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1、2 0 万安船闸集中控制系统改造构想国电万安水力发电厂 曾志彬1 、概况万安船f 莉概况万安船闸是万安水电站的一部分，是千里赣江第一闸。万安船闸设计最大通航水头为3 2 5 米，上游最高通航水位为1 0 0 米，最低通航水位为8 5 米，下游最高通航水位为7 5 6 米，最低通航水位为6 7 5 米，最低通航水位时门槛水深为2 5 米，闸室有效尺寸为1 7 5 米1 4 米( 长宽) ，通航等级为2 5 0 0 吨级。2 万安船闸集中控制系统概况万安船闸集控装置采用了以计算机P c 可编程控制器P L C 为主控设备的计算机监控系统； 是1 9 9 3 年安装使用的，其上位机采用I N T E
2、 L 3 8 6 专用工业控制机，下位机采用可编程控制器眦一c 2 0 0 H ；现在元器件老化，上位机硬盘损坏，软件丢失，不能正常运行；2 、集中控制系统改造设想2 1 、控制系统功能2 1 1 、控制方式船闸运行程序控制运行方式分为：集中控制和现地控制。由可编程控制器P L C 完成，集控方式具有优先权。除P L C 程序控制船闸运行外，还设有紧急控制方式，用于在紧急情况下，控制相应闸首闸阀门的启闭控制。在整个系统紧急控制方式与集中控制及现地控制方式相比具有较高的优先级。在集中控制操作台、现地控制柜上均设有急停按钮，急停控制在整个系统中享有最高优先级。2 1 2 、集中控制方式及功能集中控
3、制是指在集中控制室实现的集控联动运行和集控单步运行。在该控制方式下子站处于集控状态，操作人员在集中控制室操作，现地控制系统通过网络通讯传接受集控指令，并根据集控指令控制闸阀门运行，现地操作控制无效( 现地紧急控制除外) 。a 集控联动运行集控联动运行是指集控P L C 通过采集、判断整个船闸的运行状态，在集控操作人员发出“进闸”“程序启动”指令后，根据联动过闸运行工艺，自动控制上下闸首闸阀门，实现连续过闸运行。在连续运行过程中，可根据运行需要，进行以下操作：暂停：联动运行进入暂停状态；继续运行：从上一次暂停断点处恢复运行；停机：在联动程序步结束前中断集控联动运行；1 1 4b 集控单步运行集控
4、单步运行是指集控操作人员可根据运行需要，单独控制上或下闸首的闸门或阀门运行。2 1 3 、现地控制方式及功能现地控制是指运行人员在上下闸首操作柜上实现左右闸阀门的手动控制运行及左右闸阀门的单侧手动运行，现地操作人员可在现地机房控制柜操作面板进行现地操作，控制本闸首闸阀门的启闭运行。现地运行方式是在现地控制状态下，操作人员可以对本闸首机房液压启闭机具体运行方式进行选择。本侧一双侧对侧：在现地运行状态下，操作人员既可以控制双侧的闸门、阀门运行，也可单独控制本侧或对侧闸门、阀门运行，操作人员可以根据实际需要选择操作对象。运行一暂停一点动：在运行方式下控制对象将连续运行到开终或关位；在点动运行方式下，
5、操作人员可以对闸阀门进行微动控制；暂停状态主要是针对液压系统，减少油泵电机的频繁启动，闸阀门停止运行而油泵电机保持运行，液压系统处于卸荷运行状态。在现地操作柜控制面板上除设置正常启闭闸阀门运行的按钮外，还设有“急停”、“强落阀”等紧急处理按钮。以确保船闸的运行安全。2 1 4 、紧急控制方式及功能该控制方式转换是指在P L C 故障或P L C 程序运行出错时，为防止造成事故或及时疏导船只出闸而设置的应急操作功能。在正常运行状态下系统由P L C 控制，当系统转换至紧急运行状态时，则切断P L c 的控制，并由紧急继电器控制回路控制闸阀门启闭。2 2 、系统控制内容及功能2 2 1 、交通信号
