福建省九龍江北溪水閘水閘封閉系統(tǒng)的改造

福建省九龍江北溪水閘水閘封閉系統(tǒng)的改造

福建省九龍江北溪引水工程位于漳州市，建于80年代。其任務(wù)主要是攔河蓄水,引水至漳州、龍海和廈門等地,以農(nóng)田灌溉為主,兼顧城鄉(xiāng)供水、下游地區(qū)防洪以及航運(yùn)等。南北港2座水閘是北溪引水工程的重要組成部分。其中南港閘全長200m,分15孔,北港閘全長293m,分25孔。閘孔凈寬10m,平板鋼閘門,采用直升式雙吊點(diǎn)液壓啟閉機(jī)。啟閉機(jī)柱塞桿直徑180mm,最大行程10.5m。兩座水閘各由3個(gè)閘站分控。由于工程已運(yùn)行20多年,使用期已接近或超過折舊年限,閘門液壓系統(tǒng)存在設(shè)備老化、泄油漏油、閘門啟閉不同步等嚴(yán)重問題,直接影響閘門安全運(yùn)行。根據(jù)上級(jí)有關(guān)部門的批準(zhǔn),閘門液壓系統(tǒng)進(jìn)行全面改造,使其滿足安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、性能優(yōu)良、維修方便等要求。1全行程運(yùn)行同步誤差原液壓系統(tǒng)雙路同步采用一般的雙缸流量分配調(diào)節(jié)閥,屬開環(huán)控制,雖然對(duì)閘門的同步運(yùn)行有一定的作用,但在閘門全行程運(yùn)行過程中仍存在較大的同步誤差,有時(shí)甚至達(dá)到40cm,致使閘門的密封條刮壞,產(chǎn)生卡阻現(xiàn)象。電控系統(tǒng)技術(shù)落后,設(shè)備老化、運(yùn)行噪音大,故障頻繁。閘門啟閉需通過人工觀測(cè)閘門位置并結(jié)合控制按鈕進(jìn)行操作,無法實(shí)現(xiàn)現(xiàn)地程控控制和遠(yuǎn)程集中控制。2電氣應(yīng)急操作采用閉環(huán)同步控制,使閘門左右不同步值小于30mm;閘門懸掛狀態(tài)48h沉降量小于30mm;系統(tǒng)能根據(jù)調(diào)度指令通過現(xiàn)地和遠(yuǎn)方對(duì)閘門啟閉進(jìn)行單孔或成組的自動(dòng)監(jiān)控;在PLC、比例閥及閘位儀故障時(shí)能通過電氣應(yīng)急回路實(shí)現(xiàn)對(duì)閘門的應(yīng)急操作;系統(tǒng)應(yīng)做到安全、先進(jìn)、易操作、易維護(hù)。3(1)壓力管道.電磁閥、單向閥等控制元件盡可能應(yīng)用螺紋插裝閥,該閥工作可靠、運(yùn)行平穩(wěn)、流量較大、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊,可減少壓力管道與接頭連接,占用空間小,減少內(nèi)泄露,檢修更換方便。(2)控制同時(shí)打開兩扇門的速度和速度應(yīng)用螺紋插裝式電液比例閥、可調(diào)節(jié)流閥和單向閥組成橋式回路,并利用閘位傳感元件組成閉環(huán)控制系統(tǒng)控制閘門雙缸同步。(3)絲繩張緊力選用FDK—IV型數(shù)字閘門開度儀。該開度儀采用雙恒力盤簧收繩裝置,鋼絲繩張緊力>55N,具有自動(dòng)排繩和斷繩制動(dòng)功能。開度儀自帶4只無源行程開關(guān),分別對(duì)應(yīng)測(cè)量范圍的4個(gè)控制點(diǎn),可分別對(duì)應(yīng)檢修位、上限位、全關(guān)位。開度儀中的編碼器為進(jìn)口原裝多圈絕對(duì)型產(chǎn)品,輸出型號(hào)為SSI接口。(4)電機(jī)和電機(jī)的選用主油泵選用VICKERS公司生產(chǎn)的手動(dòng)變量柱塞泵,電機(jī)選用ABB公司生產(chǎn)的三相電機(jī)。電機(jī)與油泵采用鋼性固定套連接,油泵出口、吸口及電機(jī)底座采用合理的減震措施,以降低液壓系統(tǒng)的機(jī)械振動(dòng)噪音。(5)控制模塊設(shè)計(jì)選用可靠性高、技術(shù)先進(jìn)、有網(wǎng)絡(luò)支持功能的SIEMENS公司S7-300系列PLC作為控制中心,控制器選用“315-2DP”CPU處理器模塊。