PLC在坝用排水泵控制中的应用.pdf

小水电 2 0 1 3 年第 2 期 总第 1 7 0 期 计算机应用 P L C在坝用排水泵控制中的应用 郑文栋 周公宅水库管理局 浙江宁波3 1 5 1 6 1 【 摘要】选用西门子 s 7 2 0 0型 P L C对浙江省宁波市周公宅水库的水泵进行 自动控制，实现了水位远程监测、自动启 停、三泵轮换和故障报警等功能，提高了坝体 E L 1 5 0廊道以下大坝安全检测仪器运行的安全性。图2幅，表 1 个。 【 关键词】水库排水泵P L C 控制 1 工程概况 周公宅水库是浙江省宁波市新世纪重点工程 ， 距宁波市区约5 1 k m。 水库集雨面积 1 3 2 k m 2 ， 主流长 3 0 ． 6 3 k m， 总库容 1 ． 1 2亿 m 3 ；水库电站装机容量 2 6 ． 3 M W， 是 1 座具有供水 、防洪结合发电等综合 利用的大 2 型水利枢纽工程。水库每 日向宁波 市提供优质水 3 0 万 m 3 ，使下游鄞江流域防洪标准 提高到了 2 0年一遇 。水库挡水建筑物为混凝 土双 曲拱坝 ，按 5 0 0年一遇洪水设计 、2 0 0 0 年一遇 洪 水校 核 ，坝型 为抛物线变厚双 曲拱坝 ，坝顶 高程 2 4 0 ． 0 0 m， 最大坝高1 2 5 ． 5 13 3 ， 坝顶长4 4 6 ． 7 7 m， 坝顶 宽7 ． 0 0 m； 坝体共设左岸 、右岸 观察通道及 5层廊 道。坝体集水井设置在底层 E L 1 2 0 廊道处 ，总蓄水 量5 6 m 3 ， 水源主要来 自左岸 、右岸的基础排水和抗 力体排水 。 2 系统改造设计的综合配置 随着工业 自动化程度的不断提高 ，P L C也随之 广泛地应用 到 了水 电厂。 目前水 电 厂的 P L C主要 应用于两方面一是用于构成水电厂 辅助设备的控 制系统 ；二是用于构成水电厂计算机监控系统 。 根据周公宅水库生产与管理的技改要求 ，针对 使用 中存在的缺陷，进行了坝用排7 K 泵控制系统的 重新设计改造 ，采用西门子 s 7 2 0 【 型 P L C为控制 核心 ，取代了传统继电器逻辑控制繁多的布线电路 收稿日期2 0 1 2 1 1 2 0 作者简介郑文栋 1 9 8 2 一 ，男，助理工程师 ，主要从事 水电站电气二次检修技术工作。 E ma i l 5 2 6 6 4 9 7 2 q q ． O O I T I 接线。系统运行可通过上位机组态软件和触摸屏通 信实现设备运行可视化，使人机交换更加简便、直 观 ，实现了水电厂的全计算机监控模式 。 设 计 中坝用排水泵 自动控 制系统应 满足下列 要求 排水泵能根据集水井水位 自动启停 、轮换 、 保证集水井水位在控制范围内。 3台排水泵应满足各泵轮换功能 ，保证运行 时间基本相 同。 信号采集与各故障报警传输。 网络 I P视频摄像头视频监控系统。 防雷和加热除湿。 根据以往 出现的缺 陷，本次把屏柜移 至廊道 口，以防排水泵故障屏柜被淹。水位采样采用智能 液位变送控制器和不锈钢立杆式浮球开关 ，在新增 排水泵的同时处 理好 出水管路和原敷设 管路 的衔 接 ，确定水 泵运行 工况 的合 理分 配。设计 中 P L C 程序除了能满足一般电力拖动的要求外 ，还应加屈 将电源消失 、电机过载、水泵超时未启动 、水位超 高和水泵启动等信息的 I ／ O量和水位模拟量传送到 坝顶 L C U屏的 G E 9 0 - - 3 0 P L C 。 