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水电厂溢洪道控制系统中PLC和触摸屏的应用

【摘要】:PLC和触摸屏在水电厂溢洪道控制系统中的应用武汉东湖学院工学院吴红霞本文介绍了施耐德TSX PLC和触摸屏在水电厂溢洪道控制系统中的应用,详细描述了控制系统现场控制站的硬件配置、软件组成及实现功能。本文就以水口水电厂溢洪道监控系统现场控制站为例,介绍PLC和触摸屏在实际中的设计与应用。图2PLC程序结构图触摸屏监控系统软件采取模块化结构设计、可视化界面分层设计,操作时分层调用。

PLC和触摸屏在水电厂溢洪道控制系统中的应用

武汉东湖学院工学院 吴红霞

本文介绍了施耐德TSX PLC和触摸屏在水电厂溢洪道控制系统中的应用,详细描述了控制系统现场控制站的硬件配置、软件组成及实现功能。实践证明,该系统设计合理,运行稳定、可靠,满足了生产的需要。

一、引言

近年来,随着计算机技术和电子技术的不断发展,各领域的自动化程度也在不断提高。可编程控制器(PLC) 是一种专为工业环境而设计开发,以微处理器为核心,高度集成化的新型工业控制装置,它具有通用性强、可靠性高、抗干扰能力强、能适应恶劣工业环境等独特的优点,已经被广泛应用于工业生产的各个控制领域。触摸屏符合现在人机交换的习惯,显示直观,为现场监控带来了极大的方便。

溢洪道是用于泄流规划库容所不能容纳的洪水,保证坝体安全的开敞式或带有胸墙进水口的溢流泄水建筑物,是水库枢纽中的重要建筑物。本文就以水口水电厂溢洪道监控系统现场控制站为例,介绍PLC和触摸屏在实际中的设计与应用。

二、工程概况

水口水电厂是华东地区最大的水电厂,其溢洪道为河床式,布置在右岸河床。溢洪道两侧各设一个泄水底孔,其泄洪建筑物由12孔溢洪道表孔和2孔泄水底孔组成,12孔溢洪道表孔泄洪弧形闸门均由液压启闭机操作,每套液压启闭机配置1套以PLC为核心的电气控制设备。该控制系统分现场手动、现场自动、集中控制三种控制方式,通过控制柜面板上的操作旋钮实现现场手动控制;通过PLC控制设备和触摸屏实现现场自动控制;采用MB+网与防汛值班室操作终端通信,完成对12扇弧形闸门的远方监控功能,实现集中自动控制。无论处于何种控制方式下,启闭机均可全程或局部开启。

此外,溢洪道控制系统现场控制站通过Modbus Plus网络和溢洪道集控室内的电厂计算机监控系统进行数据通信,由电厂计算机监控系统完成对12扇弧形闸门的远方监测功能;利用水口发电有限公司内部以太网,将溢洪道现场运行数据远传至福州的水调中心,实现水调中心的远程监测功能。其系统结构如图1所示。

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图1 系统结构图

三、现场自动控制系统硬件组成

现场可以实现手动和自动操作。现场手动操作是通过控制柜操作面板上的旋钮或按钮电机电磁阀等设备进行控制,以达到对泄洪闸门液压启闭机的启闭控制。现场自动操作无需任何人工监测,由PLC采集监测元件数据,程序自动完成开关门操作。

12个现场站自动控制系统中的PLC均采用Schnieder公司的TSX系列产品,每个站配置相同,I/O配置为本地站加远程I/O或扩展I/O,网络通讯按MB+网络配置。

另外,每个现场站还配备有现场自动操作平台——触摸屏,触摸屏通过RS-485与PLC通讯采集数据进行显示,同时可由其发令实现控制功能,达到实时现场监控。本系统采用了法国施奈德公司的MAGILES XBT-G系列5330(10.4"彩色)TFT触摸屏,触摸屏屏幕上能实时显示系统部分重要运行数据。

四、现场自动控制系统软件组成

现场站的软件采用通用化、标准化的系统软件,以及在此系统软件支持下开发的应用软件。应用软件满足液压启闭机和各种控制工况要求,并保证系统运行的安全性和可靠性,此外,还保证和满足与远方监控系统的通讯要求。整个系统以PLC为核心,采用模块化设计,主要分以下几个模块。(www.chuimin.cn)

