准， 自动调整 左侧比例阀的控制信号 ， 从而调节相应液压缸的进、 出 油量 ， 进行同步控制 。② 当某一侧 由比例调速阀切换到 常规调速 回路时 ， 系统会 以这一侧 的开度为信号基准 ， 另一侧根据左右偏差值进行 自动调节 比例调速 阀的控 制信号 。③ 当两侧都 由比例调速阀切换到常规调速 回 路时， 系统会通过比例方向阀进行旁路纠偏， 系统 自动 根据左右开度偏差值来控制 比例方 向阀。当左右偏差 值达 到纠偏复归值时， 自动调节停止。当 2只液压缸 的 行程偏差 ≥超差值 2 0 mm 此值可在触摸屏上设置 时 ， 系统 自动停机保护 ， 并发 出声光报警。 4 ． 5 系统保护 1 系统控制 回路具备过载 、 短路 、 失压等保护 控制系统每个回路都设有断路器 ， 对控制回路进行 过载、 短路保护 。控制 回路主开关配有脱扣器 ， 对 电机 进行保护。对于 P L C控制 电源 回路 ， 采用经 U P S电源 输出的交 流 2 2 0 V， 再 经过 2只开关 电源转换 为 直流 2 4 V电压 ， 从 而防止对 P L C控制电源和编码器电源 的 干扰 。 2 闸门的运行监测保护 闸门的开度检测装置对 闸门运行 过程位置做全程 监测 ， 检测可精确到毫米级。C I MS传感器信号直接送 入 P L C， 经 P L C处理后在触摸屏上显示 开度 ， 显示分辨 率为 m m级 。正常情况下 闸门的开闭到位信号 由开度 传感器信号发出， 限位开关作为闸门超行程保护 。当闸 门运行好极限保护位置时立即停机， 控制系统发声光报 警信号提示操作员检查 限位开关 和超行程原 因。 3 主要 电气元件 的状态 、 参数监测 ①电机 当检测到电机过流或过载时立即停机并发 出声光报警。软启动器辅助触点接人 P L C， 上位机和触 摸屏 中显示电机的工作状态， 电机过载时立即停机并发 出声光报警。 P L C系统 在上位机中实时显示控制系统网络和 P L C模板的工作状态 信号取自C P U中对应的模块的内 部状态位和对应 的其他网络节点的状态位 。当控制系 统网络或任何一块模块 出现故障时， 发出声光报警并在 上位机显示故障信息 ， 以帮助维护人员迅速排除故障。 ③液压信号的监测保 护 根据液压 系统提供 的接 口， 控制系统对液压泵站的监视保护主要包括液压系统 压力 、 油位 、 油温 、 油过滤器堵塞等。 4 ． 6 主要特点 1 电气控 制采用 P L C控制 ， 采用双 C P U冗余配 置 。运行时一主一备 ， 每个扫描周期主“ P L C ” 通过 C P U 同步链路把数据及状态信息传送到备机 ， 确保双 C P U 程序完全一致。当主“ P L C ” 出现故障， 备份系统将 自动 进行切换 ， 将应用程序的执行和 I ／ O的控制工作切换至 具有最新数据 的“ 备份 ” P L C ， 切换 时间在 1 ． 5个周期 内， 进一步提高系统的可靠性。 2 电气控制系统采用了 2只常规阀和 2只比例调 速 阀， 在任何工况下 ， 当系统左右开度偏差超过纠偏值 1 0 m m时 ， 可进行 手动 纠偏 或 系统将激 活 同步调节功 能， 调整左右油缸的流量 ， 使左右 油缸 的活塞杆运动速 率保持一致 ， 保证 闸门平稳启闭。闸门纠偏系统电气控 制 电气 自动化 的实现 ， 满足现代 电站“ 无人值班 少人 值班 ” 的模式要求 ， 提高工作效率 ， 为大坝在汛期的安 全运行提供 了强有力 的保障。 3 液压缸行 程检测装 置采用 1用 2备 即 2套 C I MS和 1 套 内置式恒力弹簧钢丝绳开度仪 的形式 ， 1 用 1备采用集成 于 C E R A M A X 的位移测量 系统 C I M S MK I V， 闸门开度检测精度和重复精度均精确到毫米级 ， 确保了闸门准确无误 的启闭 。 5 结 语 系统采 用双 C P U模块冗余 ， 避免 因故障出现所引 起 的生产停顿或安全事故 ， 满足连续生产要求 、 提高 系 统可用性。电气控制系统保持闸门两端油缸中活塞运 动 的同步性 ， 保证 闸门平稳启闭。系统具有各种保护功 能 ， 进一步提高了系统的可靠性 。 参考文献 [ 1 ] 常州海通电气自动化装备有限公司 ．广东省乐昌峡水利 枢纽液压启闭机电气控制系统技术报告[ R] ． 常州 常州 海通电气 自动化装备有限公司， 2 0 1 0 ． [ 2 ] 常州海通电气 自动化装备有限公司．乐昌峡水电站溢洪 道工作闸门液压启闭机电气控制原理图[ R] ． 常州 常州 海通电气 自动化装备有限公司， 2 0 1 0 ． [ 3 ] 博世力士乐有限公司． 广东省乐昌峡水利枢纽工程液压启 闭机制造技术指导报告[ R] ． 常州 博世力士乐有限公司， 2 01 1． 本文责任编辑马克俊 1 2 9