王金東 郭莉莉 趙水汨 韓英才

（江蘇省駱運水利工程管理處，江蘇宿遷 223800）

1 工程概況

南水北調(diào)泗陽泵站（簡稱泗陽站，下同）是南水北調(diào)東線中運河輸水線上第四梯級、淮水北調(diào)第一梯級泵站。安裝3100ZLQ33-6.3型立式全調(diào)節(jié)軸流泵，配TL3000-48/10kV型立式同步電動機6臺套，總裝機容量18000 kW，單機流量為33m3/s；機組設(shè)計揚程6.3m，水泵葉輪直徑3.1m，葉輪中心高程6.75m。泵站為堤身式塊基型結(jié)構(gòu)，采用肘形進水流道，虹吸式出水流道，電動式真空破壞閥斷流。泵站可利用上游來水使機組逆轉(zhuǎn)發(fā)電。根據(jù)水泵機組流量、揚程、葉片角度調(diào)節(jié)范圍等實際情況，泗陽站水泵機組葉片調(diào)節(jié)機構(gòu)選用的型號為BYKJ-BD-4-25-TS01。

BYKJ-BD-4-25-TS01型葉片調(diào)節(jié)機構(gòu)的控制裝置采用了可編程控制器（Programmable logic Controller，以下簡稱PLC）作為核心控制單元。PLC具有可靠性高、硬件模塊組態(tài)靈活、通訊組網(wǎng)能力強等特點。人機界面采用7英寸彩色觸摸屏，可進行水泵葉片的參數(shù)設(shè)定、數(shù)值顯示、狀態(tài)顯示、增減葉角、故障報警，以實現(xiàn)自動控制功能。

本產(chǎn)品不僅具有自動化程度高、運行可靠、功能齊全等特點，而且有通訊接口，能適應(yīng)水泵葉片的各種運行工況，與其它設(shè)備相配合，能很好地滿足泵站無人值班（少人值班）的運行要求。

2 運行條件

電源：AC220V，15%，50Hz；

平均功耗：≤400VA；

運行環(huán)境溫度：≤40°C（≤海拔1000m 時），≤32.5°C（≤海拔 2500m時）；

運行環(huán)境相對濕度：≤90%。

3 功能和特點

3.1 功能

PLC可接收觸摸屏的葉角設(shè)定，使水泵葉片平穩(wěn)地變化至給定角度。

PLC可接收觸摸屏或者操作柜增減葉角命令，平穩(wěn)地增減水泵葉片角度。

當(dāng)PLC發(fā)生故障時，用戶可在現(xiàn)場手動進行水泵葉片調(diào)節(jié)，PLC屏蔽觸摸屏控制信號。

具有故障自診斷和容錯功能。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，觸摸屏?xí)@示故障信號，同時PLC發(fā)出報警信號，并保持現(xiàn)有葉片角度不變。

3.2 特點

3.2.1 高可靠性

（1）硬件配置。見表1。

表1 硬件配置

所有關(guān)鍵硬件均采用國內(nèi)外成熟技術(shù)，電氣部分硬件可靠性有保障，MTBF達30萬h以上。

硬件各模塊之間采用鼠籠彈簧壓接式連接方式，無焊接、無插接，確保連接牢固可靠。

（2）柜體結(jié)構(gòu)。采取有效防雷擊、防浪涌措施，采用金屬封閉控制柜體，有效地防止空間電磁輻射，提高裝置抗干擾能力。

控制柜的外形尺寸定為400mm×200mm×450mm。

控制柜背部下方留有電纜入口，電纜安裝完畢后采用與過線膠圈密封。

控制柜的柜體和其所有部件均按照IEC-439的標準制造和試驗。

（3）采用硬件/軟件濾波、合理的柜體配線等多種技術(shù)措施，有效提高裝置的電磁兼容能力。

（4）可靠的質(zhì)量保證體系。自1998年取得ISO9001質(zhì)量體系認證以來，由專人監(jiān)督嚴格遵照執(zhí)行，并定期接受審核員檢查，確保產(chǎn)品質(zhì)量。

