水电站远程闸门控制解决方案

闸门控制系统.jpg

系统结构

闸门自动化系统设置1个监控中心、1个现地监控单元及系统连接网络。

    a.监控中心设一台闸门监控主机及其他相关设备,并安装上位机软件,可分析、处理及管理有关数据和信

                 息,并可随意检索各种德赢app内容并打印。

    b.现地控制单元:设置一台现地vwin德赢APP柜。控制方式为现地手动、集中自动及远程监控。水位德赢app为两

                 路。

    c.系统网络:各现地监控单元采集其所属各类监控信号,再由通信电缆、光缆送到管理处监控中心。系统详

                 细功能描述及性能指标:

    1)现地控制单元

    闸门现地控制单元主要完成数据采集与处理、事件检测、控制与调节、人机接口与通信等功能。闸门现地控制单元可手动实现闸门控制,也可实现与闸门监控中心进行网络数据通信,接收控制指令,对现地控制单元发出启闭信号;并通过传感器接收闸门现场信息,向闸门监控中心反馈闸门现场运行工况、故障信号等信息。

●硬件设备:

由PLC、现场控制柜、免维护电瓶、传感器和其他仪表等设备构成。负责采集、传输系统的各种参量,并对机电设备进行控制。PLC选用施耐德Micro系列产品。闸门的开度通过专用传感器设备组网与PLC的一个RS-485进行通讯。采用这种结构可以减少投资和提高数据采集的精确度。PLC块通过RS485通讯接口作为主站使用,通过通信电缆与中心站的上位机进行通讯。PLC(可编程逻辑控制器)是测控终端站的关键,负责采集数据和实现控制,可根据监控终端的采集数据和控制设备的数量不同而配置相应的规模,也利于将来系统的扩展。

●软件设备:

由PLC编程设计软件构成。负责可编程控制器的管理及系统中各种数据的分析和处理等工作具体功能描述如下:

(1)数据采集功能

 ①可采集闸门开度数据

   测量范围:0-40M;

   分辨力:1CM;

 ②可采集水位数据

   测量范围:0-40M;

   分辨力:1CM;

 ③可采集每孔闸门开关量输入:闸门行程开关限位接点、闸门开度测量仪位置接点、闸门执行电器辅助接

   点、控制开关转换接点及故障信号引入接点;

 ④状态量采集

   a.闸门上升或下降接触器状态;

   b.闸位行程开关状态;

   c.启闭机保护装置状态;

   d.有关操作按钮或开关状态;

   e.电动机状态;

(2)闸门控制功能

 ①现地控制:将现地控制柜上的操作模式转换开关打到现地控制,通即可通过设定开度仪,使闸门自动开

             启/关闭到指定位置。在闸门运行过程中,现场操作员可通过开度仪和相应指示灯实时观测闸

             门运行状态。当闸门运行到指定高度时,闸门自动运行停止;当闸门出现越限(超越上、

             限)、超载等故障时,门自动停止运行。现地控制优先于远程控制;

 ②远程控制:PLC通过有线网络接收闸门监控中心或控单元工控机的指令,自动完成闸门的开启或关闭。将

             现地控制柜上的操作模式转换开关打到vwin德赢APP,即可通过上位机操作闸门自动开启/关闭到

             指定位置。操作人员将通过计算机发布闸门运行指令,并通过有线光缆下达到相应闸门监控

             站的PLC。PLC在接到传来的控制命令后,自动启动闸门运行,并控制闸门运动到指定值。在

             闸门运行过程中,上位机将实时采集闸位信息及根据需求查询来自PLC的闸门运行状态信息,

             并通过以太网远程数据通信网发送到中心站分中心站,使中心站或分中心站操作员在计算

             机上实时掌握闸位、水位信息,以便实现定闸位控制,可实时掌握闸门在运行过程中的状

             态。

 ③手动控制:将现地控制柜上的操作模式转换开关打到手动控制,通即可通过vwin德赢APP柜上的按钮开启、

             闭和停止闸门。手动控制优先于现地控制和远程控制;

 ④控制互锁功能:闸门控制时,二次回路中加入必要的互锁条件,同时在PLC程序中也加入必要的互锁条

             件,以防止闸门误动作。

(3)信号显示

     在现地控制屏面板设置一些相关信号灯

     ①闸门状态(开、关、停)指示;

     ②闸门位置 (上限、下限) 指示;

     ③vwin德赢APP屏上的开度仪实时显示闸门开度值;