6、灯的控制除进闸绿灯需人工控制外，其余交通信号灯均随系统过闸运行状态，程序实施自动控制。2 2 2 、船闸运行状态监测为确保船闸的安全可靠运行，满足船闸的控制系统运行电气连锁与监测、保护环节的需要，对船闸运行信息进行全方位的检测。a 模拟量监测点：交流控制电压：交流控制电压由u P s 提供，通过电压检测传感器采集、检测U P S 进线电压。直流控制电流：系统直流控制电压由外部2 4 V 电源提供，通过电流检测传感器采集、检测直流2 4 V 电源输出电流。三相动力电压：监测各机房的三相动力电源回路的进线电压。各机房电机交流控制电压由该机房变颇器提供。系统油压信号：由液压系统提供油压信号。水位检测
7、信号：在各闸首上下游各设一支传感器。闸阀门行程：闸阀门行程信号由闸阀门液压启闭机提供。闸门错位：系统通过对闸门行程开度信息的处理，计算闸门错位数值，达到闸门保护的目的。b 开关量检测点交通信号灯：各限位开关状态：限位开关采用双备份，主要有以下限位开关：闸门开终位闸门关终位阈门开终位阀门关终位合拢及水平保护检测开关上下游闭锁信号各机房按钮操作信号控制系统动力回路断路器及控制电源断路器分合信号交流接触器工作状态电磁工作状态：通过电磁阀阀芯位移传感器检测电磁阀工作状态，信号由液压系统提供。液压系统油位信号：由液压系统提供油位信号液压系统压力报警信号：由液压系统提供信号液压系统过滤器报警信号：由液压系
8、统提供信号2 3 、系统运行安全保护2 3 1 、上下游闭锁保护在系统运行中检测到闭锁条件丢失，立即中断运行，并采取相应措施，以保证通航设施及闸室船只的安全。2 3 2 系统容错保护为保证系统安全可靠运行，增强系统运行的容错性能，实现系统运行容错分级控制上位机监控系统故障，不影响集控P L C 完成正常集控运行。集控P L C 故障或网络通讯中断，系统能够由集控运行状态自动转换至现地运行状态，实现正常现地运行操作。在违反船闸工艺流程的误操作、各种非正常工况下，保证系统的各项功能的容错性、安全性，不产生误动作。单个元器件的损坏或故障，不造成系统的误动作。常用器件及P L C 模块能够做到带电检修
9、及替换。2 , 3 3 、各种操作方式之间进行严格的互锁在集中控制室对集中程控和现场分散控制进行切换，严格禁止两种方式同时使用。当某一闸首机房进入现场紧急控制状态时，中断一切集控或现地运行，该闸首切断P L C 输出信号，进入现场紧急控制状态。2 3 4 、系统运行优先等级划分1 1 6各种操作方式之间进行严格的互锁的基础上划分相应的优先等级，具体如下：现地急停控制现场紧急控制集控急停控制集中P L C 程序运行控制现地P L C 程序运行控制2 , 3 5 、系统操作简便、灵活和安全系统操作方式之间投入、退出或转换具有简便、灵活和安全等特性：安全性：当发生急停控制、现场紧急控制时，集控及现地
10、P L C 系统自动清除原程序中所有中间指令，保证系统恢复正常运行时不出现误动作，同时系统对误操作具有识别及报警功能。安全运行管理：在系统设计中将操作人员分为三类，即：系统管理员、维修员和操作员。规定不同人员的操作权限，建立各类人员操作系统的历史档案，避免责任不明确的现象。简便性：每步操作都有相应提示。灵活性：运用索引技术和自动切换技术，使操作人员很灵活地完成操作方式之间的投入、退出或转换，以及上位机监控系统各运行界面之间的快速灵活切换。2 4 、系统运行故障的检测及保护设计2 4 1 、电机驱动回路故障检测电机驱动回路具有过流、过载、欠压及缺相等保护功能，P L C 通过对动力电源三相电压监
11、测、电机电流监测、断路器分断监测、交流接触器吸合监测、热继电器动作监测等信号，综合判断电机驱动回路有无故障、故障类别，并准确定位故障位置。2 4 2 、控制回路故障检测。交流控制电压由U P S 输出经小型断路器隔离，P L C 检测U P S 进线电压值及小型断路器分断情况，具过载、短路、过流、失压等保护、故障判断及报警功能。直流控制电压由外部2 4 V 直流稳压电源输出经小型断路器隔离，P L C 检测2 4 V 直流稳压电源输出电流值及小型断路器分断情况，具有过载、短路、过流、失压等保护、故障判断及报警功能。2 4 3 、液压系统故障检测P L C 通过实时采集液压系统上的油压传感器信号
