闸阀远程控制方案

闸阀远程控制方案
需要在刘家沟水库分水闸安装两处，在中心所1#、2#分水闸，甘肃环县分水闸，陕西定边分水闸，共计六处安装闸阀远程控制。

1、系统结构
由于枢纽闸门布置较分散，且距离较远，为了减轻运行人员的劳动强度、实现电站无人值班，水库闸门控制系统的设计，能够在闸门控制室对现场各闸门进行远方监控，同时还能监视各闸门的位置以及运行情况，当出现闸门故障时系统能及时报警。

为便于现场的调试、维护和紧急情况处理，系统还能就地对闸门进行控制。

水库闸门控制系统采用由上位机系统（主控级）及现地控制单元（LCU）组成的分层分布式控制系统。

主控级采用双机互为热备用方式，通信网络采用单总线以太网，做到了控制分散，信息集中，如某处设备出现故障，并不影响其他设备的正常运行，在硬件上确保整个系统简单、安全、可靠。

其系统的结构如图1所示。

主控级设2套操作员工作站，操作员工作站由计算机、外围设备以及不间断电源（UPS）等组成。

操作员可通过操作员工作站，对监控对象进行控制。

主控级采用双计算机系统，以主、备方式运行，能够实现无间隔切换。

主控级所有的设备均布置在坝顶控制楼内的闸门控制室。

现地控制单元（LCU）采用以可编程逻辑控制器为控制装置，布置在启闭机旁。

闸门的控制要求，对1条洞有2扇事故门(或工作门)的，在动水中必须2扇门同时启闭，故闸门现地控制装置按1条洞的事故门和工作门分别配置1套控制装置，即孔板洞、排沙洞、明流洞各设2套控制装置(共计18套)，溢洪道3套，灌溉洞1套，充水平压系统3套，整个现地控制层设置25套控制装置。

这些LCU根据闸门的不同地理位置，分成5组，每组LCU通过工控机与通信网相联，实现与主控级的通信。

闸门控制系统主控级与现地控制单元之间通过单总线网络进行通信，并设有与电站计算机监控系统以及水库调度系统之间的通信接口，以便与这两个系统进行数据交换。

现地控制装置与闸门启闭机同时安装、调试和投运。

2、基本功能
上位机层
(1)数据采集和处理。

事故闸门、工作闸门的位置；闸门上升或下降接触器状态；充水平压阀门开启或关闭状态；闸门启闭机机械和电气保护装置状态；主电源和控制电源状态；有关操作状态。

(2)实时控制。

被控对象可在现地控制屏上进行现场控制或通过闸门控制室操作台计算机进行远方操作，对充水阀门还可在相应阀门室控制箱上操作。

现地与远方操作互为闭锁，在现地切换，以距操作对象最近的控制点为最高优先级。

控制内容有闸门提升或下降；充水阀门开启或关闭；远方成组工作闸门、充水平压阀门、事故闸门控制。

(3)运行监视。

运行监视包括状态监视，过程监视，控制系统异常监视。

①状变监视：电源断路器事故跳闸、运行接触器失电、保护动作等；②过程监视：在控制台CRT上，动态显示闸门升降过程和开度；
③控制系统异常监视：控制系统任一硬件或软件故障立即发出报警信号，并在CRT及打印机上显示记录，指示报警部位。

(4)运行管理。

运行管理包括报表打印、画面显示、人机对话等。

①报表打印：闸门升降、阀门开闭情况表，事故、故障记录表等；②画面显示：以数字、文字、图形、表格等形式组织画面进行动
态显示，包括闸门控制系统框图、充水平压系统图、进水塔上游侧立视图、坝区供电接线图、闸门操作流程图、上、下游水位显示、各闸门开度模拟显示、各种事故、故障统计表、闸门操作次数统计表、各种监视点上、下限值整定表等；③人机对话：由设在坝顶控制楼闸门控制室的2座(互为备用)操作计算机工作台完成，可输入各种数据，更新修改各种文件，人工置入缺漏数据，输入控制命令等，以监视和控制各闸门、阀门的运行。

(5)数据通信。

闸门控制系统各设备间通信采用单总线结构，组网按现地单元相对集中组合成5组，通过各组某一控制屏上设置的工控机，作为通信接口与控制总线联接。

系统还提供了与水库调度计算机、电站计算机监控系统的通信接口。

(6)系统诊断。

系统诊断包括硬件故障和软件故障诊断，可在线或离线自检计算机和外围设备故障、各类基本软件和应用软件故障。

(7)软件开发。

能方便地进行系统应用软件的编辑、调试和修改。

现地控制层
现地控制层由25套现地控制单元（LCU）组成，LCU的核心采用GE-90/30系列可编程逻辑控制器（PLC），PLC 装置由CPU模块、输入/输出（I/O）模块、通信模块等组成。