通讯模块:实现本系统与远方监控系统和触摸屏的通讯,传送闸门系统设备运行信息,并接收上位机和触摸屏送来的控制命令。其功能包括通讯建立和通讯纠错、通讯数据处理、通讯故障处理。

数据处理模块:实现对数据采集的分类、归纳、统计和计算等功能,对数据进行合理性、有效性检查,对不可用数据给出不可用标识,禁止系统使用;对所采集的数据进行通过操作命令复述、校核,操作闭锁条件的检查、系统硬件故障时屏蔽相应的操作功能,提供操作中断手段等,充分保证操作终端控制操作的可靠性。任何人机联系请求无效时显示出错信息,任何操作命令进行到某一步时,如不进行下一步操作(在执行之前)则自动或人工删除,这是为保证控制的安全可靠而采取的限制与保护措施。

数据采集模块:(1)开关量采集:主要通过PLC的DI模块采集接近开关状态、油位、方式选择、各种操作选钮的开关状态等信息。(2)模拟量采集:主要通过PLC的模拟量输入模块采集系统油压、系统油温。(3)数字量采集:主要通过PLC的高速计数模块采集闸门开度信息。

控制模块:PLC接收到从上位机、触摸屏或控制柜操作面板送来的外部控制命令,执行相应控制,通过对电机、电磁阀等机构的控制,完成闸门的启闭动作。

显示模块:主要包括状态指示灯、报警装置控制、触摸屏显示对象的状态送显。

输出模块:主要包括DO模块输出以及给上位机和触摸屏的送显。DO模块输出包括泵机启动、电磁阀动作、闸门关闭控制、闸门开启控制、补油、泄油、溢流阀控制、警笛报警等;给触摸屏和上位机的状态包括电磁阀状态、泵机状态以及模拟量等。

故障处理模块:(1)闸门运行故障保护:系统具有完备的闸门运行状态检测,如闸门开到位、关到位等位置检测开关,系统还配置有闸门开度仪实现行程检测,并且系统具有闸门启闭停止等操作功能。(2)液压系统故障检测:液压系统油位、油压、温度,可以在触摸屏和上位机动态显示。液压系统装有超压报警、失压报警、油温过高、油温过低、油位过高、油位过低、滤油器堵塞等检测接点,系统根据报警信号进行相应的处理(见故障分类表),达到保护目的。(3)电气部分故障检测保护:①电源检测:油泵电机主回路电压、电流显示,主回路掉电检测,控制回路进线电源检测,直流电源状态检测。②油泵电机驱动回路检测保护:启动装置状态检测,短路、过流、失压、缺相保护、过载保护等功能。③主要传感器类故障检测保护:开度仪传感器故障判断,极限开关保护等。④运行操作类保护:命令条件不满足,闸门运行超时等。⑤PLC自检故障报警:网络通讯故障,模块故障等。在故障处理模块中,程序根据以上监测状态加上所有闭锁条件,以保安全运行。

PLC程序各子模块之间关系如图2所示。

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图2 PLC程序结构图

触摸屏监控系统软件采取模块化结构设计可视化界面分层设计,操作时分层调用。在本厂现场监控系统中,通过触摸屏可设定闸门预置开度值,实现对闸门的启停控制,到达闸门预置开度后自动停止闸门;通过记忆接近开关的信号实时显示闸门主缸及副缸吊钩的相对位置;并在闸门停止时记忆并显示持门钩和空钩的位置,使得在下一次开启或关闭闸门时能正确地对闸门进行操作等。

五、结束语

该现场控制站自动控制系统以PLC和触摸屏为核心,具有高可靠性、高实时性、高逻辑处理能力的特点,并通过MB+网络实现了12道溢洪道泄洪闸门的集中自动控制和远方监测功能。该系统运行近3年来没出现大问题,整套系统设计合理、先进,运行安全、可靠,维护方便,操作简便直观,深受该厂职工好评。

参考文献

[1] 方辉钦.现代水电厂计算机监控技术与试验[M].北京:中国电力出版社,2004.

[2] 张良.水口水电厂溢洪道监控系统改造[J].福建电力与电工,2006(3).