【doc】PROFIBUS在五强溪水电站大坝溢洪闸门集中控制工程中的应用

【doc】PROFIBUS在五强溪水电站大坝溢洪闸门集中控制 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 中的应用 PROFIBUS在五强溪水电站大坝溢洪闸门 集中控制工程中的应用 lI,外机l体化技术 PROFIBUS在五强溪水电站大坝 (一)前言 五强溪水电站位于湖南省沅水中游,距省会长沙 市310公里,是国内大型水电站之一,总装机容量120 万千瓦.沅水是长江的一大支流,全长1050公里.流域 面积90万平方公里,全年雨量丰富,年平均流量为 2040m3/s,年水量高达643亿.由于水库库容有限, 只有42亿,这就决定了五强溪水库只是季调节水 库,大坝溢洪闸门启闭频繁,这样对大坝溢洪闸门的集 中控制就提出了较高的控制要求. 五强溪水电站大坝为钢筋混凝土实体重力坝, 坝顶高程为117.5m,最大坝高为87.5m,坝顶总长 度为724.4m.溢流坝总长249.75m,设有9个开敞 式溢流表孔,1个中孔和5个底孔.表孔弧门尺寸为 19×23.3m,中孔孔口尺寸为9×13m(wxh),底板 高程为67m,溢洪坝后为消力池,池长120m,采用宽 尾墩加底孔新型联合消能 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ,在设计水位时总泄 洪流量达到45.278m/s. 五强溪水电站表孔弧门的开口尺寸在国内是最 大的,世界上也为数不多.弧门采用双缸液压同步提 升,油缸外径tI~610mm,活塞直径aP500mm,工作油压 280bar,活塞杆长11.2m(直径~x240mm).双缸同步提 升时偏错值不允许超过0.1%(11.2ram),这样的单门 控制要求也是非常高的. (二)太坝溢洪闸门的控制要求 五强溪水电站大坝溢洪闸门控制由单元控制 和集中控制二级组成.单元控制的功能解决9个表 孔弧门,1个中孔和5个底孔的本地控制,有独立的 本地控制室本地控制室有液压系统和电气系统两 大部分组成.液压系统由液压柱塞泵,油箱,控制阀 块,开关阀,溢流阙,比例阀,平衡阀和高压管道等 组成.电气控{6j包括PLC控制装置,传感器,执行元 件(例如,比例阙控{6j板),电气柜等组成.单元控制 保证单个溢洪闸门能稳定可靠地启闭,同步误差和 各项技术指标要达到设计要求. 但是大坝溢洪还有一些特殊要求,例如,大坝 设计溢洪蛸能方式为表孔和底孔组合消能,因此, 溢洪时必须表孔和底孔同时开启,而且为了减少消 力池中的磨盘效应,各表孔必须左右对称开启.此 外,溢洪闸门的开启,泄洪量的确定,开启几扇闸 门.各闸门开启高度的确定,必须建立一个控制模 型,根据当前水库的水位,上游的入库流量和电站 发电容量以及中期水情预报,通过模型进行计算, 找出最优化的灌洪方案,并予以l窭施. 国 集中控制就 是用来解决这些 更高的要求. 五强溪水电 站大坝坝顶的集 中控制室.安装 有大型操作台和 上位PLC用来 集中控制9个表 孔,1个中孔和5 个底孔的操作. 此外,在大坝左 佣水工楼,设有 上位计算机,进 行溢洪方案的决 策计算,并通过CRT上的监控画面了解各闸门的启 闭和工作情况.在大坝右佣坝后发电厂房的中央控 制室中配置有操作画板,便于发电厂操作人员了解 各溢洪闸门的情况. (三)大坝溢洪闸门集中控制选用PROFIBus方 案及其优点 上面我们介绍了五强溪水电站大坝的9个表 孔,1个中孔和5个底孔有各自的本地控制室,坝顶有 集中控制室,水工楼和电站中央控制室有上位计算机 和操作面板.按照原设计,集控室的操作台与表孔,中 孔,底孔的本地控制室之间完全用电统连接.表孔本地 控制室分布在坝顶1号门与9号门之间相距250m,中 底孔控制室在坝后第二层平台,因此与集控室相距更 远.表孔弧门控制用眦有104个I/O点,9孔弧门共 900多根电缆芯线,加上中,底孔大约有30公里的电 缆总长,几十根电统要敷设至集控室.电缆多就会影响 到系统的可靠性,相互间的干扰也会大.根据溢洪控制 要求,除了坝顶集控室外,还要在水工楼和电站中控室 进行监控,在原设计中更难实现. 