【摘要】本文詳解桑墟水電站自動化控制系統(tǒng)升級改造的必要性和改造方案，通過改造實現(xiàn)自動控制和遠程監(jiān)控功能，進一步提升水利工程管理工作的現(xiàn)代化、精細化水平。

【關(guān)鍵詞】水電站；自動化；升級改造

1、工程概況

桑墟水電站位于江蘇省沭陽縣與東海縣交界，是利用沭新河灌溉排澇用水發(fā)電的小型水利工程，工程于1986年5月建成，2014年完成增效擴容改造，裝機總?cè)萘?25KW，共五臺SF125-20/990-W型發(fā)電機，配ZDT03-LM-100型水輪機，閘門全開設(shè)計流量為25m3/s。工程上游檢修門為鋼質(zhì)平面直升門，由液壓啟閉機現(xiàn)場控制，配清污機五臺套；下游為鋼質(zhì)平面直升門，配5噸電動螺桿啟閉機。

工程自建成以來，在防汛、抗旱、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生活供水等方面發(fā)揮了重要作用。

2、系統(tǒng)現(xiàn)狀

液壓閘門控制柜雖配置了西門子S7-200的PLC以及威綸通的觸摸屏，但目前只能進行現(xiàn)地手動操作，無法實現(xiàn)遠程自動控制與監(jiān)視；

5臺清污機、2臺皮帶輸送機和5臺發(fā)電機組均由現(xiàn)地控制柜（均未配置PLC）手動控制，無法實現(xiàn)遠程自動控制與監(jiān)視；控制柜中的重要儀表不具備通信接口，無法上傳數(shù)據(jù)。

3、系統(tǒng)改造范圍

（1）液壓閘門自動化系統(tǒng)升級改造；

（2）清污機、皮帶機自動化系統(tǒng)升級改造；

（3）發(fā)電機組自動化系統(tǒng)升級改造；

（4）桑墟水電站自動化系統(tǒng)集成。

4、改造方案

4.1 方案概述

自動化控制系統(tǒng)用于實現(xiàn)對電站液壓閘門、清污機、皮帶機、發(fā)電機組的自動化控制。其計算機監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)在中控室，實現(xiàn)包括數(shù)據(jù)采集與處理、監(jiān)視與報警、控制與調(diào)節(jié)、系統(tǒng)自診斷與恢復(fù)、數(shù)據(jù)記錄與存儲、人機接口等功能。系統(tǒng)功能由現(xiàn)地級和集控級協(xié)作完成。

4.2 數(shù)據(jù)采集與處理

（1）現(xiàn)地控制單元自動采集被控對象的各類實時數(shù)據(jù)；

（2）監(jiān)控主機接收現(xiàn)地控制單元上傳及其他系統(tǒng)發(fā)來的各類實時數(shù)據(jù)；

（3）系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)量：電氣量、非電量、開關(guān)量；

（4）處理方式：模擬量數(shù)據(jù)處理、狀態(tài)數(shù)據(jù)處理、事件順序記錄處理。

4.3 監(jiān)視與報警

（1）監(jiān)視的情況：通過監(jiān)控大屏對閘門、液壓站、清污機、發(fā)電機組等主要設(shè)備的運行工況和控制過程中狀態(tài)等進行監(jiān)視；

（2）報警的情況：在液壓站發(fā)生壓力異常，保護裝置告警、動作，閘門荷重過載、欠載，清污機、皮帶機的各類過載、報警動作，各類控制流程中失敗信息等異常情況報警；

（3）事件順序記錄：按時間順序記錄故障發(fā)生前后的相關(guān)參數(shù)和開關(guān)位置變化；

（4）報警顯示：報警時，發(fā)出聲光和顯示信息。

4.4 控制與調(diào)節(jié)

控制與調(diào)節(jié)的對象有液壓閘門單元，清污機、皮帶機單元，發(fā)電機組單元，控制方式有手動、自動和集控級控制。

4.5 系統(tǒng)自診斷與恢復(fù)

系統(tǒng)自診斷的故障信息有故障對象、故障性質(zhì)、故障時間等。硬件系統(tǒng)在失電故障恢復(fù)后，能自恢復(fù)運行；軟件系統(tǒng)在硬件及接口故障排除后，能自恢復(fù)運行。

4.6 數(shù)據(jù)記錄與存儲

監(jiān)控系統(tǒng)對采集與處理的實時數(shù)據(jù)進行記錄，并建立歷史數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)記錄與存儲應(yīng)滿足用戶對歷史數(shù)據(jù)的多種檢索方式。監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具有數(shù)據(jù)庫自動清理、備份等維護功能。

