福建省九龙江北溪水闸水闸封闭系统的改造

福建省九龙江北溪水闸水闸封闭系统的改造

福建省九龙江北溪引水工程位于漳州市，建于80年代。其任务主要是拦河蓄水,引水至漳州、龙海和厦门等地,以农田灌溉为主,兼顾城乡供水、下游地区防洪以及航运等。南北港2座水闸是北溪引水工程的重要组成部分。其中南港闸全长200m,分15孔,北港闸全长293m,分25孔。闸孔净宽10m,平板钢闸门,采用直升式双吊点液压启闭机。启闭机柱塞杆直径180mm,最大行程10.5m。两座水闸各由3个闸站分控。由于工程已运行20多年,使用期已接近或超过折旧年限,闸门液压系统存在设备老化、泄油漏油、闸门启闭不同步等严重问题,直接影响闸门安全运行。根据上级有关部门的批准,闸门液压系统进行全面改造,使其满足安全可靠、经济合理、性能优良、维修方便等要求。1全行程运行同步误差原液压系统双路同步采用一般的双缸流量分配调节阀,属开环控制,虽然对闸门的同步运行有一定的作用,但在闸门全行程运行过程中仍存在较大的同步误差,有时甚至达到40cm,致使闸门的密封条刮坏,产生卡阻现象。电控系统技术落后,设备老化、运行噪音大,故障频繁。闸门启闭需通过人工观测闸门位置并结合控制按钮进行操作,无法实现现地程控控制和远程集中控制。2电气应急操作采用闭环同步控制,使闸门左右不同步值小于30mm;闸门悬挂状态48h沉降量小于30mm;系统能根据调度指令通过现地和远方对闸门启闭进行单孔或成组的自动监控;在PLC、比例阀及闸位仪故障时能通过电气应急回路实现对闸门的应急操作;系统应做到安全、先进、易操作、易维护。3(1)压力管道.电磁阀、单向阀等控制元件尽可能应用螺纹插装阀,该阀工作可靠、运行平稳、流量较大、体积小、结构紧凑,可减少压力管道与接头连接,占用空间小,减少内泄露,检修更换方便。(2)控制同时打开两扇门的速度和速度应用螺纹插装式电液比例阀、可调节流阀和单向阀组成桥式回路,并利用闸位传感元件组成闭环控制系统控制闸门双缸同步。(3)丝绳张紧力选用FDK—IV型数字闸门开度仪。该开度仪采用双恒力盘簧收绳装置,钢丝绳张紧力>55N,具有自动排绳和断绳制动功能。开度仪自带4只无源行程开关,分别对应测量范围的4个控制点,可分别对应检修位、上限位、全关位。开度仪中的编码器为进口原装多圈绝对型产品,输出型号为SSI接口。(4)电机和电机的选用主油泵选用VICKERS公司生产的手动变量柱塞泵,电机选用ABB公司生产的三相电机。电机与油泵采用钢性固定套连接,油泵出口、吸口及电机底座采用合理的减震措施,以降低液压系统的机械振动噪音。(5)控制模块设计选用可靠性高、技术先进、有网络支持功能的SIEMENS公司S7-300系列PLC作为控制中心,控制器选用“315-2DP”CPU处理器模块。(6)a公司的5口工业级非管网型冗余电网交换机PLC与上位及闸室之间采用光纤相连,网络为工业以太网。网络交换机选用台湾MOXA公司的5口工业级非网管型冗余以太网交换机,产品型号为EDS-405-MM,网络通讯速率10/100Mb/s。PLC与电机综合保护器之间的连接采用西门子公司PROFIBUS-DP总线网,网速速率187.5kb/s,最大速率可达1Mb/s。4泵站及控制部分以南港液压系统为例说明:南港液压启闭系统设计为3个泵站分别控制15孔闸门,其中1号、3号泵站各控制4孔闸门,2号泵站控制7孔闸门。整个系统由闸门、油缸装置、开度仪、液压泵站、电控系统组成,闸门、油缸装置利用原来的设备,其他部分全部更新换代。3个泵站油箱及主供油管通过截止阀用连通管相连,以提高闸室与闸室联网互为备用的灵活性。液压启闭机液压系统结构见图1。5南港现地电气控制系统北溪水闸南港现地电气控制系统由南港166.1执行和控制功能运行控制功能包括现地手动控制、现地程序控制、远方集中控制、应急操作和跨区控制等5种形式。