在我所承担五强溪水电站大坝溢洪闸门集中 控制工程后,决定修改原设计,采用PR0FIBus过程 场地总线通信的新方案.新方案有以下一些优点: (1)用PROFIBUS通信电统代替常规电统,大大 减少了电统的敷设量(通讯电统总长不到21un).既节 省了费用,又增加了可靠性.由于整个通信距离不是很 长,要求通信速率又不高,所以不必使用光缆.只需普 通的PROFIBUS双绞对电缆就可满足要求. (2)工程控制范围l涉及9个表孔的本地控铡站, 国内外机电—体化技术 图1走j摁溢洪闸门集中控制原理框图 中,底孔本地控制站和集控室,水工楼机房和电站中 控室.这样使用简单的点对点通信是不能满足要求 的.如果使用工业以太网(Ethernetnetwork),则底层 的表孔,中底孔本地控制的控制器要求有支承Eth. enlet的通信接口,这在一般小型控制器上是做不到 的.PROFIBus正好能兼顾到工程和投资两方面的 要求,所以在我们的工程项目中选用PROFIBUS方 案是最为合适的.- (四)五强溪水电站大坝溢洪闸门集中控制的方 案介绍 4.1大坝溢洪闸门集中控制原理框图(图1). 图1中1至9号表孔控制器采用SIEMENS公司 S}_95l卜_DP(积s5—-O95__8MD01)可编程序控制器, 中,底孔又单独用1台s5—95I卜_DP,这1O台s5— 95I卜P作为网络子站(slavestation).集控室配置有 SIEMENSs5—135U可编程控制器带CP5431FMS/ DP模块(6GK1543—1AA01)和人一机接口操 作面板MMIOP一35(6Av3535—1FA01一 OAx0),在电站中控室配置有另一台OP_-35 操作面板.在水工楼配置有美国compaq奔腾 586个人计算机带SIEMENS公司CP5412(A2) (6GK1541—2BA00)PROFIBUS通信模板. S5——95U——DP带PR0FIBUSDP接口. 在系统中只作从站(slavestation)用,它接受 CP5431的命令并对命令作出应答. CP5431FMS/DP是连接S5—135U PLC与PROFIBUS网络的通信处理器,该模 板上的FMS和DP接口能同时工作,它同时支持 FMS通信协议和DP通信协议,在我们的工程项目 中主要用于和S5—95U—DP通讯. M?0P35操作面板主要用来显示状态和故障 信息以及过程变量:过程变量可以用各种形式,例如 输出场,信号条,曲线或状态指示表示.操作面板还 可用菜单驱动方式,进行过程控制和监视,例如,通 过输入,操作者能使用软件键,功能键以及系统键, 操作设定点以及控制执行元件.0P35带有SINEC L卜DP端口可直接连接到PROFIBUS. 通信处理器5412(A2)用来连接PC到 PROFIBUS,在我们的工程应用中是在Windows95 操作系统下,支持FMS和DP通信协议,两个软件接 口能同时工作,最大传输率为12Mbit/s,且可通过 软件来组态. 4.2表孔弧门单元控制器工作原理 圈 Gui(DvVB GuMe8enI lP262VlCKERSC~lnder厂 (Rg3)P1Propo~onal D1Il,15Valve lxd L主+2. DvV5I Al2lP262DW17+1 (Rgll0, ,DW1B兰-1- 2__JDW6KF一3OO 一Control W'6lP262VlCKERSCylinder Dv(Rg2lP2Propo~onal 一VaMeCon Cin( 图2表孔孤门双缸同步控制原理框图 表孔弧门单元控制器由S5—95u—DPPLc, IP262智能控制模板和开关量I/0模板组成.图2 表示了使用IP262控制VICK职S比例阀,实现双缸 同步提升的原理框图. 图2上的IP262是由S5—95u—DP控制的智 能闭环控制模板,内部配置有三个调节器(Rgl,Rg2 和Rg3).其中Rg1为Pl调节器.A11和AI2是来自 导缸开度仪和控制缸开度仪的模拟量输入信号(4— 20mA).Xd表示开度仪同步偏错(百分值表示Xd= +2表示0.2%),DW17表示Rg1的Pl输出.R和 R为P调节器,DW7和DW8表示控制缸和导缸 的基本给定值,DW16和DW15表示控制缸和导缸 的偏错纠正量.