CN107121966A - 一种闸门控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于闸门控制技术领域，具体涉及到一种水电站闸门控制系统，所述闸门控制系统包括闸门、PLC控制单元和上位机，该闸门设置有一控制闸门开启或关闭的启闭机、第一开度检测装置和第二开度检测装置，该PLC控制单元分别与启闭机、第一开度检测装置、第二开度检测装置和上位机连接；该PLC控制单元根据实际闸门开度参数控制启闭机，该PLC控制单元将开度值模拟量信号与实际闸门开度参数进行对比，校正实际闸门开度参数的有效性。本发明涉及到一种水电站闸门控制方法。本发明通过上述闸门控制系统及控制方法，通过PLC系统实现闸门的远程操控，降低了人工成本和管理成本，实现启闭机的软起动，软停止，降低对制动系统的冲击，延长启闭机的使用寿命。

Description

一种闸门控制系统及方法

技术领域

本发明属于闸门控制技术领域，具体涉及到一种水电站闸门控制系统及控制方法。

背景技术

水电站是拦洪蓄水和发电的水利工程建筑物，可以利用来灌溉、发电、防洪和通航，闸门是水电站不可或缺的一部分，现有技术水电站闸门控制系统采用交流接触器控制启闭机及继电器控制抱闸，这种控制方式存在启闭机启动电流大，启闭机制动及传动系统冲击大，较易溜钩等缺点。在水库闸门控制系统中引进变频器，能够使启闭机实现软启动、软停止，从而避免了启闭机启动电流大，降低对制动系统的冲击，明显改善了钢结构的承载性能，延长了启闭机的使用寿命。

现有技术的水电站闸门一般采用普通的螺杆式闸门，闸门的开启与关闭都是人工现场操作，而水电站一般建于较偏僻的地方，人工现场操作对电站的运行管理带来很大的不便。在水电站运行管理中应用网络通信技术实现远程操控，将大大减少人工成本与管理成本。

现有技术的闸门一般只设置一个闸门开度检测装置，用于检测闸门的开度。设置单个闸门开度检测装置存在闸门开度检测不够精确的问题，特别是当闸门开度检测装置故障或者产生较大偏差后，一般不易察觉，对管理人员操作闸门开合的精确度造成干扰。

现有技术的闸门控制方法并不会对闸门开度值进行校验，无法保证闸门开度值的准确性，当闸门开度值存在较大偏差时，运行启闭机带动闸门将会存在巨大的安全隐患。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的缺陷，提供一种闸门控制系统，提高闸门的可操作性，精确性，减少安全隐患。

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的缺陷，提供一种闸门控制方法，提高闸门的可操作性，精确性，减少安全隐患。

为解决上述技术问题，本发明提供一种闸门控制系统，所述闸门控制系统包括闸门、PLC控制单元和上位机，该闸门设置有一控制闸门开启或关闭的启闭机、第一开度检测装置和第二开度检测装置，该PLC控制单元分别与启闭机、第一开度检测装置、第二开度检测装置和上位机连接；其中，该闸门至少为一个；该PLC控制单元采用总线通讯方式获取第一开度检测装置的实际闸门开度参数，并获取第二开度检测装置的开度值模拟量信号；以及，该PLC控制单元根据实际闸门开度参数控制启闭机，该PLC控制单元将开度值模拟量信号与实际闸门开度参数进行对比，校正实际闸门开度参数的有效性；该上位机远程控制PLC控制单元。

其中，较佳方案是：所述第一开度检测装置包括绝对值型编码器和总线输出模块，该总线输出模块分别与各绝对值型编码器连接，该绝对值型编码器通过总线输出模块将实际闸门开度参数传输到PLC控制单元中。

其中，较佳方案是：所述第二开度检测装置包括增量型编码器和处理模块，该处理模块根据增量型编码器获取对应闸门的开度值，并转化为模拟量信号。

其中，较佳方案是：该PLC控制单元包括一PLC控制屏，该PLC控制屏上显示闸门控制系统的相关信息，该PLC控制单元通过PLC控制屏的操作进行相关控制。

其中，较佳方案是：所述启闭机包括设置在闸门两侧的第一启闭机和第二启闭机，该第一启闭机和第二启闭机均设置有压力传感器，该压力传感器获取对应启闭机的机械荷载；该PLC控制单元包括一与压力传感器连接的荷载限制模块，该荷载限制模块在机械荷载超出预设荷载时向PLC控制单元报警。