     ④电机过流、缺相指示

     ⑤控制柜电源指示

     ⑥操作模式指示

(4)数据远传

     闸门现地控制单元通过RS485接口由光纤将有关信息送至监控中心的工控机。

(5)报警功能设计

     在闸门运行过程中,当系统发生故障时,能够立即报警,并可根据需求和实际情况手动或自动终止当前

闸门运行操作。闸门现场操作人员和远程中心站操作人员均可通过现场操作控制显示装置和计算机屏幕实时

掌握故障发生。

     对于远程中心站人员,当系统发生故障时,会立即得到报警,同时在显示方面无论显示器当前在显示哪

幅画面,故障窗口都能立即弹出,报告故障内容,故障内容如下:

     电机过流、缺相。

     闸门运行超上下限

     计算机串口控制故障

典型闸门控制系统中的几种报警为:

     ①闸门越上限:当闸门到达机械最高点位置时,安装在闸门上的上限位置传感器动作并向闸门现地控制

                   柜发出信号,闸门现地控制柜立刻停止闸门动作,并由PLC记录,同时报警。

     闸门越下限:当闸门到达机械最低点位置时,安装在闸门上的下限位置传感器动作并向闸门现地控制

                   柜发出信号,闸门现地控制柜立刻停止闸门动作,并由PLC记录,同时报警。

     ③启闭机电动机过流:当闸门启闭机运行时,发生闸门被意外情况(如异物卡住、钢丝绳拉偏)卡滞或

                   启闭机发生机械故障使电动机负荷增大,将使“电动机智能保护控制器”动作并向闸门

                   现地控制柜发出信号,闸门现地控制柜立刻停止闸门动作,并由PLC记录,同时报警。

     ④启闭机电动机缺相:当闸门启闭机运行时,发生启闭机电动机电源缺相时,将使“电动机智能保护控

                   制器”动作并向闸门现地控制柜发出信号,闸门现地控制柜立刻停止闸门动作,并由

                   PLC记录,同时报警。

2)监控中心

    监控中心站是整个自动化系统的核心,由主计算机、人机接口设备和外围设备组成,实现对闸门的全面

控。它是系统的管理中心,负责完成数据采集、数据处理、安全监视、远方控制以及自动化管理等功能。它

要由以下儿部分组成:

    ●硬件设备

    由中心监控工作站、打印机、通信设备、UPS电源等设备构成。

    ●软件设备:

    由Windows 2000中文版、VB脚本和SQL2000数据库软件等构成。

    系统特点:采用UPS供电,并配置电源避雷器,保证整个系统在恶劣环境下的正常工作。

    系统主要功能如下:

    ①数据采集与处理

    闸门监控计算机自动从各现场测控单元采集各种实时运行参数,掌握各设备动作情况,收集报警信息;

    对实时数据和历史数据按要求进行筛选整理,并存入数据库。

    ②安全运行监视

    安全运行监视包括各设备运行实时监视及参数vwin德赢网修改、状变监视、越限检查、过程监视、趋势分析和

    监控系统异常监视。

    ●运行实时监视及参数vwin德赢网修改:运行值班人员通过LCD对系统内各主设备的运行状态和运行参数进行实

                时监视控制及vwin德赢网修改参数。对职责不同的各级运行人员,其操作权限的内容也各不相

                对监控系统监控的所有设备,具有一定操作权限的运行值班人员能vwin德赢网修改运行参数。

    ●状变监视:发生自动状变和受控状变时,均应在LCD上显示。

    ●越限检查:检查设备异常状态并发出报警,异常状态信号LCD上显示并记录。

    ●过程监视:当闸门上升或下降指令下达后,监控系统能自动显示相应的设备操作监视画面。画面能以

                流程框图的形式实时显示全部工况执行过程中每一步骤及执行情况,提示在工况执行过程

                受阻时的部位及其原因,进行开环运行指导甚至闭环自动控制操作。

    ●趋势分析:对某些运行参数的变化如水库水位、输水量、闸门开度等进行趋势分析,及时发现故障征

                兆,越限报警,自动显示、记录和打印。

    ●监控系统异常监视:监控系统的硬件或软件发生事故则立即发出报警信号,并在LCD及打印机上显示

                记录,指示故障部位。

    ③实时控制和调节

    监控系统按照闸门当前运行控制方式和预定的决策参数进行控制调节,满足各闸门的实时控制要求。操

    作员通过操作员工作站的显示器、键盘等,对监控对象进行下列控制与调节。

    ●对单孔闸门操作,运行人员通过主控计算机或现场测控单元进行操作,完成对闸门的控制与调节;