该纠正量根据偏错Xd的大小,取不 同的力度,Xd=+2时,纠正量为6o%.Xd=+1 时,纠正量为40%,xd=0时,纠正量取Rgl的Pl输 出DWl7(范围为?2O%),此外,在开门和关门时, 偏错纠正的符号要倒一墩报. 4.3应用PROF1BuS发送和接收数据举例 在大坝弧门单元控制器程序中,为了实现监控, 我们特设计了专用数据块DB5,它包含有21个数据 字,定义如下: DW0一导缸开度值(物理量) DW1一控制缸开度值(物理量) DW2一导缸开度值(%) DW3一控制缸开度值(%) DW4一偏错(DW4=DW2一DW3,%表示) DW5一纠偏校正量 DW6一纠偏校正量(DW6=一DW5) DW7一控制缸给定值 DW8一导缸给定值 DW9一DW9=DW13+12mm DW10一同DW0 DW11一同DW1 DW12一开门位置设定 国内外机电—体化技木 Dw13一关门位置设定 DW14一无定义 DW15一导缸纠偏校正量 DW16一控制缸纠偏校正量 DW17一IP262Rgl比例积分输出 DW18一IP262C1校正量 DW19一无定义 DW20一同DW4 在上述数据块中,我们可以通过集控室的OP__ 35操作面板将DW7,DW8,DW12,DW13,DW18等 参数经PROFIBUS传到各单元控制器,也可以发出 命令读取DW0,DW1,DW15,DW16,DW17等参数, 了解各弧门同步提升或关闭的状态. (五)坝顶集中控制室的操作 在坝顶集中控制室中配置有操作台和控制柜, 控制柜上有O1735操作面板.操作台是HUNGER公 司的产品,保留了其原设计功能.另外两台控制柜 为北京机械工业自动化研究所设计制造,一台装有 SIEMENS公司$5--135U可编程序控制器和OP35 操作面板,用来监控表孔和中,底孔弧门的运行,另 一 台控制柜内装有SIEMENS公司S5—95u可编程 序控制器,用于中,底孔弧门的操作.集控室控制的 优点是同时能控制9个表孔弧门任何组合方式的启 闭,这样可避免对消力池造成不良影响.而且,集控 室操作台也能对5个底孔和中孔弧门进行集中控 制. 在集中控制室还可通过控制柜上的操作面板进 行控制.操作面板上可以通过功能键,软件键和系统 键来进行设定,菜单选择和操作. 表孔,中孔,底孔弧门有各自画面监控,通过功 能键可快速切换. 表孔弧门控制画面 至9#表孔弧门的画面,各软件键是这样 对于1# 定义的: FI--1号油泵启动键 n一1号油泵停止键 F5—2号油泵启动键 F7—2号油泵停止键 F9—3号油泵启动键 Fll一3号油泵停止键 图3 圉 F2一控制电源通按键 F4--控制电源断按键 F6---开门按键 F8一门停按键 F10---关门按键 F12一报警确认按键 F13一集中控制允许按键 F14--集中控制禁止按键 F15 F16---开度设定按键 F17_一油缸设定按键 F18一返回按键 F19---上一页翻转按键 F2o_一下一页翻转按键 功能键K1至K9分别快速选择1#至9#表孔弧 门的操作画面.K10至K15分别快速选择中孔和底 孔1#至5#弧门的操作画面K16直接返回启动画 面.Kx键为快捷键,在任何画面中均可快速切换画 面,而F18,F19,F20只能在相关联画面间切换,不 国 如Kx键快捷,但Kx键只能定义16种,其它不常用 的画面只能用F18,F19,F20切换. '在每一幅表孔弧门操作画面上,我们可以使用 F1至F12的软件键进行相应的操作.在操作之后, 画面上对应的按键会改变颜色,例如绿色表示通,红 色表示断. 画面右下角空白区域为报警区,当弧门出现故 障时,会弹出相应文本报警信息,与操作台上指示灯 相对应. 在表孔弧门操作画面上有三组参数可以设定,即 开门设定,关门设定和C1,移动黑色光标至所需设 定的参数行,然后用操作面板上的系统数字键选择数 据,最后按ENTER键确认,就能完成参数的设定和修 ,关门设定既可设定弧门开度,也可设定 改.开门设定 油缸行程,F16和F17键可进行切换,在油缸行程数值 下有文本提示.油缸和开度设定值自动进行转换. 在每一画面上都有宴时时间显示,方便集控室 操作员进行记录. 