桑墟水電站自動(dòng)化控制系統(tǒng)升級(jí)改造可行性分析

【摘要】本文詳解桑墟水電站自動(dòng)化控制系統(tǒng)升級(jí)改造的必要性和改造方案，通過(guò)改造實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，進(jìn)一步提升水利工程管理工作的現(xiàn)代化、精細(xì)化水平。

【關(guān)鍵詞】水電站；自動(dòng)化；升級(jí)改造

1、工程概況

桑墟水電站位于江蘇省沭陽(yáng)縣與東海縣交界，是利用沭新河灌溉排澇用水發(fā)電的小型水利工程，工程于1986年5月建成，2014年完成增效擴(kuò)容改造，裝機(jī)總?cè)萘?25KW，共五臺(tái)SF125-20/990-W型發(fā)電機(jī)，配ZDT03-LM-100型水輪機(jī)，閘門(mén)全開(kāi)設(shè)計(jì)流量為25m3/s。工程上游檢修門(mén)為鋼質(zhì)平面直升門(mén)，由液壓?jiǎn)㈤]機(jī)現(xiàn)場(chǎng)控制，配清污機(jī)五臺(tái)套；下游為鋼質(zhì)平面直升門(mén)，配5噸電動(dòng)螺桿啟閉機(jī)。

工程自建成以來(lái)，在防汛、抗旱、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生活供水等方面發(fā)揮了重要作用。

2、系統(tǒng)現(xiàn)狀

液壓閘門(mén)控制柜雖配置了西門(mén)子S7-200的PLC以及威綸通的觸摸屏，但目前只能進(jìn)行現(xiàn)地手動(dòng)操作，無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)控制與監(jiān)視；

5臺(tái)清污機(jī)、2臺(tái)皮帶輸送機(jī)和5臺(tái)發(fā)電機(jī)組均由現(xiàn)地控制柜（均未配置PLC）手動(dòng)控制，無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)控制與監(jiān)視；控制柜中的重要儀表不具備通信接口，無(wú)法上傳數(shù)據(jù)。

3、系統(tǒng)改造范圍

（1）液壓閘門(mén)自動(dòng)化系統(tǒng)升級(jí)改造；

（2）清污機(jī)、皮帶機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)升級(jí)改造；

（3）發(fā)電機(jī)組自動(dòng)化系統(tǒng)升級(jí)改造；

（4）桑墟水電站自動(dòng)化系統(tǒng)集成。

4、改造方案

4.1 方案概述

自動(dòng)化控制系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)對(duì)電站液壓閘門(mén)、清污機(jī)、皮帶機(jī)、發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)化控制。其計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)在中控室，實(shí)現(xiàn)包括數(shù)據(jù)采集與處理、監(jiān)視與報(bào)警、控制與調(diào)節(jié)、系統(tǒng)自診斷與恢復(fù)、數(shù)據(jù)記錄與存儲(chǔ)、人機(jī)接口等功能。系統(tǒng)功能由現(xiàn)地級(jí)和集控級(jí)協(xié)作完成。

4.2 數(shù)據(jù)采集與處理

（1）現(xiàn)地控制單元自動(dòng)采集被控對(duì)象的各類實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；

（2）監(jiān)控主機(jī)接收現(xiàn)地控制單元上傳及其他系統(tǒng)發(fā)來(lái)的各類實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；

（3）系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)量：電氣量、非電量、開(kāi)關(guān)量；

（4）處理方式：模擬量數(shù)據(jù)處理、狀態(tài)數(shù)據(jù)處理、事件順序記錄處理。

4.3 監(jiān)視與報(bào)警

（1）監(jiān)視的情況：通過(guò)監(jiān)控大屏對(duì)閘門(mén)、液壓站、清污機(jī)、發(fā)電機(jī)組等主要設(shè)備的運(yùn)行工況和控制過(guò)程中狀態(tài)等進(jìn)行監(jiān)視；

（2）報(bào)警的情況：在液壓站發(fā)生壓力異常，保護(hù)裝置告警、動(dòng)作，閘門(mén)荷重過(guò)載、欠載，清污機(jī)、皮帶機(jī)的各類過(guò)載、報(bào)警動(dòng)作，各類控制流程中失敗信息等異常情況報(bào)警；

（3）事件順序記錄：按時(shí)間順序記錄故障發(fā)生前后的相關(guān)參數(shù)和開(kāi)關(guān)位置變化；

（4）報(bào)警顯示：報(bào)警時(shí)，發(fā)出聲光和顯示信息。

4.4 控制與調(diào)節(jié)

控制與調(diào)節(jié)的對(duì)象有液壓閘門(mén)單元，清污機(jī)、皮帶機(jī)單元，發(fā)電機(jī)組單元，控制方式有手動(dòng)、自動(dòng)和集控級(jí)控制。

4.5 系統(tǒng)自診斷與恢復(fù)

系統(tǒng)自診斷的故障信息有故障對(duì)象、故障性質(zhì)、故障時(shí)間等。硬件系統(tǒng)在失電故障恢復(fù)后，能自恢復(fù)運(yùn)行；軟件系統(tǒng)在硬件及接口故障排除后，能自恢復(fù)運(yùn)行。

4.6 數(shù)據(jù)記錄與存儲(chǔ)

監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)采集與處理的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，并建立歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)記錄與存儲(chǔ)應(yīng)滿足用戶對(duì)歷史數(shù)據(jù)的多種檢索方式。監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具有數(shù)據(jù)庫(kù)自動(dòng)清理、備份等維護(hù)功能。