12、，在集中控制室提供油压监测数据，并根据船闸开，关闸阀门运行时系统压力的变化规律，实现对液压启闭机系统的保护。P L C 还实时采集液压系统的电磁阀阀芯位置、油温、油位、压力报警继电器、过滤器等信号，进行故障报警、定位及应急处理，保护液压系统的安全运行。2 4 4 、上位机、P L C 及网络系统故障检测上位机、P L C 在运行过程中通过自检及相互通讯是否正常，判断各设备及网络通讯是否故障并进行相应处理，保证整个控制系统安全运行，例如：在集控运行状态下，如发现网络故障，各现地站应立即中断集控运行，并由集控状态切换至现地控制状态，保证现地操作人员顺利接管运行操作。1 1 72 4 5 、水位计故
13、障检测水位计是影响船闸安全可靠运行重要传感器之一，水平信号发布准确性将直接影响人字闸门的安全开启，保证闸门开门两侧水位差l O o m 。主要通过以下检测水位计故障及水平信号的准确性：单支水位计在水位变化时的水位读数的变化速度及稳定性；在同一水平面上各水位计读数的比较；水位计水平信号产生及发布的条件；水位计水平发讯与门头台拢开关发讯在时间上的先后顺序等；2 4 6 、开度仪及限位开关故障检测通过双限位开关发讯位置、时间差异的比较，并配合开度仪在各位置的读数，开度仪读数的变化速度及稳定性等，综合判断各限位开关及开度仪是否故障，保证开度仪读数的正确性及闸、阀门的到位准确停机。2 4 7 、上下游闭
14、锁信号故障检测在充泄水过程中，一旦发生闭锁信号丢失故障，系统不能继续执行操作或系统自动采取紧急关阀措施。2 , 4 8 、合拢未蓟及闸门错位超限故障检测在充泄水过程中，系统自动在充泄水延时一定时间后检测另一侧闸门是否合拢，以及合拢时左右闸门错位是否超过3 厘米；当发现合拢未到或闸门错位越限时，充泄水阀门将自动转关阀处理。2 4 9 、其它故障检测闸阀门启闭超时、闸阀门启闭超行程等故障检测。2 5 、系统运行故障分类、报警及故障紧急处理在系统运行时，P L C 完成对各种传感器信息的实时检测及处理，判断系统有无故障。若有故障，则区分故障等级。根据不同的故障等级与种类除在现地和集控室实现不同频率的
15、声光报警外，将故障信息传递给上位机及现地彩色图形操作面板，傲到在上位机显示出故障类型、名称、地点等详细的故障信息。上位机还完成故障信息的实时存储工作，为数据库管理系统建立故障信息档案。2 6 、动态显示船闸运行状况在集中控制室的上位机显示器和现地控制操作柜上都有船闸运行状况的动态显示。将系统运行及控制方式、各闸首闸阀门位置情况、闸阀门动作情况、水位数据、通航信号、程序运行对上下行指示及程序步、故障报警、系统配电管理信息等内容实时措示出来，使操作人员一目了然。2 , 7 、船闸运行信息管理监控系统实时采集系统运行数据存储并自动加载并生成数据转换文件，运行上位机管理数据库，系统将自动把数据转换文件
16、导人列信息管理数据库中，用户对数据库中的各类信息进行查询、统计和各类综合报表的生成、输出、打印等工作，并提供长期趋势分析及分析记录。2 9 、水位信息采集与处理水位信号参与闸门运行控制，必须准确、可靠，尤其绝对不允许误开闸门。主要用途如下：1 1 8水位( 海拔高度) 显示水平信号反向水头控制开闸预告水位检测a 水位计故障及读数误差检测通过水位计自身信号是否正常检验、及相邻水位计信号之间的比较检验，对水位计进行故障及读数误差检测处理。b 水位计投入、切除当检测到某一支水位计出现故障时，系统将自动切除该水位计，同时也可以根据各水位计的运行情况，人工手动切除相应的水位计；在水位显示恢复正常后，需人工投入。c 水位计校正水位计的校正有自动校正和手动校正两种方法。2 1 0 、自动广播本系统具有人工广播、自动广播功能，船闸运行过程进行自动广播，内容包括开关闸预告、泄水、充水过程、进出闸通知、广播政府通告、航运条例等，并自动插播过闸须知等信息。2 1 1 、紧急控制功能在P