在操作画面上还有导缸行程,控缸行程和行程 国内外机电—体化投术 偏差等指示及弧门开度的动态画面,可随时监视启 门或闭门的动态变化过程.特别应该提出的是在启 门和闭门过程中,可以随时改C1的值为纠正弧门 两边的门缝.例如,在控缸侧出现门缝,只要加大C1 的值就可纠正门缝,反之,在导缸侧出现门缝要减少 c1的值来纠正,c1既可设正值,也可设负值.纠正 门缝一定要在启门和闭门运动过程中才能实现,静 止时改变c1,只影响偏差值而门缝是不会动的.在 使用绝对式编码器作开度传感器时,由于其分辨率 是12ram,所以只有在C1改变值超过6mm时才能 对门缝纠正产生影响.利用cl来改变门缝,保证弧 门的平衡提升和下降,这是本设计的一大特点,在原 设计中也无此功能. 中,底孔弧门控制画面 对于中孔和底孔控制画面,各键定义为: 上位控制电源通按键 F2-- F4--上位控制电源断按键 F一开门按键 F8一门停按键 F1o_一关门按键 F13---集中控制允许按键 F14--集中控制禁止按键 F18-一返回按键 Fl9.一上一页翻转按键 F2o_一下一页翻转按键 中,底孔控制画面中设计了弧门操作的各种状 态和报警图标,并有与操作台上按钮和指示灯相对 应的文本注释,便于操作员操作. 电厂中央控恻童OP35的操作 电厂中央控制室安装有一块OP35操作面板, 具有与坝顶集控室相同的监控画面,但操作功能均 设有密码保护,只有掌握密码的人员才能进行操作, 弧门的启闭状态可实时观察,不需密码. 水工楼PC机的操作 水工楼PC机通过PROFIBUS现场总线与集控 室135U通信,实时采集各表孔弧门的操作状态,在 各自的画面上显示弧门的信息,并建立数据库,记录 历史记录,打印报表.PC机启动立即进入监控画面, 通过鼠标单击相应图标和菜单即可完成画面切换, 查询历史记录,打印报表等功能. 在弧门运行时,PC机必须开启,保证PROFIBUS 网络通信畅通,否则将不能得到弧门的操作情况. PC机冉嚣有sIEl伍Ns公司c卜{412i匝倍板,硬盘 上安装有三种SIEMENS授权软件,鼠能在本机使用. (六)九八年特大洪水期间溢洪闸门控恻对确保 常德市和洞庭湖地区安全渡汛起了关t作用 在1998年湖南省的特大洪水期间,五强溪电站 大坝的溢洪闸门经受了考验,发挥了非常突出的作 用.从3月份春汛至10月份,弧门启闭了上千次,均 能做到安全可靠,现场操作简便,直观,集中控制室 能全面监视工作情况,出现故障时能及时报警,提示 工作人员处理. .由于大坝溢洪闸门控制完善,使得水库高度能做 到得心应手.在水情预报沅水流域可能会出现特大洪 水时,"五强溪水库"提前放水.在汛期到来之前,一直 保持在9l米左右的低库水位,腾出足够的防洪库容. 在7月20日至22日的特大降雨过程中,上游入库流 量高达3万5千立方米每秒,而出库流量一直控制在6 千立方米每秒,水库拦蓄了l3亿立方米的洪水,水库 水位升高到108米.而下游的沅水大堤和常德市安然 无恙.与邻近的澧水相比,由于澧水没有大型的调节水 库,在洪水袭击下,部分溃堤,遭受重大灾情.五强溪水 库的这次蓄洪和错开洪峰作用,不仅保住了常德市,而 且减轻了岳阳市和城陵矶至武汉段的长江大堤的防洪 压力.试设想在长江洪峰期间,如果沅水的13亿立方 米洪水同时下泄,不仅常德市将保不住,就连岳阳,武 汉,九江等沿江大城市,也难保平安.这再一次 证明 住所证明下载场所使用证明下载诊断证明下载住所证明下载爱问住所证明下载爱问 了 五强溪水库在遏制洪峰,调节流量方面起了非常关键 的作用,而大坝溢洪闸门的正常工作,又是保证水库能 起调节作用的关键. (七)PROFIBUS在水电站太坝溢洪?门爰船闸 控恻的展望 本文介绍PROFIBUS在五强溪水电站大坝溢洪 闸门集中控制工程中的应用,是一种很典型的实 例.在国内新建水电站和老电站的技术改造中,提供 了一种非常理想的解决方案,在今后一定会得到更 多的推广应用.除此之外,很多水电站都有通航船 闸,尤其是多级船闸,闸首和闸尾有比较长的距离, 无论是人字门或平板门也都应用液压启闭机启闭, 而且开启要比溢洪闸门频繁得多,差不多每天都有 许多船队要经过船闸,优化调度能将通行时间减到 最小,用PRoFIBus进行通信和控制是最为理想的 方案,今后一定会有广阔的应用前景.口 田