4.7 人機接口

（1）監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)提供集控級和現(xiàn)地級人機接口。集控級人機接口應(yīng)作為電站運行人員監(jiān)視、控制和調(diào)節(jié)發(fā)電機組等設(shè)備運行的主要手段，同時也應(yīng)為維護人員提供系統(tǒng)故障診斷、系統(tǒng)運行參數(shù)設(shè)定或修改、數(shù)據(jù)庫建立和維護、監(jiān)控畫面編輯和修改等管理和維護工作的接口。現(xiàn)地級人機接口應(yīng)為運行人員提供在現(xiàn)場對被控對象進行運行監(jiān)視、控制或者調(diào)節(jié)的接口，現(xiàn)地級人機接口應(yīng)具有遠程控制和現(xiàn)地控制兩種方式的切換功能。

（2）電站發(fā)電機組運行日報表、月報表、年報表，事故及故障報警、閘門等設(shè)備等操作、運行日志等記錄均可查詢和打印。監(jiān)控系統(tǒng)的各類監(jiān)控畫面、曲線、報表等均能打印。

4.8 數(shù)據(jù)通信

監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)通信包括集控級監(jiān)控主機與現(xiàn)地控制單元之間的通信，以及現(xiàn)地控制單元與其它智能測控設(shè)備之間的通信。監(jiān)控主機與現(xiàn)地控制單元之間采用高速、基于TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通信方式。與現(xiàn)地控制單元通信的智能測控設(shè)備包括閘門控制系統(tǒng)、多功能儀表等，通信接口宜采用RS485或以太網(wǎng)，通信規(guī)約應(yīng)采用常用標準規(guī)約。

5、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

（1）自動化控制系統(tǒng)分成集控級和現(xiàn)地級。集控級由監(jiān)控主機兼操作員工作站、通信管理機、以太網(wǎng)交換機等設(shè)備組成。現(xiàn)地級由各現(xiàn)地控制單元、以及各種智能測控裝置、傳感元件組成；集控級與現(xiàn)地級之間采用網(wǎng)絡(luò)方式連接；

（2）在自動化控制系統(tǒng)的設(shè)備分布較集中的場合，設(shè)置1臺核心網(wǎng)絡(luò)交換機，集控級計算機直接連接到該交換機上；各個現(xiàn)地控制單元分別連接到核心網(wǎng)絡(luò)交換機上；

（3）在中控室布置1臺通信管理機，采集5臺發(fā)電機組儀表信息，實現(xiàn)上位機遠程監(jiān)視。

5.1 現(xiàn)地控制柜的設(shè)置與系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)

（1）液壓閘門控制系統(tǒng)增加DI/DO擴展模塊、網(wǎng)絡(luò)模塊，并對控制柜進行接線改造、軟件調(diào)試，即可實現(xiàn)現(xiàn)地及遠程的自動控制；

（2）清污機、皮帶機新增1臺現(xiàn)地自動控制柜，發(fā)電機組新增1臺現(xiàn)地自動控制柜，現(xiàn)地手動控制功能仍然在原柜體上實現(xiàn)。

5.2 硬件配置概述

設(shè)置1套監(jiān)控主機兼操作員工作站；設(shè)置1套通信管理機；設(shè)置1臺工業(yè)以太網(wǎng)交換機；設(shè)置1套清污機自動控制柜；設(shè)置1套發(fā)電機組自動控制柜；更換具備通信接口的部分發(fā)電機組儀表；液壓閘門自動化系統(tǒng)升級改造，實現(xiàn)現(xiàn)地自動控制和遠程監(jiān)控功能。

5.3 軟件配置概述

監(jiān)控軟件包括計算機系統(tǒng)軟件、基本軟件、應(yīng)用軟件及工具軟件。

6、結(jié)束語

綜上所述，桑墟水電站自動化控制系統(tǒng)升級改造方案具有可行性。通過改造實現(xiàn)自動控制和遠程監(jiān)控功能，進一步提高水電站安全可靠性和運行管理科學性，極大提升水利工程管理工作的現(xiàn)代化、精細化水平，充分發(fā)揮其社會效益和經(jīng)濟效益。

參考文獻：

[1]程星順，高良澗水電站自動化改造[J].中國科技信息，2006（14）：67-67.

[2]喻榮華，花涼亭水電站自動化改造技術(shù)方案[J].安徽電氣工程職業(yè)技術(shù)學院學報，2011，16（1）：56-59.

作者簡介：

1、周松，男，1991年1月出生，江蘇沭陽人，大學本科學歷，助理工程師，目前主要從事水利工程運行管理、建設(shè)和施工管理。

2、張靜，女，1989年3月出生，江蘇淮安人，大學本科學歷，助理工程師，目前主要從事水利工程運行管理、建設(shè)和施工管理。

3、徐瑋，男，1987年2月出生，江蘇連云港人，大學本科學歷，工程師，目前主要從事水利工程運行管理、建設(shè)和施工管理。