水電站滲漏集水井控制系統改造

楊依娜，趙 陽

（浙江浙能華光潭水力發電有限公司，杭州 311322）

水電站滲漏水泵控制的可靠性直接關系水電站的安全運行，若控制失靈極易導致水淹廠房的嚴重事故。隨著自動化程度的提高和計算機監控系統在水電站中的普遍應用，對滲漏水泵的控制提出了更高的要求，以適應“無人值班、少人值守”的需要。

華光潭一級站滲漏集水井系統由2臺滲漏排水泵及其控制系統組成，隨著一級電站關門運行條件的逐步成熟，僅由繼電器控制構成的滲漏集水井控制系統已無法滿足要求。原滲漏集水井控制系統無法和監控上位機進行通信，也給運行人員的監測工作帶來了極大的不便。

1 滲漏集水井控制系統功能優化

為了滿足一級電站關門運行的需要，基于原滲漏集水井控制系統存在的隱患和問題，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。該系統除了通過液位傳感器輸出4～20 mA模擬量信號至PLC，通過PLC程序設計控制繼電器啟動水泵運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，將控制系統運行的實時數據上傳到上位機，從而達到控制方式靈活易改、運行穩定可靠、維護量少等目的，真正做到對集水井的全面監視?？刂葡到y結構原理如圖1所示。

2 控制系統改造方案實施

2.1 系統硬件配置

圖1 控制系統結構原理

系統設備部分主要由2臺排水泵（一用一備）構成，選用安徽皖南電機股份有限公司生產的Y2系列高壓三相異步電動機?？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、選擇開關等構成。其中，PLC采用三菱FX1N系列，通過RS-485接口與上位機通信；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/下限位開關采用電纜浮球液位開關，當水位越限時動作；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組保護；選擇開關決定系統的運行方式和狀態。

2.2 軟件編程

控制系統采用專為工業環境下應用而設計的三菱PLC作為核心控制器。通過內部程序實現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，極大地提高了控制的可靠性。主要實現功能包括：

（1）數據采集和處理。采集所有I/O點的模擬量（主要為集水井水位）、開關量（手動/自動控制信號、水泵運行/停止狀態、水泵故障信號等），記錄所有事件信息；對采集量進行統計表或趨勢圖生成，對事件信息進行順序記錄處理。

（2）監視和報警。對狀態、越限、過程和故障等進行監視；對越限和故障進行判斷和報警，并及時記錄（由上位機完成）。

（3）控制和調節。實現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，參數整定與限值修改，遠方/本地、手動/自動等工作方式切換等。

（4）人機對話和擴展接口。友好顯示（由上位機完成）狀態表、示意圖、操作流程、運行指導、報警提示等畫面；PLC上預留擴展槽，便于監控量的增設。

（5）數據統計和運行管理。對工作泵運行次數等進行統計和分析；生產報表的生成和數據查詢的打?。ㄓ缮衔粰C完成），使用和管理權限的登陸。

圖2 程序控制流程

系統編程語言采用梯形圖。編程考慮了系統擴展性，采用模塊化、功能化結構進行設計。

2.3 系統工作原理

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的開關量信號及其他外部信號進行控制。

2.3.1 自動控制方式

主控制單元根據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。備用控制系統根據液位浮球開關（開關量）控制水泵啟停，水位偏高時啟動主泵，過高時啟動備用泵。PLC根據每臺水泵啟動次數和運行時間對主泵和備用泵進行自動切換。

當主控制系統的主要元件如PLC、投入式液位變送器等故障時，系統可自動切到備用控制系統并發信報警，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，可直接啟動相應的水泵，并能根據液位開關的狀態自動停止，也可將切換把手切至“停止”位置直接停運水泵。

2.4 控制系統實現的功能

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

（2）帶觸摸功能的液晶顯示器能直觀地顯示水位（數值顯示），根據水位直接產生4個液位控制點，且每個液位控制點對應的液位可通過設置菜單直接設定、調整。斷電后控制器的設定參數永久保留。

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

（4）液位開關量和模擬量信號可實現測量值互相比較并在出現錯誤時報警，控制時優先采用模擬量信號，液位開關量信號為備用。

（5）PLC根據每臺水泵啟動次數和運行時間對主泵和備用泵進行自動輪換，以延長水泵的使用壽命。當主泵啟動異常時，停止該水泵的主用狀態，發出相應的故障信號，并啟動另一臺水泵。

2.5 數據通信

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

3 結語

一級電站滲漏集水井控制系統經改造并投入運行以來，未發生過誤動、拒動。2臺水泵互為備用，可隨時方便地進行手動和自動切換，實現了集中控制，為水電站科學安全運行提供了可靠保證。

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

[2]楊青杰.三菱FX系列PLC應用系統設計指南[M].北京：機械工業出版社，2008.