(1)分级运行控制用于对闸门进行调试、检修或特殊需要时对任一闸门进行任意开度的启闭操作。在该控制方式下,无闸门分级运行控制条件。操作人员在现地控制柜通过闸门转换开关、按钮等人机接口设备,实现本站任意单孔闸门任意开度的“启、闭、停”控制。(2)级控制模式下门关系开度的正常运行用于各泵站及闸门的分区域启闭控制。在该控制方式下,闸门启闭控制有单孔和多孔两种运行控制模式。在程序控制模式运行下,闸门遵循调度运行工艺,严格按级操作,即闸门每执行完一级开度后,等待下一级开度的命令输入。闸门分级开度在调试时预设置为0.2m、0.4m、0.6m、1.0m、1.5m、2m、2.5m、3m。3m以上开度闸门不再分级,可直接开到指定位置。图3为南港1号泵站闸门程序控制流程。(3)启、闭、停流程控制用于南北港40孔闸门联合调度运行。在该控制方式下,现地控制站将根据双方的通讯规约,将现地状态变量表上送集控系统,同时集控系统的闸门控制信息和命令下达现地PLC系统,操作人员在集中控制室通过上位机监视器、键盘和鼠标等人机接口设备,实现南北港40孔闸门的启、闭、停流程控制。(4)操作当PLC出现故障,无法采用现地手动、现地程控和集控方式对闸门进行控制时,操作员通过操作控制柜内的应急箱实现应急启闭闸门。(5)油泵—跨区控制:当本区域电气系统运行正常,但泵站油泵——电机组故障,调度命令又要求开启本区域闸门时,通过其它区域内的液压泵站和电气系统控制本区域闸门。6.2门的操作同时纠正功能(1)自动中断在现地程序控制和远方集中控制运行方式中,根据预设的闸门纠偏偏差值,自动控制启闭纠偏阀,完成闸门同步纠偏控制。(2)手动中断在现地手动控制方式下,通过图形操作面板纠偏键人工操作,调整施加在比例阀上的电压,完成闸门同步纠偏控制。6.3电机主回路保护系统保护功能包括:闸门上限位、下限位和检修位保护;电机主回路的短路和过电流保护;液压系统油压、油位、油温报警及保护;必要的闭锁保护;开度偏差过大保护;运行速度超限保护;通讯故障保护;设备自检保护等。6.4图纸操作系统设计(1)参数启动和参数调整功能GP和PLC通讯参数初始化;比例放大板初始给定电压的人工设定;闸门分级开度预置值的人工设定;控制参数输入与修改。(2)门身份验证功能启门、闭门、停机;手动油缸纠偏、增速、减速;操作闭锁保护;现地程序控制。(3)运行状况监控画面闸门开度、两缸行程偏差的实时数字和模拟显示;油泵电机、电磁阀、启门、闭门的状态监视;比例放大板输入值的实时数字和比例阀反馈值的实时数字;闸门运行速度显示;各扇闸门运行状况的模拟画面;设备运行状况画面;PLC监控画面;开度分级值设定输入与修改画面;故障报警记录画面;其它监视与控制画面。(4)监视引导装置运行错误状态的功能电机综合保护;油压保护;滤油器堵塞;油温过高过低;油位过高过低。(5)启动装置的运行错误记录功能记录启闭机运行状态时间记录;启闭机故障状态时间记录。(6)系统操作在线支持和诊断操作在线帮助;故障诊断帮助。(7)允许误差功能当控制系统某一功能块发生故障或操作错误时,控制装置能自动保护。(8)网络通信功能通过网络实现各现地控制单元的数据共享与集中控制,达到现场信息的高速实时传输和高速实时接收远程监控中心下达的调度指令。(9)诊断和报告损失和系统保护功能对异常情况能自动转入相应的事故处理程序。7plc主流程的功能模块控制站PLC及操作面板应用程序的编制根据系统功能要求及设置采用模块化程序设计,对模块内部功能结构、模块接口、模块调用条件进行反复优化,以保证程序可靠执行,提高控制响应速度。同时,为提高过程数据采集的精度,采用数据合理性校核、变化梯度检查、软件数据滤波等抗干扰措施。现地站PLC程序设计的功能模块主要有:主流程功能模块;输入、输出数据处理功能模块;信号显示功能模块;开度检测功能模块;开度计算功能模块;与触摸显示屏通讯处理功能模块;比例阀纠偏功能模块;输出阀组功能模块;自诊断功能模块