南水北调中线干线工程闸站监控系统应用研究

2015-04-13许小锋

机电信息 2015年36期

关键词：闸站启闭机开度

许小锋张超

（南京南瑞集团公司，江苏南京210003）

0 引言

南水北调中线干线工程是一项跨流域、长距离的特大型调水工程，工程全长1 431.945km。为了保证中线干线工程的正常输水及经济运行，必须采用先进的闸控监控系统，最大程度避免弃水，使引水资源得到充分利用，全面促进地方经济快速发展。

1 系统结构及配置

1.1 网络结构

闸站监控系统采用开放的分层分布式结构，通讯协议采用TCP/IP协议，分为远控级（北京总公司）、主控级（各管理处）、现地级（各闸站现地控制单元）。现地级与主控级的网络结构采用双星型以太网；现地级与主控级的通讯采用双通讯链路，一条为主用，一条备用。

1.2 现地级系统配置

闸站监控系统部用于调节流量、给配套工程输水，出现事故需要紧急退水的站点稳定性要求高，现场节制闸、分水闸（流量≥10m3/s）、退水闸的现地站现地控制单元均配备冗余PLC，其他类型现地站采用非冗余PLC。现场冗余PLC 的核心在于关键部位采用冗余器件配置，当某一设备或某一条通讯链路出现故障时，使用备用器件或链路工作，备用器件或链路的投入过程达到毫秒级，提高了整个系统的稳定性。PLC与远程I/O 的系统配置及连接如图1、图2所示。

图1 冗余PLC与远程I/O

2 现地级系统功能

现地控制单元系统具有数据采集与处理、闸门控制、安全保护、控制切换等功能，具体如图3所示。

图2 非冗余PLC与远程I/O

图3 现地控制单元系统功能

3 现地级控制功能

闸站监控系统主要控制对象为闸门，现地控制单元进行信号的采集、处理，操控液压（卷扬）启闭机系统运行，实现闸门的平稳动作。现场调节供水量的节制闸全部采用双吊点弧形液压闸门控制，该过程中需要实现的控制功能包括闸门纠偏、闸门开度设值、闸门下滑复位等。

3.1 闸门自动纠偏

双吊点弧形液压闸门由于现场安装、油路等差别，实际运行中会出现闸门左右油缸不同步的情况，严重情况下会导致闸门卡死，影响输水安全。利用液压站比例阀、闸门开度传感器、PLC等硬件设备，闸门运行过程中，固定一侧油缸（固定缸）的速度，实时调节另一侧油缸（随动缸）的速度，可实现闸门在运行过程中的自动纠偏功能。主要参数如下：闸门左右开度差（D）、闸门纠偏功能启动值（D1）、闸门纠偏功能停止值（D2）、闸门纠偏等待值（D3）、闸门左右油缸超差停机检查值（D4）、闸门纠偏过程中固定缸比例阀初始值（Q）、闸门纠偏过程中随动缸比例阀开度（Q1、Q2）。

纠偏流程如图4所示。固定缸的运行速度通过Q 调节，可以将Q 固定。

图4 双缸纠偏流程图

（1）闸门上升时，当D＞D1时，启动闸门纠偏功能，此时随动缸的比例阀开度Q1＝Q－Q/D3×D；当D＜D2时，闸门纠偏结束，恢复Q1＝Q；当D2＜D＜D3时，随动缸Q1＝Q－Q/D3×D；当D3＜D＜D4时，随动缸Q2＝0；当D4＜D 时，闸门超差停门。

（2）闸门下降时，当D＞D1时，启动闸门纠偏功能，此时随动缸的比例阀开度Q1＝Q＋（100－Q）/D3×D；当D＜D2时，闸门纠偏结束，恢复Q1＝Q；当D2＜D＜D3时，随动缸Q1＝Q＋（100－Q）/D3×D；当D3＜D＜D4时，随动缸Q2＝100；当D4＜D 时，闸门超差停门。

3.2 闸门开度设值

依据现场流量数据以及闸前闸后水位数据，计算出闸门实际需要到达的开度，调整实时流量。

开度设值流程如图5 所示。现地控制单元接收到开度设值指令，判断启闭机无故障，启动油泵，闸门上升或下降，闸门动作到设定开度后，考虑到液压系统停门后闸门由于惯性，延时判断闸门的开度设定值与闸门当前开度的差值，差值超过二次动门值，进行第二次闸门操作。

闸站监控系统部分闸门的全行程为10 000mm，闸门的动作精度要求10mm 以内，相较于一般的闸门系统，动作成功率和精度要求更高，在开度设值过程中，增加了一个二次动门值，当闸门动作完成后，比较闸门的开度设定值与当前开度，当前开度大于等于二次动门值时，进行二次闸门动作，由于二次动门的动作幅度小，停门惯性小，能够满足现场闸门的精度要求。