其中，较佳方案是：所述压力传感器设置在启闭机的钢丝绳上，该压力传感器在钢丝绳受力时输出荷载信号。

其中，较佳方案是：所述PLC控制单元设置有变频器，该变频器与启闭机连接，该变频器获取闸门控制系统的相关信息，并根据相关信息控制启闭机。

其中，较佳方案是：所述闸门控制系统还包括电源，该电源为PLC控制单元供电，并通过PLC控制单元为启闭机供电；该变频器与电源之间至少设置有空气断路器、接触器和熔断器。

为解决上述技术问题，本发明提供一种闸门控制方法，包括步骤:

PLC控制单元采集闸门的开度值参数，并将开度值参数上传至上位机；

上位机通过PLC控制单元对闸门进行远方操作；

以及，上位机预设对应闸门的开度值，PLC控制单元根据预设的开度值控制对应的闸门；

或者，上位机预设对应闸门的溢洪流量，PLC控制单元根据预设的溢洪流量控制对应的闸门。

其中，较佳方案是，所述闸门控制方法还包括：

闸门的下降或上升运行时超出开度值限制，PLC控制单元停止闸门的启闭机运行；

PLC控制单元根据接收到的报警信息或异常数据停止闸门的启闭机运行。

本发明通过上述闸门控制系统及控制方法，通过PLC系统实现闸门的远程操控，降低了人工成本和管理成本，同时，实现启闭机的软起动，软停止，降低对制动系统的冲击，延长启闭机的使用寿命；以及，对闸门开度值进行校验，确保闸门开度值的准确性，降低了闸门运行时的安全隐患。

附图说明

图1是本发明闸门控制系统的结构框图；

图2是本发明编码器及外部结构的结构框图；

图3是本发明变频器及外部结构的结构框图；

图4是图3的电路结构图；

图5是本发明压力传感器与荷载限制模块的结构框图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明的较佳实施例进行详细说明。

如图1所示，本发明提供一种闸门控制系统的优选实施例。

一种闸门10控制系统，所述闸门10控制系统包括闸门10、PLC控制单元30和上位机40，该闸门10设置有一控制闸门10开启或关闭的启闭机20、第一开度检测装置11和第二开度检测装置12，该PLC控制单元30分别与启闭机20、第一开度检测装置11、第二开度检测装置12和上位机40连接；

具体地，该闸门10至少为一个；该PLC控制单元30采用总线通讯方式获取第一开度检测装置11的实际闸门10开度参数，并获取第二开度检测装置12的开度值模拟量信号；以及，该PLC控制单元30根据实际闸门10开度参数控制启闭机20，该PLC控制单元30将开度值模拟量信号与实际闸门10开度参数进行对比，校正实际闸门10开度参数的有效性；该上位机40远程控制PLC控制单元30。

其中，PLC控制单元30作为电厂计算机监控系统的一部分，主要功能是采集每个闸门10及启闭机20实时数据，并将数据处理后上传至上位机40，使运行人员能在中控实现对闸门10数据的实时监视。

其中，泄洪闸闸门10上方装设有工业电视摄像头，可将闸门10的图像上传至中控室，便于运行人员进行远方操作时对闸门10运行情况进行实时监视。为了保证在夜间操作闸门10时摄像头能正常监视，在对应闸门10的启闭机20下方安装了24V/100W的汽车照明灯，照明灯由控制柜内专用的开关电源供电，由PLC控制单元30控制其工作或停止。当在当天18时至第二天6时这个时间段操作闸门10时照明灯自动工作，闸门10操作结束后延时20秒照明灯停止工作。

其中，闸门10PLC控制单元30通过Ethernet port 10Mbit base T接口，用两台光电收发器及单模光纤连接中控室数据交换机，与上位机40通讯。上位机40控制命令和开度设值命令通过以太网发送LCU中的versamaxPLC中，PLC控制单元30根据命令完成闸门10控制任务。