(6)a公司的5口工業(yè)級(jí)非管網(wǎng)型冗余電網(wǎng)交換機(jī)PLC與上位及閘室之間采用光纖相連,網(wǎng)絡(luò)為工業(yè)以太網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)選用臺(tái)灣MOXA公司的5口工業(yè)級(jí)非網(wǎng)管型冗余以太網(wǎng)交換機(jī),產(chǎn)品型號(hào)為EDS-405-MM,網(wǎng)絡(luò)通訊速率10/100Mb/s。PLC與電機(jī)綜合保護(hù)器之間的連接采用西門子公司PROFIBUS-DP總線網(wǎng),網(wǎng)速速率187.5kb/s,最大速率可達(dá)1Mb/s。4泵站及控制部分以南港液壓系統(tǒng)為例說明:南港液壓啟閉系統(tǒng)設(shè)計(jì)為3個(gè)泵站分別控制15孔閘門,其中1號(hào)、3號(hào)泵站各控制4孔閘門,2號(hào)泵站控制7孔閘門。整個(gè)系統(tǒng)由閘門、油缸裝置、開度儀、液壓泵站、電控系統(tǒng)組成,閘門、油缸裝置利用原來的設(shè)備,其他部分全部更新?lián)Q代。3個(gè)泵站油箱及主供油管通過截止閥用連通管相連,以提高閘室與閘室聯(lián)網(wǎng)互為備用的靈活性。液壓啟閉機(jī)液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。5南港現(xiàn)地電氣控制系統(tǒng)北溪水閘南港現(xiàn)地電氣控制系統(tǒng)由南港166.1執(zhí)行和控制功能運(yùn)行控制功能包括現(xiàn)地手動(dòng)控制、現(xiàn)地程序控制、遠(yuǎn)方集中控制、應(yīng)急操作和跨區(qū)控制等5種形式。(1)分級(jí)運(yùn)行控制用于對(duì)閘門進(jìn)行調(diào)試、檢修或特殊需要時(shí)對(duì)任一閘門進(jìn)行任意開度的啟閉操作。在該控制方式下,無閘門分級(jí)運(yùn)行控制條件。操作人員在現(xiàn)地控制柜通過閘門轉(zhuǎn)換開關(guān)、按鈕等人機(jī)接口設(shè)備,實(shí)現(xiàn)本站任意單孔閘門任意開度的“啟、閉、?！笨刂?。(2)級(jí)控制模式下門關(guān)系開度的正常運(yùn)行用于各泵站及閘門的分區(qū)域啟閉控制。在該控制方式下,閘門啟閉控制有單孔和多孔兩種運(yùn)行控制模式。在程序控制模式運(yùn)行下,閘門遵循調(diào)度運(yùn)行工藝,嚴(yán)格按級(jí)操作,即閘門每執(zhí)行完一級(jí)開度后,等待下一級(jí)開度的命令輸入。閘門分級(jí)開度在調(diào)試時(shí)預(yù)設(shè)置為0.2m、0.4m、0.6m、1.0m、1.5m、2m、2.5m、3m。3m以上開度閘門不再分級(jí),可直接開到指定位置。圖3為南港1號(hào)泵站閘門程序控制流程。(3)啟、閉、停流程控制用于南北港40孔閘門聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行。在該控制方式下,現(xiàn)地控制站將根據(jù)雙方的通訊規(guī)約,將現(xiàn)地狀態(tài)變量表上送集控系統(tǒng),同時(shí)集控系統(tǒng)的閘門控制信息和命令下達(dá)現(xiàn)地PLC系統(tǒng),操作人員在集中控制室通過上位機(jī)監(jiān)視器、鍵盤和鼠標(biāo)等人機(jī)接口設(shè)備,實(shí)現(xiàn)南北港40孔閘門的啟、閉、停流程控制。(4)操作當(dāng)PLC出現(xiàn)故障,無法采用現(xiàn)地手動(dòng)、現(xiàn)地程控和集控方式對(duì)閘門進(jìn)行控制時(shí),操作員通過操作控制柜內(nèi)的應(yīng)急箱實(shí)現(xiàn)應(yīng)急啟閉閘門。(5)油泵—跨區(qū)控制:當(dāng)本區(qū)域電氣系統(tǒng)運(yùn)行正常,但泵站油泵——電機(jī)組故障,調(diào)度命令又要求開啟本區(qū)域閘門時(shí),通過其它區(qū)域內(nèi)的液壓泵站和電氣系統(tǒng)控制本區(qū)域閘門。6.2門的操作同時(shí)糾正功能(1)自動(dòng)中斷在現(xiàn)地程序控制和遠(yuǎn)方集中控制運(yùn)行方式中,根據(jù)預(yù)設(shè)的閘門糾偏偏差值,自動(dòng)控制啟閉糾偏閥,完成閘門同步糾偏控制。