各模块都采用标准化的接口和通信格式，便于扩展和维护。

现地控制屏采用IP55防护等级和加热驱潮装置，适合现场高湿度运行环境，并要求在闸门控制系统形成之前，能独立完成对相应闸门、阀门的控制。

现地控制层主要完成下列功能：
(1)数据采集和处理。

包括闸门位置、开度；闸门行程开关位置；闸门上升或下降接触器状态；充水平压阀门开启或关闭状态；启闭机机械、电气保护装置状态；主电源、控制电源状态；有关操作按钮、开关状态。

(2)实时控制。

现场操作人员能根据触摸屏的信号显示、闸门位置指示、按钮及开关等对控制对象进行闸门提升或下降、中途停机、充水阀门的开启或关闭等操作；当现地控制屏上控制权切换开关打到远方位置时，LCU接收上位机的控制命令，自动完成闸门的提升或下降、阀门的开启或关闭。

(3)信号显示。

在现地控制屏上设置了闸门（阀门）位置、启闭机（电动装置）电气故障、机械故障、系统故障及有关操作电源等状态信号灯、光字牌等信号指示。

各输入状态和输出控制状态均可通过PLC输入／输出模块状态指示灯显示。

(4)数据传输。

现地控制装置PLC与工控机通过RS-485总线相连，多个控制单元的PLC通过RS-485总线挂接在同一台工控机上，构成一对多的通信结构。

每一台PLC可以向工控机发送数据，采用通信程序和通信规约来实现。

工控机也可向每一台PLC传送数据，数据的传送目标PLC则由每台PLC特有的地址码来区分，PLC通信模块会自动识别这一地址码。

LCU通过通信接口及网络将有关操作信息传送至上位机，上送信息不受控制权切换开关位置的影响。

(5)现地编程。

LCU留有笔记本电脑的接口，可在现场对LCU控制程序进行编辑或修改。

3、闸门开度传感器
要适应高扬程、室外布置和远方操作，闸门位置检测元件选择是闸门控制系统设计的关键之一。

为此，经过多方调研和收集资料，选择了德国Ifm公司的绝对型多圈光电编码器。

此种编码器由绝对型编码器和SSI 接口模块组成，SSI与编码器之间通过RS-422总线进行通信，采用差分信号传输，数据的转换相当可靠。

SSI接口模块具有较高的抗噪声能力，减少了噪声对信号的影响。

SSI接口模块连续地从编码器读取串行同步的格雷编码值，然后将它们转换为并行二进制或BCD编码值传送到PLC。

通过SSI接口模块的中间连接，可以二进制或BCD编码输出信号，也可通过SSI接口模块上的开关进行编码的调整和零位的选择。

编码器
的转化系数也可因单圈或多圈通过SSI接口模块进行设置。

同时，SSI接口模块本身具有完善的自我检测功能，如进行数据转换错误的误差显示等。

作为基础元、器件，该编码器的选择、应用，是闸门控制系统安全可靠运行的保障。

4、系统操作
控制系统对所有闸门和阀门均可在现地控制或在集中控制室远方控制，控制权在现地控制屏上切换。

下面以孔板洞为例说明一洞双门事故门和工作门的操作程序。

孔板洞事故门
孔板洞事故门为平面闸门，配卷扬启闭机，每台启闭机由2台绕线式电动机拖动，电动机容量为132 kW，为转子回路串接四级起动电阻的起动方式。

基本操作步骤如下。

(1)闸门提升或下降操作之前，先按操作要求把控制开关打到相应位置。

①远方操作通过位于闸门控制室的上位计算机系统及现地控制装置实现，现地操作与远方操作互为闭锁，并在现地切换；②闸门有3个操作位置供选择，即全关位置、全开位置和检修位置，检修位置仅可在现地操作实现；③单门操作仅可在现地实现，但闸门的动水关闭不允许单门操作。

(2)闸门在提升前打开相应进水、出水阀门，向闸门后洞内充水，待闸门前后水位差满足开门条件时，由充水平压控制装置发出允许提门信号，提升回路自动接通。

(3)闸门提升时，上升接触器经一定时间延时，依次接通起动电阻短接接触器，将四级起动电阻逐级切除，当闸门提升至设定位置时自动停机。

闸门在上升过程中，若机械过载或电气过负荷保护动作可作用停机。

(4)闸门下降时，先将起动电阻短接，再接通下降接触器，当闸门下降至全关位置时自动停机。

压力同时低于调定压力时，先向主机蓄能器充压，后向副机蓄能器充压。