PLC在南水北調(diào)泗陽(yáng)站水泵葉片調(diào)節(jié)裝置中的應(yīng)用

王金東 郭莉莉 趙水汨 韓英才

（江蘇省駱運(yùn)水利工程管理處，江蘇宿遷 223800）

1 工程概況

南水北調(diào)泗陽(yáng)泵站（簡(jiǎn)稱(chēng)泗陽(yáng)站，下同）是南水北調(diào)東線(xiàn)中運(yùn)河輸水線(xiàn)上第四梯級(jí)、淮水北調(diào)第一梯級(jí)泵站。安裝3100ZLQ33-6.3型立式全調(diào)節(jié)軸流泵，配TL3000-48/10kV型立式同步電動(dòng)機(jī)6臺(tái)套，總裝機(jī)容量18000 kW，單機(jī)流量為33m3/s；機(jī)組設(shè)計(jì)揚(yáng)程6.3m，水泵葉輪直徑3.1m，葉輪中心高程6.75m。泵站為堤身式塊基型結(jié)構(gòu)，采用肘形進(jìn)水流道，虹吸式出水流道，電動(dòng)式真空破壞閥斷流。泵站可利用上游來(lái)水使機(jī)組逆轉(zhuǎn)發(fā)電。根據(jù)水泵機(jī)組流量、揚(yáng)程、葉片角度調(diào)節(jié)范圍等實(shí)際情況，泗陽(yáng)站水泵機(jī)組葉片調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)選用的型號(hào)為BYKJ-BD-4-25-TS01。

BYKJ-BD-4-25-TS01型葉片調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的控制裝置采用了可編程控制器（Programmable logic Controller，以下簡(jiǎn)稱(chēng)PLC）作為核心控制單元。PLC具有可靠性高、硬件模塊組態(tài)靈活、通訊組網(wǎng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)。人機(jī)界面采用7英寸彩色觸摸屏，可進(jìn)行水泵葉片的參數(shù)設(shè)定、數(shù)值顯示、狀態(tài)顯示、增減葉角、故障報(bào)警，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制功能。

本產(chǎn)品不僅具有自動(dòng)化程度高、運(yùn)行可靠、功能齊全等特點(diǎn)，而且有通訊接口，能適應(yīng)水泵葉片的各種運(yùn)行工況，與其它設(shè)備相配合，能很好地滿(mǎn)足泵站無(wú)人值班（少人值班）的運(yùn)行要求。

2 運(yùn)行條件

電源：AC220V，15%，50Hz；

平均功耗：≤400VA；

運(yùn)行環(huán)境溫度：≤40°C（≤海拔1000m 時(shí)），≤32.5°C（≤海拔 2500m時(shí)）；

運(yùn)行環(huán)境相對(duì)濕度：≤90%。

3 功能和特點(diǎn)

3.1 功能

PLC可接收觸摸屏的葉角設(shè)定，使水泵葉片平穩(wěn)地變化至給定角度。

PLC可接收觸摸屏或者操作柜增減葉角命令，平穩(wěn)地增減水泵葉片角度。

當(dāng)PLC發(fā)生故障時(shí)，用戶(hù)可在現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)進(jìn)行水泵葉片調(diào)節(jié)，PLC屏蔽觸摸屏控制信號(hào)。

具有故障自診斷和容錯(cuò)功能。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，觸摸屏?xí)@示故障信號(hào)，同時(shí)PLC發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并保持現(xiàn)有葉片角度不變。

3.2 特點(diǎn)

3.2.1 高可靠性

（1）硬件配置。見(jiàn)表1。

表1 硬件配置

所有關(guān)鍵硬件均采用國(guó)內(nèi)外成熟技術(shù)，電氣部分硬件可靠性有保障，MTBF達(dá)30萬(wàn)h以上。

硬件各模塊之間采用鼠籠彈簧壓接式連接方式，無(wú)焊接、無(wú)插接，確保連接牢固可靠。

（2）柜體結(jié)構(gòu)。采取有效防雷擊、防浪涌措施，采用金屬封閉控制柜體，有效地防止空間電磁輻射，提高裝置抗干擾能力。

控制柜的外形尺寸定為400mm×200mm×450mm。

控制柜背部下方留有電纜入口，電纜安裝完畢后采用與過(guò)線(xiàn)膠圈密封。

控制柜的柜體和其所有部件均按照IEC-439的標(biāo)準(zhǔn)制造和試驗(yàn)。

（3）采用硬件/軟件濾波、合理的柜體配線(xiàn)等多種技術(shù)措施，有效提高裝置的電磁兼容能力。

（4）可靠的質(zhì)量保證體系。自1998年取得ISO9001質(zhì)量體系認(rèn)證以來(lái)，由專(zhuān)人監(jiān)督嚴(yán)格遵照?qǐng)?zhí)行，并定期接受審核員檢查，確保產(chǎn)品質(zhì)量。

