楊依娜，趙 陽

（浙江浙能華光潭水力發(fā)電有限公司，杭州 311322）

水電站滲漏水泵控制的可靠性直接關(guān)系水電站的安全運(yùn)行，若控制失靈極易導(dǎo)致水淹廠房的嚴(yán)重事故。隨著自動化程度的提高和計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在水電站中的普遍應(yīng)用，對滲漏水泵的控制提出了更高的要求，以適應(yīng)“無人值班、少人值守”的需要。

華光潭一級站滲漏集水井系統(tǒng)由2臺滲漏排水泵及其控制系統(tǒng)組成，隨著一級電站關(guān)門運(yùn)行條件的逐步成熟，僅由繼電器控制構(gòu)成的滲漏集水井控制系統(tǒng)已無法滿足要求。原滲漏集水井控制系統(tǒng)無法和監(jiān)控上位機(jī)進(jìn)行通信，也給運(yùn)行人員的監(jiān)測工作帶來了極大的不便。

1 滲漏集水井控制系統(tǒng)功能優(yōu)化

為了滿足一級電站關(guān)門運(yùn)行的需要，基于原滲漏集水井控制系統(tǒng)存在的隱患和問題，采用了由PLC（可編程控制器）和繼電器主/備用自動切換的控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)除了通過液位傳感器輸出4～20 mA模擬量信號至PLC，通過PLC程序設(shè)計(jì)控制繼電器啟動水泵運(yùn)行這一主要控制方式外，還增加了4個浮子信號器，通過浮子的開關(guān)量信號控制繼電器輸出，作為備用啟動控制方式。通過PLC通信串口，將控制系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)時數(shù)據(jù)上傳到上位機(jī)，從而達(dá)到控制方式靈活易改、運(yùn)行穩(wěn)定可靠、維護(hù)量少等目的，真正做到對集水井的全面監(jiān)視?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。

2 控制系統(tǒng)改造方案實(shí)施

2.1 系統(tǒng)硬件配置

圖1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理

系統(tǒng)設(shè)備部分主要由2臺排水泵（一用一備）構(gòu)成，選用安徽皖南電機(jī)股份有限公司生產(chǎn)的Y2系列高壓三相異步電動機(jī)?？刂撇糠种饕蒔LC、液晶觸摸顯示器、液位傳感器、4個浮子信號器、接觸器、中間繼電器、熱繼電器、選擇開關(guān)等構(gòu)成。其中，PLC采用三菱FX1N系列，通過RS-485接口與上位機(jī)通信；液位傳感器采用投入式靜壓液位變送器，輸入信號4～20 mA，工作溫度5～55℃；上/下限位開關(guān)采用電纜浮球液位開關(guān)，當(dāng)水位越限時動作；接觸器和中間繼電器控制排水泵的啟停和切換；熱繼電器的作用是機(jī)組保護(hù)；選擇開關(guān)決定系統(tǒng)的運(yùn)行方式和狀態(tài)。

2.2 軟件編程

控制系統(tǒng)采用專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的三菱PLC作為核心控制器。通過內(nèi)部程序?qū)崿F(xiàn)原來由繼電器控制的功能，程序控制流程見圖2。采用PLC后，減少了硬件連線。PLC具有一系列的硬件和軟件抗干擾措施，抗干擾能力很強(qiáng)，極大地提高了控制的可靠性。主要實(shí)現(xiàn)功能包括：

（1）數(shù)據(jù)采集和處理。采集所有I/O點(diǎn)的模擬量（主要為集水井水位）、開關(guān)量（手動/自動控制信號、水泵運(yùn)行/停止?fàn)顟B(tài)、水泵故障信號等），記錄所有事件信息；對采集量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)表或趨勢圖生成，對事件信息進(jìn)行順序記錄處理。

（2）監(jiān)視和報(bào)警。對狀態(tài)、越限、過程和故障等進(jìn)行監(jiān)視；對越限和故障進(jìn)行判斷和報(bào)警，并及時記錄（由上位機(jī)完成）。

（3）控制和調(diào)節(jié)。實(shí)現(xiàn)排水泵正常啟停操作、排水泵事故或緊急停止操作等方面的控制，參數(shù)整定與限值修改，遠(yuǎn)方/本地、手動/自動等工作方式切換等。

（4）人機(jī)對話和擴(kuò)展接口。友好顯示（由上位機(jī)完成）狀態(tài)表、示意圖、操作流程、運(yùn)行指導(dǎo)、報(bào)警提示等畫面；PLC上預(yù)留擴(kuò)展槽，便于監(jiān)控量的增設(shè)。