经过 内部程序处理直 接把报警信号反馈到电站中控室上位机，通过声光 报警系统反映出集水井控制系统和集水井水位的状 态 ，值班员根据报警信息及水面视频画面 ，_ 1 方便 地判断出坝用排水泵运行和集水井水位是否正常。 3 控制系统的组成配置 3 ． 1 坝体渗漏排水泵 排水泵控制系统主要 由上位机监控组态软件 、 机房设备及电控设备、信号采集装置和工业电视监 控系统等组成 见图 1 。 61 计算机应用 S M A L L H Y D R O P O W E R 2 0 1 3 N o 2 ，T o t a l N o 1 7 0 图 1 坝用排水泵控制系统示意 3 ． 2 控 制屏 的硬件 配置 主 要 由S 7 2 0 0 C P U 2 2 6 型P L C 、 麦 克 MP W4 6 0 W 型液位变送控制器、后备立杆式水位浮 球开关 、施 耐德系列 断路 器、接触 器 、热继 电 器 、中间继 电器 、温湿度加热器 、选择按钮开关 等组成。 3 ． 3 控 制流 程 P L C上 电启动后首先进行程序初始化 ，然后根 据 自动 、手动选择方式 ，进人相应的程序流程 ，整 个程序 由故障、水位检测报警 、轮换启停等模块组 成 见图 2 。 6 2 图 2系统流程 3 ． 4 I ／ O点的配置及梯形 图编程 I ／ O点位如下所示 见表 1 ，在正常 自动控制 模式下 ，排水泵各运行方式如下 表 1 I ／ O点位 3 ． 4 ． 1 自动控制 现地 切到 自动 ，根 据水位高低完全 以 P L C设 定程序 自动执行泵组的启停 ，起泵轮换要求依次按 1 2 、2 3 、1 3 ⋯⋯循环起动 ，以达到每台水泵 的运行时问基本一致 ，延长泵的使用寿命 。 3 ． 4 ． 2 手动控制 现地切到手动 ，此时操作按钮可进行排水泵 的 启停 ，主要发生在 自动控制部分出现故障一时难 以 修复 ，可以到现场手动操作进行排水。本部分设计 特点是 回路接点较少 与 P L C无关联 ，以防 P L C出 现故障时系统瘫痪 。同时，在巡检 中可以直观地反 映出各泵的运行状态和对来水量的计算应用 。 3 ． 4 ． 3 监视和报警 在整个工作运行环境 中进行状态 、越限 、过程 和故障等监视，共设水位超高、电源故障、主用泵 启动 、备用泵启动 、超时未起泵共 5 项 ，对越限和 故障进行判断和动作 报警 并及时通过坝区 L C U 下达至电站中控室上位机，运行人员根据报警信息 可赶往现场进行故障处理。考虑此信息需坝区 L C U 转换，如 L C U屏出现故障、维护时报警信号无法 传送，就新增 1 路集水井摄像头为后备保护，通过 监控画面可实时观察水位变化是否超限。 3 ． 5 远 程视 频监 控信 号及 水位模 拟 信 号的传 输 将集水井水位模拟信号和摄像头信号传送至电 站 中控室总控平台上 ，存在着传输距离长 、环境变 小水电2 0 1 3 年第2 期 总第 1 7 0 期 计算机应用 化大对辅助配套设备的工作稳定性和微电流信号干 扰等问题 ，经过各方面 的技术咨询后 处理方法为 一 是视频摄像头选用 网络 I P摄像头 ，主要通过 网 线 、光纤 以及相应信号交换设备 ，将图像传送到单 位视频监控硬盘录像机 ，只要内网电脑安装相应视 频软件 ，输入该摄像 头 I P地址就可 对集水井水位 进行视频画面监视 。二是水位模拟信号从集水井水 位探头到控制屏液位变送器总传输距离为1 2 0 1 13 ， 由 厂家制作定型。液位变送器 4～ 2 0 m A 模拟量信号 到坝用 L C U屏之间的距离为3 8 0 m， 完全超过一般 标准的数倍，经查看 模拟量信号的传输距离一 文得知 D C电流信号在保证规定的精度下 的传送 距离 ，讨论传送距离实质就是确定 电流源仪表连接 导线的最大长度 ，根据 LS r ／ p就可计算 出铜导 线 的最大长度。 