3.2.2 易操作性

由于觸摸屏的采用及全中文觸摸屏的引入，取消了傳統(tǒng)產(chǎn)品中數(shù)碼管顯示、鍵盤(pán)、模擬表計(jì)等人機(jī)對(duì)話(huà)工具，使得各種運(yùn)行操作異常簡(jiǎn)單，只要了解泵站的運(yùn)行規(guī)程，即可在中文引導(dǎo)下完成對(duì)裝置的各種控制操作。觸摸屏顯示的操作畫(huà)面可用于完成給定角度設(shè)定操作、增減葉角操作、系統(tǒng)時(shí)間設(shè)定操作。同時(shí)，顯示實(shí)際葉片角度和各種工作狀態(tài)。其畫(huà)面如圖1。

3.2.3 安全保護(hù)性

由于控制裝置具有完善的容錯(cuò)及故障處理系統(tǒng)，當(dāng)控制裝置發(fā)生非致命性故障時(shí)，裝置仍可“容錯(cuò)”運(yùn)行。通過(guò)裝置的故障保持功能或改變運(yùn)行方式，在故障處理系統(tǒng)的指導(dǎo)下，維護(hù)人員可不停機(jī)進(jìn)行故障處理，提高裝置的利用率。

當(dāng)有故障發(fā)生時(shí)，圖標(biāo)故障信息中的“故障”兩字會(huì)不停閃爍，點(diǎn)擊圖標(biāo)故障信息即可進(jìn)入故障信息畫(huà)面查詢(xún)當(dāng)前故障。該畫(huà)面用于在線(xiàn)顯示故障以幫助操作人員查找錯(cuò)誤，并可記錄故障發(fā)生時(shí)間、確認(rèn)時(shí)間及復(fù)歸時(shí)間。故障發(fā)生時(shí)故障信息為紅色，當(dāng)故障消失時(shí)，變?yōu)榫G色。其畫(huà)面如圖2。

控制裝置還設(shè)有故障報(bào)警功能，當(dāng)發(fā)生下列情況時(shí)，PLC發(fā)報(bào)警信號(hào)：①PLC內(nèi)部診斷錯(cuò)誤；②葉片調(diào)節(jié)器失靈；③葉片開(kāi)向限位動(dòng)作；④葉片關(guān)向限位動(dòng)作；⑤葉片信號(hào)反饋故障。

圖1 觸摸屏操作畫(huà)面截圖

圖2 觸摸屏操作畫(huà)面故障信息截圖

3.2.4 易維護(hù)性

控制裝置中無(wú)易損件，只要嚴(yán)格按照說(shuō)明書(shū)的要求進(jìn)行操作并滿(mǎn)足裝置對(duì)運(yùn)行環(huán)境的要求，電氣部分控制柜是免維護(hù)的。

3.2.5 具有可擴(kuò)展性

由于PLC的硬件采用功能模塊化結(jié)構(gòu)，如若干年后，對(duì)調(diào)節(jié)器進(jìn)行功能擴(kuò)展，只需增加必要的功能模塊，并升級(jí)相應(yīng)的軟件即可，無(wú)需更換原來(lái)的硬件部分，不會(huì)造成重復(fù)投資或前期投資浪費(fèi)。

4 工作原理

4.1 硬件工作原理

PLC調(diào)節(jié)器硬件主要由可編程控制主模塊、模擬量輸入模塊、信號(hào)處理模塊及觸摸屏等組成，其中，PLC的基本單元主要負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)程序的執(zhí)行、各參數(shù)的計(jì)算，其結(jié)果通過(guò)高速脈沖信號(hào)控制水泵葉片調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。

PLC上電以后，主模塊首先對(duì)模塊進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如有故障，點(diǎn)亮主模塊故障燈，不執(zhí)行用戶(hù)程序。如各模塊工作正常，循環(huán)執(zhí)行用戶(hù)程序。工作流程如圖3所示。

圖3 CPU工作流程圖

4.2 水泵葉片的控制說(shuō)明

調(diào)節(jié)裝置的控制方式分手動(dòng)控制和自動(dòng)控制，可通過(guò)操作柜上的“手/自動(dòng)切換旋鈕”進(jìn)行切換。

（1）自動(dòng)控制

水泵葉片調(diào)節(jié)裝置在自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下，手/自動(dòng)切換旋鈕在自動(dòng)位置，控制柜根據(jù)觸摸屏上的葉角給定、增葉角、減葉角，或者根據(jù)操作柜上的增/減葉角旋鈕指令發(fā)出增葉片角度或減葉片角度的信號(hào)。

（2）手動(dòng)控制

水泵葉片調(diào)節(jié)裝置在自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下，手/自動(dòng)切換旋鈕在手動(dòng)位置。通過(guò)操作水泵葉片調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)上的操作手輪帶動(dòng)步進(jìn)電機(jī)動(dòng)作，來(lái)調(diào)整葉片角度。

5 結(jié)語(yǔ)

泗陽(yáng)站選用PLC葉片調(diào)節(jié)裝置控制，在機(jī)組抽水、發(fā)電運(yùn)行過(guò)程中，進(jìn)行葉片角度的調(diào)節(jié)操作，系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，效果良好，達(dá)到預(yù)期的目的。本控制裝置是設(shè)計(jì)理念先進(jìn)的葉片調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，可供同類(lèi)泵站在設(shè)計(jì)或改造時(shí)采用。