    ●对双孔闸门操作,运行人员通过主控计算机或现场测控单元进行操作,完成对双孔闸门的联动控制

      调节;

    ●控制和开度调节,系统根据预定的原则及运行人员实时输入的命令,进行闸门正常升降、停机、自动 

      复位等操作,发生故障时自动停止闸门运行。在开机过程中,能显示闸门当前实际开度和各主要启闭

      设备依次推进过程和执行情况,记录操作的时间和检测操作是否成功。系统可由升降命令或设给定值

      的方式进行闸门的自动调节;

    ●闸门开度等测量显示;

    ●各种整定值和限值的设定;

    ●显示器的显示图形、表格、参数限值、报警信息、状态量变化等画面和表格、报表的选择与调用;

    ●打印记录;

    ●报警复归:当设备发生事故或事件后,在LCD上自动推出事故或事件画面发出报警信号,当运行人员已

      了解事故或事件的情况后,可对报警信号手动复归;

    ④记录和报告

    对所有监控对象的操作、报警事件及实时参数报表等记录下来,并能以中文格式在CRT上显示,在打印机

    上打印。打印记录分为定时打印记录、事故故障打印记录、操作打印记录及召唤打印记录等工作方式:

    ●操作事件记录:将所有操作自动按其操作顺序记录下来,包括操作对象、操作指令、操作开始时间、

      执行过程、执行结果及操作完成的时间、操作员的姓名等。

    ●报警事件记录。自动将各种报警事件按时间顺序记录其发生的时间、内容和项目等,生成报警事件汇

      总表。

    ●定值变更记录。自动将所有的定值变更情况作记录,包括变更对象、变更数值、操作员的姓名等,以

      备随时查询。

    ●报表。按时、日、月生成各种统计报表,也可根据操作员的指令随时生成各种报表。

    ●趋势记录。记录重要监视量的运行变化趋势。

    ⑤事件顺序记录

    可对整个闸门系统主要设备的事故及故障信号、监控系统的故障信号等进行事件顺序记录。根据故障信

    号发生的时间顺序,记录发生的故障信号的名称、变位时间,显示、打印和存档。时间包括年、月、

    日、时、分、秒。

    ⑥事故追忆和相关量记录

    记录在事件发生前5s和后20s时间里重要实时参数的变化情况。追忆量除了打印外还可以用曲线在CRT上

    显示。

    相关量记录:自动记录与事故、故障有关的参数。

    ⑦正常操作指导和事故处理操作指导

    正常操作:操作顺序提示,能根据当前的运行状态判断设备是否允许操作并给出相应的标志,如操作是

              不允许的,则提示其闭锁原因并尽可能提出相应的处理办法;操作票编辑、显示、打印、运

              行报表显示、打印等。

    事故处理:在出现故障征兆或发生事故时,由监控系统提出事故处理和恢复运行的指导性意见。

    ⑧屏幕显示

    画面显示是计算机监控系统的主要功能之一,画面调用将允许以自动或召唤方式实现。自动方式是当有

    事故发生时或进行某些操作时有关画面能够自动推出,召唤方式则操作某些功能键或以菜单方式调用所

    需画面。画面种类包括各种系统图、棒形图、曲线、表格、提示语句等,画面应清晰稳定、构图合理、

    刷新速度快且操作简单。

    ●系统诊断

    软件故障诊断:软件运行时,若遇故障应能自动给出故障性质及部位,并提供相应的软件诊断工具。

             在系统进行vwin德赢网诊断时,不能影响计算机系统对设备的监控功能。

    ●软件开发及运行人员培训

    软件编辑人员可以通过工作站的计算机,vwin德赢网或离线方便地进行应用软件、显示画面和数据库等编辑、

    调试、装入、卸除和修改,vwin德赢网进行上述工作时应能保证正常的计算机监控系统功能的正常运行。

    利用操作员工作站兼作培训工作站,进行运行人员的操作培训、计算机监控系统的维护培训、事故处理

    培训、软件开发培训以及管理培训。

2.3通信系统

    系统方案信息流向说明如下

    ①各闸门在现地通过现地控制柜控制闸门启闭。

    ②闸门开度信息、上下限位信息、启闭机载荷信息、闸门状态传输到各闸门现地控制单元,通过PLC将信

      息传输到闸门监控中心站。 在超限时,由现地控制单元自动完成闸门锁定功能。

    ③闸门监控中心的工控机能通过光纤RS485通信方式接收由现地控制单元和水库水位计自动传输来的各闸

      门的工况数据。

    ④闸门监控中心的的工控机通过光纤RS485通信方式控制现地控制单元的闸门启闭。