3.2.2 易操作性

由于觸摸屏的采用及全中文觸摸屏的引入，取消了傳統(tǒng)產(chǎn)品中數(shù)碼管顯示、鍵盤、模擬表計等人機對話工具，使得各種運行操作異常簡單，只要了解泵站的運行規(guī)程，即可在中文引導(dǎo)下完成對裝置的各種控制操作。觸摸屏顯示的操作畫面可用于完成給定角度設(shè)定操作、增減葉角操作、系統(tǒng)時間設(shè)定操作。同時，顯示實際葉片角度和各種工作狀態(tài)。其畫面如圖1。

3.2.3 安全保護性

由于控制裝置具有完善的容錯及故障處理系統(tǒng)，當(dāng)控制裝置發(fā)生非致命性故障時，裝置仍可“容錯”運行。通過裝置的故障保持功能或改變運行方式，在故障處理系統(tǒng)的指導(dǎo)下，維護人員可不停機進行故障處理，提高裝置的利用率。

當(dāng)有故障發(fā)生時，圖標故障信息中的“故障”兩字會不停閃爍，點擊圖標故障信息即可進入故障信息畫面查詢當(dāng)前故障。該畫面用于在線顯示故障以幫助操作人員查找錯誤，并可記錄故障發(fā)生時間、確認時間及復(fù)歸時間。故障發(fā)生時故障信息為紅色，當(dāng)故障消失時，變?yōu)榫G色。其畫面如圖2。

控制裝置還設(shè)有故障報警功能，當(dāng)發(fā)生下列情況時，PLC發(fā)報警信號：①PLC內(nèi)部診斷錯誤；②葉片調(diào)節(jié)器失靈；③葉片開向限位動作；④葉片關(guān)向限位動作；⑤葉片信號反饋故障。

圖1 觸摸屏操作畫面截圖

圖2 觸摸屏操作畫面故障信息截圖

3.2.4 易維護性

控制裝置中無易損件，只要嚴格按照說明書的要求進行操作并滿足裝置對運行環(huán)境的要求，電氣部分控制柜是免維護的。

3.2.5 具有可擴展性

由于PLC的硬件采用功能模塊化結(jié)構(gòu)，如若干年后，對調(diào)節(jié)器進行功能擴展，只需增加必要的功能模塊，并升級相應(yīng)的軟件即可，無需更換原來的硬件部分，不會造成重復(fù)投資或前期投資浪費。

4 工作原理

4.1 硬件工作原理

PLC調(diào)節(jié)器硬件主要由可編程控制主模塊、模擬量輸入模塊、信號處理模塊及觸摸屏等組成，其中，PLC的基本單元主要負責(zé)調(diào)節(jié)程序的執(zhí)行、各參數(shù)的計算，其結(jié)果通過高速脈沖信號控制水泵葉片調(diào)節(jié)機構(gòu)。

PLC上電以后，主模塊首先對模塊進行監(jiān)測，如有故障，點亮主模塊故障燈，不執(zhí)行用戶程序。如各模塊工作正常，循環(huán)執(zhí)行用戶程序。工作流程如圖3所示。

圖3 CPU工作流程圖

4.2 水泵葉片的控制說明

調(diào)節(jié)裝置的控制方式分手動控制和自動控制，可通過操作柜上的“手/自動切換旋鈕”進行切換。

（1）自動控制

水泵葉片調(diào)節(jié)裝置在自動運行狀態(tài)下，手/自動切換旋鈕在自動位置，控制柜根據(jù)觸摸屏上的葉角給定、增葉角、減葉角，或者根據(jù)操作柜上的增/減葉角旋鈕指令發(fā)出增葉片角度或減葉片角度的信號。

（2）手動控制

水泵葉片調(diào)節(jié)裝置在自動運行狀態(tài)下，手/自動切換旋鈕在手動位置。通過操作水泵葉片調(diào)節(jié)機構(gòu)上的操作手輪帶動步進電機動作，來調(diào)整葉片角度。

5 結(jié)語

泗陽站選用PLC葉片調(diào)節(jié)裝置控制，在機組抽水、發(fā)電運行過程中，進行葉片角度的調(diào)節(jié)操作，系統(tǒng)運行平穩(wěn)，效果良好，達到預(yù)期的目的。本控制裝置是設(shè)計理念先進的葉片調(diào)節(jié)機構(gòu)，可供同類泵站在設(shè)計或改造時采用。