（5）數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和運(yùn)行管理。對工作泵運(yùn)行次數(shù)等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析；生產(chǎn)報(bào)表的生成和數(shù)據(jù)查詢的打印（由上位機(jī)完成），使用和管理權(quán)限的登陸。

圖2 程序控制流程

系統(tǒng)編程語言采用梯形圖。編程考慮了系統(tǒng)擴(kuò)展性，采用模塊化、功能化結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.3 系統(tǒng)工作原理

滲漏排水泵的啟停由PLC采集液位變送器送出的4～20 mA模擬量信號和電纜浮球液位開關(guān)的開關(guān)量信號及其他外部信號進(jìn)行控制。

2.3.1 自動控制方式

主控制單元根據(jù)投入式液位變送器的水位測量值（模擬量）作為PLC控制輸入，用以控制水泵啟停。水位偏高時啟動主泵，過高時啟動備用泵，正常時停泵。備用控制系統(tǒng)根據(jù)液位浮球開關(guān)（開關(guān)量）控制水泵啟停，水位偏高時啟動主泵，過高時啟動備用泵。PLC根據(jù)每臺水泵啟動次數(shù)和運(yùn)行時間對主泵和備用泵進(jìn)行自動切換。

當(dāng)主控制系統(tǒng)的主要元件如PLC、投入式液位變送器等故障時，系統(tǒng)可自動切到備用控制系統(tǒng)并發(fā)信報(bào)警，保證集水井滲漏水泵正常啟動，保持水位正常。

2.3.2 手動控制方式

切換把手切至“手動”位置后，可直接啟動相應(yīng)的水泵，并能根據(jù)液位開關(guān)的狀態(tài)自動停止，也可將切換把手切至“停止”位置直接停運(yùn)水泵。

2.4 控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能

（1）滲漏排水泵控制箱采用PLC為主控制單元，通過控制柜、液位開關(guān)和投入式液位變送器實(shí)現(xiàn)自動控制?？刂乒駷槊颗_水泵分別設(shè)置了“手動”、“自動”、“啟動”3種位置狀態(tài)，操作時可通過安裝于控制柜盤面的切換開關(guān)進(jìn)行切換。

（2）帶觸摸功能的液晶顯示器能直觀地顯示水位（數(shù)值顯示），根據(jù)水位直接產(chǎn)生4個液位控制點(diǎn)，且每個液位控制點(diǎn)對應(yīng)的液位可通過設(shè)置菜單直接設(shè)定、調(diào)整。斷電后控制器的設(shè)定參數(shù)永久保留。

（3）每臺水泵的運(yùn)行狀態(tài)、故障信號和液位控制的設(shè)定值、運(yùn)行時間和次數(shù)等均可在就地控制柜上顯示。

（4）液位開關(guān)量和模擬量信號可實(shí)現(xiàn)測量值互相比較并在出現(xiàn)錯誤時報(bào)警，控制時優(yōu)先采用模擬量信號，液位開關(guān)量信號為備用。

（5）PLC根據(jù)每臺水泵啟動次數(shù)和運(yùn)行時間對主泵和備用泵進(jìn)行自動輪換，以延長水泵的使用壽命。當(dāng)主泵啟動異常時，停止該水泵的主用狀態(tài)，發(fā)出相應(yīng)的故障信號，并啟動另一臺水泵。

2.5 數(shù)據(jù)通信

為滿足電站綜合自動化的要求，該控制系統(tǒng)將集水井水位偏高、過高信號，水泵啟動運(yùn)行信號，水泵故障信號，水泵啟動運(yùn)行異常信號等輸入計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，以方便運(yùn)行值班人員在控制室上位機(jī)監(jiān)視集水井水位及水泵運(yùn)行情況。

3 結(jié)語

一級電站滲漏集水井控制系統(tǒng)經(jīng)改造并投入運(yùn)行以來，未發(fā)生過誤動、拒動。2臺水泵互為備用，可隨時方便地進(jìn)行手動和自動切換，實(shí)現(xiàn)了集中控制，為水電站科學(xué)安全運(yùn)行提供了可靠保證。

[1]蘇國民，何勇華，黃曾華.基于PLC控制的泵站自動控制系統(tǒng)的應(yīng)用[J].煤礦機(jī)電，2008（4）∶36-40.

[2]楊青杰.三菱FX系列PLC應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)指南[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.