因仪 表 的接 线 往 返 是 2根 线 ，用 标 称 截 面 1 ． 5 导线 时 为 5 2 5 3 ／ 22 6 2 6 m； 用 标 称 截 面 0 ． 8 导线 时为2 8 0 1 ． 8 ／ 21 4 0 0 m； 所 以在实 际 施工 中选用 1 ． 5 n m 2 带屏蔽 的 R W P电缆 ，并进行 单头屏蔽层接地反干扰措施 ，在使用过程中水位信 号反馈完全满足使用要求 。 4 防雷 、防湿 因地处山区，夏季多雷和廊道环境潮湿结露现 象严重 ，特别是对 P L C 、水位变送器是一个严峻的 考验 ，因此在设计 时应充分考虑防雷 、防湿 问题 。 首先在防雷上主要采取高压架空铝绞线改为高压电 缆往地下 电缆沟走 ，合理避开山坡的引入雷 ；其次 变压器高低压侧装设避雷器 ，屏柜内部 电源引入端 安装 电涌保护器 ，对整个屏进行防雷保护 。在防潮 除湿方面则主要选用了温湿度控制器进行传统的加 热除湿。 5 结语 以西 门子 s 7 2 0 0型 P L C为控制核心的水泵控 制系统 ，通过合理 的程序设计和对原排水泵系统的 改进 ，增加水位模拟量 、网络摄像头和现有 的各方 面资源组合 ，使运行值班人员能直观的从 中控室上 位机组态画面上观察水泵的运行状态和集水井水位 画面等 ，提高 了坝用渗漏排水泵系统的可靠性 。从 该系统的安装调试到投入运行的一段时间观察 ，符合 设计要求，各运行状况正常，充分发挥 了其经济效 益 ，对保证水库大坝的安全运行发挥了重要的作用。 参考文献 [ 1 ] 陈远立．电气控制与可编程控制器[ M] ． 广州华南理 工大学出版社， 2 0 0 4 ． [ 2 ] 吴中俊， 黄永红 ． 可编程控制器原理及应用[ M] ． 北京 机械 工业 出版社 ， 2 0 0 3 ． [ 3 ] 蔡行键 ， 黄文钰， 李娟 ．深入浅出西门子 s 7 2 0 o P L C 第 3 版 [ M] ． 北京 北京航空航天大学出版社， 2 0 0 7 ． [ 4 ] 王汉武 ． 浙江省宁波市周公宅水库坝体渗漏排水泵控 制系统图[ R ] ． 杭州中国水电顾问集团华东勘测设计 研究 院 ， 2 0 0 5 ． ■ 责任编辑吴昊 ．址 ． L． 址 ． ． L． L ． ． 址 ． 址 ． ． 址 ． ． 址 L． 址 ． 址 ． S ． 址 ． 址 ． 址 ． ． 址 ． ． 址 ． 址 ． ． 址 ． ． 址 ． 址 ． 址 ． s I L． 址 ． 址 S 止 ． L 上接第6 O页单元、一个单元的逐步进行，在改 造过程中会出现 2 套系统同时并存 的情况。所以在 改造过程 中，电站的运行人员需要更多留意。 4 监控 改造涉及 到 电站 的机 械、电气 一次 、 电气二次 、调度通讯等各个方面，在改造过程 中需 科学精心安排各部分的工作，从而使改造有条不紊 的进行。 5 结语 在完成了监控系统的计算机改造后，系统的各 个方面都有了极大地提高。电站运行 、维护人员通 过改造过程 ，更加熟悉 了监控系统 ，同时也提高了 他们的运行维护水平。 参考文献 [ 1 ] 程国清， 陈海军 ， 郑玉民， 谢文峰． s 1 5 0 0 在 E L I N监控 系统 L C U中的应用[ J ] ． 水电厂 自动化， 2 0 0 7 1 1 ． [ 2 ] 黄文杰． 全计算机监控系统在玉溪水 电站的应用 [ J ] ． 浙江水利科技， 2 0 0 1 3 ． 一 责任编辑吴昊 6 3