泄洪闸闸门10的PLC控制单元30优选为PLC控制柜，PLC控制柜主要由GE VersaMaxPLC控制系统及相应的电气控制元件组成。优选地，PLC型号为IC200型PLC，CPU型号为IC200CPUE05(CPU 128K user configurable user memory,0.8MSEC/K Boolean oneRS232,one RS485 serial ports and Ethernet port 10Mbit base T),PLC模块工作电源IC200PWR102(POWER SUPPLY WITH EXPANDED 3.3VDC 120/240VAC INPUT)；以及，配置有四种扩展模块，分别为模拟量扩展模块IC200ALG260(Analog input 12bit voltage/current8channel),DeviceNet扩展模块IC200BEM103,开关量输入模块IC200MDL650(Input 24VDCPOS/NEG logic(4groups of 8)32points),开关量输出模块IC200MDL750(Output 12/24VDC POS LOGIC 0.5A per point(2groups of 16)32points)。

如图2所示，本发明提供开度检测装置的较佳实施例。

在本实施例中，第一开度检测装置11包括绝对值型编码器111和总线输出模块112，该总线输出模块112分别与各绝对值型编码器111连接，该绝对值型编码器111通过总线输出模块112将实际闸门10开度参数传输到PLC控制单元30中。

具体地，绝对值型编码器111采用德国生产的多圈绝对值型光电编码器，并配备DeviceNet总线输出模块，通过专用电缆接至DeviceNet扩展模块IC200BEM103上，将对应闸门10的实际开度值输入到PLC控制单元30，作为PLC控制单元30控制启闭机20的依据。

在本实施例中，第二开度检测装置12包括增量型编码器121和处理模块122，该处理模块122根据增量型编码器121获取对应闸门10的开度值，并转化为模拟量信号。

具体地，增量型编码器121采用德国生产的增量型光电编码器，并配套专用显示仪表，显示对应闸门10的开度情况及开度接点，用于通过就地操作箱50显示并控制闸门10的开度；仪表采集增量型光电编码器的编码信号，并运算得出对应闸门10的开度值，通过D/A转换输出4-20mA模拟量信号给模拟量扩展模块IC200ALG260。

其中，地操作箱50还包括一操作箱显示屏51，用于显示及控制。

进一步地，PLC控制单元30通过总线方式接收绝对值型编码器111所对应闸门10的开度数据作为控制用数据，即实际闸门10开度参数，通过模拟量扩展模块IC200ALG260接收增量型编码器121所对应闸门10的开度数据，即开度值模拟量信号，作为备用数据并存于PLC控制单元30的内存中，根据开度值模拟量信号校核实际闸门10开度参数的有效性，确保数据采集可靠性。

其中，PLC控制单元30采用模拟量通道及通讯口双重化的方式采集闸门10开度参数，根据开度值模拟量信号校核实际闸门10开度参数的有效性，当两个通道采集的值相差较大时，上报闸门10开度传感器故障，确保闸门10开度值的可靠性及安全性。

如图3和图4所示，本发明提供变频器的较佳实施例。

PLC控制单元30设置有变频器33，该变频器33与启闭机20连接，该变频器33获取闸门10控制系统的相关信息，并根据相关信息控制启闭机20。

在本实施例中，所述闸门10控制系统还包括电源，该电源为PLC控制单元30供电，并通过PLC控制单元30为启闭机20供电；该变频器33与电源之间至少设置有空气断路器、接触器和熔断器。具体地，PLC控制单元30主电路由进线空气断路器、接触器、专用变频器33、熔断器、大电流端子构成；进线空气断路器型号为NF125-CW，接触器型号为S-N125，闸门10PLC可控制分励脱扣器使空气断路器跳闸，断开主回路电源。变频器33型号安川A1000，控制闸门10上升和下降，具体可参考图4。其中，60为继电器模块，与电源连通，70为照明模块，即照明灯，80为抱闸线圈，用于紧急制动启闭机20，DL为空气断路器，JQ1为接触器，RD为熔断器。