(2)手動(dòng)中斷在現(xiàn)地手動(dòng)控制方式下,通過圖形操作面板糾偏鍵人工操作,調(diào)整施加在比例閥上的電壓,完成閘門同步糾偏控制。6.3電機(jī)主回路保護(hù)系統(tǒng)保護(hù)功能包括:閘門上限位、下限位和檢修位保護(hù);電機(jī)主回路的短路和過電流保護(hù);液壓系統(tǒng)油壓、油位、油溫報(bào)警及保護(hù);必要的閉鎖保護(hù);開度偏差過大保護(hù);運(yùn)行速度超限保護(hù);通訊故障保護(hù);設(shè)備自檢保護(hù)等。6.4圖紙操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)(1)參數(shù)啟動(dòng)和參數(shù)調(diào)整功能GP和PLC通訊參數(shù)初始化;比例放大板初始給定電壓的人工設(shè)定;閘門分級(jí)開度預(yù)置值的人工設(shè)定;控制參數(shù)輸入與修改。(2)門身份驗(yàn)證功能啟門、閉門、停機(jī);手動(dòng)油缸糾偏、增速、減速;操作閉鎖保護(hù);現(xiàn)地程序控制。(3)運(yùn)行狀況監(jiān)控畫面閘門開度、兩缸行程偏差的實(shí)時(shí)數(shù)字和模擬顯示;油泵電機(jī)、電磁閥、啟門、閉門的狀態(tài)監(jiān)視;比例放大板輸入值的實(shí)時(shí)數(shù)字和比例閥反饋值的實(shí)時(shí)數(shù)字;閘門運(yùn)行速度顯示;各扇閘門運(yùn)行狀況的模擬畫面;設(shè)備運(yùn)行狀況畫面;PLC監(jiān)控畫面;開度分級(jí)值設(shè)定輸入與修改畫面;故障報(bào)警記錄畫面;其它監(jiān)視與控制畫面。(4)監(jiān)視引導(dǎo)裝置運(yùn)行錯(cuò)誤狀態(tài)的功能電機(jī)綜合保護(hù);油壓保護(hù);濾油器堵塞;油溫過高過低;油位過高過低。(5)啟動(dòng)裝置的運(yùn)行錯(cuò)誤記錄功能記錄啟閉機(jī)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)間記錄;啟閉機(jī)故障狀態(tài)時(shí)間記錄。(6)系統(tǒng)操作在線支持和診斷操作在線幫助;故障診斷幫助。(7)允許誤差功能當(dāng)控制系統(tǒng)某一功能塊發(fā)生故障或操作錯(cuò)誤時(shí),控制裝置能自動(dòng)保護(hù)。(8)網(wǎng)絡(luò)通信功能通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)各現(xiàn)地控制單元的數(shù)據(jù)共享與集中控制,達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)信息的高速實(shí)時(shí)傳輸和高速實(shí)時(shí)接收遠(yuǎn)程監(jiān)控中心下達(dá)的調(diào)度指令。(9)診斷和報(bào)告損失和系統(tǒng)保護(hù)功能對(duì)異常情況能自動(dòng)轉(zhuǎn)入相應(yīng)的事故處理程序。7plc主流程的功能模塊控制站PLC及操作面板應(yīng)用程序的編制根據(jù)系統(tǒng)功能要求及設(shè)置采用模塊化程序設(shè)計(jì),對(duì)模塊內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)、模塊接口、模塊調(diào)用條件進(jìn)行反復(fù)優(yōu)化,以保證程序可靠執(zhí)行,提高控制響應(yīng)速度。同時(shí),為提高過程數(shù)據(jù)采集的精度,采用數(shù)據(jù)合理性校核、變化梯度檢查、軟件數(shù)據(jù)濾波等抗干擾措施?，F(xiàn)地站PLC程序設(shè)計(jì)的功能模塊主要有:主流程功能模塊;輸入、輸出數(shù)據(jù)處理功能模塊;信號(hào)顯示功能模塊;開度檢測(cè)功能模塊;開度計(jì)算功能模塊;與觸摸顯示屏通訊處理功能模塊;比例閥糾偏功能模塊;輸出閥組功能模塊;自診斷功能模塊