4.7 人機(jī)接口

（1）監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)提供集控級(jí)和現(xiàn)地級(jí)人機(jī)接口。集控級(jí)人機(jī)接口應(yīng)作為電站運(yùn)行人員監(jiān)視、控制和調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)組等設(shè)備運(yùn)行的主要手段，同時(shí)也應(yīng)為維護(hù)人員提供系統(tǒng)故障診斷、系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)設(shè)定或修改、數(shù)據(jù)庫(kù)建立和維護(hù)、監(jiān)控畫(huà)面編輯和修改等管理和維護(hù)工作的接口?，F(xiàn)地級(jí)人機(jī)接口應(yīng)為運(yùn)行人員提供在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行運(yùn)行監(jiān)視、控制或者調(diào)節(jié)的接口，現(xiàn)地級(jí)人機(jī)接口應(yīng)具有遠(yuǎn)程控制和現(xiàn)地控制兩種方式的切換功能。

（2）電站發(fā)電機(jī)組運(yùn)行日?qǐng)?bào)表、月報(bào)表、年報(bào)表，事故及故障報(bào)警、閘門(mén)等設(shè)備等操作、運(yùn)行日志等記錄均可查詢和打印。監(jiān)控系統(tǒng)的各類監(jiān)控畫(huà)面、曲線、報(bào)表等均能打印。

4.8 數(shù)據(jù)通信

監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)通信包括集控級(jí)監(jiān)控主機(jī)與現(xiàn)地控制單元之間的通信，以及現(xiàn)地控制單元與其它智能測(cè)控設(shè)備之間的通信。監(jiān)控主機(jī)與現(xiàn)地控制單元之間采用高速、基于TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通信方式。與現(xiàn)地控制單元通信的智能測(cè)控設(shè)備包括閘門(mén)控制系統(tǒng)、多功能儀表等，通信接口宜采用RS485或以太網(wǎng)，通信規(guī)約應(yīng)采用常用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約。

5、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

（1）自動(dòng)化控制系統(tǒng)分成集控級(jí)和現(xiàn)地級(jí)。集控級(jí)由監(jiān)控主機(jī)兼操作員工作站、通信管理機(jī)、以太網(wǎng)交換機(jī)等設(shè)備組成?，F(xiàn)地級(jí)由各現(xiàn)地控制單元、以及各種智能測(cè)控裝置、傳感元件組成；集控級(jí)與現(xiàn)地級(jí)之間采用網(wǎng)絡(luò)方式連接；

（2）在自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)備分布較集中的場(chǎng)合，設(shè)置1臺(tái)核心網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，集控級(jí)計(jì)算機(jī)直接連接到該交換機(jī)上；各個(gè)現(xiàn)地控制單元分別連接到核心網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)上；

（3）在中控室布置1臺(tái)通信管理機(jī)，采集5臺(tái)發(fā)電機(jī)組儀表信息，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)視。

5.1 現(xiàn)地控制柜的設(shè)置與系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)

（1）液壓閘門(mén)控制系統(tǒng)增加DI/DO擴(kuò)展模塊、網(wǎng)絡(luò)模塊，并對(duì)控制柜進(jìn)行接線改造、軟件調(diào)試，即可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)地及遠(yuǎn)程的自動(dòng)控制；

（2）清污機(jī)、皮帶機(jī)新增1臺(tái)現(xiàn)地自動(dòng)控制柜，發(fā)電機(jī)組新增1臺(tái)現(xiàn)地自動(dòng)控制柜，現(xiàn)地手動(dòng)控制功能仍然在原柜體上實(shí)現(xiàn)。

5.2 硬件配置概述

設(shè)置1套監(jiān)控主機(jī)兼操作員工作站；設(shè)置1套通信管理機(jī)；設(shè)置1臺(tái)工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)；設(shè)置1套清污機(jī)自動(dòng)控制柜；設(shè)置1套發(fā)電機(jī)組自動(dòng)控制柜；更換具備通信接口的部分發(fā)電機(jī)組儀表；液壓閘門(mén)自動(dòng)化系統(tǒng)升級(jí)改造，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)地自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。

5.3 軟件配置概述

監(jiān)控軟件包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件、基本軟件、應(yīng)用軟件及工具軟件。

6、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，桑墟水電站自動(dòng)化控制系統(tǒng)升級(jí)改造方案具有可行性。通過(guò)改造實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，進(jìn)一步提高水電站安全可靠性和運(yùn)行管理科學(xué)性，極大提升水利工程管理工作的現(xiàn)代化、精細(xì)化水平，充分發(fā)揮其社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

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[2]喻榮華，花涼亭水電站自動(dòng)化改造技術(shù)方案[J].安徽電氣工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，16（1）：56-59.

作者簡(jiǎn)介：

1、周松，男，1991年1月出生，江蘇沭陽(yáng)人，大學(xué)本科學(xué)歷，助理工程師，目前主要從事水利工程運(yùn)行管理、建設(shè)和施工管理。

2、張靜，女，1989年3月出生，江蘇淮安人，大學(xué)本科學(xué)歷，助理工程師，目前主要從事水利工程運(yùn)行管理、建設(shè)和施工管理。

3、徐瑋，男，1987年2月出生，江蘇連云港人，大學(xué)本科學(xué)歷，工程師，目前主要從事水利工程運(yùn)行管理、建設(shè)和施工管理。