在本实施例中，该PLC控制单元30包括一PLC控制屏31，该PLC控制屏31上显示闸门10控制系统的相关信息，该PLC控制单元30通过PLC控制屏31的操作进行相关控制。

如图5所示，本发明提供压力传感器与荷载限制模块的较佳实施例。

所述启闭机20包括设置在闸门10两侧的第一启闭机201和第二启闭机202，该第一启闭机201和第二启闭机202均设置有压力传感器21，该压力传感器21获取对应启闭机20的机械荷载；该PLC控制单元30包括一与压力传感器21连接的荷载限制模块32，该荷载限制模块32在机械荷载超出预设荷载时向PLC控制单元30报警。进一步，所述压力传感器21设置在启闭机20的钢丝绳上，该压力传感器21在钢丝绳受力时输出荷载信号。

具体地，荷载限制模块32接收压力传感器21输出荷载的电压信号，经内部放大A/D转换，经处理转换为启闭机20实际荷载，并在仪表显示面板上显示，显示单位为吨；当卷筒上钢丝绳受拉时，钢丝绳的中部通过与荷载传感器连接，输出荷载信号；起升过程中，若遇到负荷超过额定荷载的10％时，即通过荷载限制模块32上报至PLC控制单元30，PLC控制单元30执行荷载保护功能，断开接触器切断电动机电源，对闸门10和启闭机20起到安全保护作用；以及，荷载限制模块32可通过RS485通讯口输出荷载数据，PLC控制单元30通过串口接收数据并上传至上位机40。

其中，荷载限制模块32包括与压力传感器21对应配置的荷载限制器，荷载限制器优选设置在就地操作箱50中。

在本发明中，还提供一种闸门控制方法，包括步骤:

PLC控制单元30采集闸门10的开度值参数，并将开度值参数上传至上位机40。

上位机40通过PLC控制单元30对闸门10进行远方操作；其中，上位机40通过命令方式实现对闸门10的操作，上位机40可发多种命令给PLC控制单元30，它们分别是：闸门10上升命令；闸门10下降命令；闸门10紧急停止命令；闸门10启闭控制柜空气断路器跳闸命令；打开关闭照明灯；故障复位命令。

以及，上位机40预设对应闸门10的开度值，PLC控制单元30根据预设的开度值控制对应的闸门10；或者，上位机40预设对应闸门10的溢洪流量，PLC控制单元30根据预设的溢洪流量控制对应的闸门10。

具体地，上位机40预设对应闸门10的开度值实现对闸门10的操作：PLC控制单元30根据预设的开度值与上次设定的开度值进行相减，差值的绝对值大于设定开度梯度值后才确认本次设定开度为有效设定，并与闸门10实时开度值相比较得出闸门10控制方向(上升或下降)，启闭机20启动，进一步地，当闸门10实时开度值与设定开度值相差小于2CM时，自动发闸门10停止命令，启闭机20停止运行；上位机40预设对应闸门10的溢洪流量实现对闸门10的操作：PLC控制单元30根据预设的溢洪流量与上次设定溢洪流量进行相减，差值的绝对值大于设定溢洪流量梯度值后才确认本次设定溢洪流量为有效设定溢洪流量，按照预设的闸门10开度与实际的闸门10开度相比较，依顺序进行逐孔调节。

在本实施例中，所述闸门10控制方法还包括：

闸门10的下降或上升运行时超出开度值限制，PLC控制单元30停止闸门10的启闭机20运行；PLC控制单元30根据接收到的报警信息或异常数据停止闸门10的启闭机20运行。

其中，闸门10启闭机20能在现地实现手动控制，PLC控制单元30能自动判断闸门10启闭机20是手动启动还是PLC控制单元30启动，并置上相应的标志位。

具体地，当泄洪闸闸门10启闭机20由PLC控制单元30控制时，在以下保护发生时自动停止启闭机20运行：

1)、闸门10下降运行时行程限制开关下限位动作或闸门10开度值越下限；闸门10上升运行时行程限制开关上限位动作或闸门10开度值越上限；

2)、闸门10启闭机20电机过载保护信号动作；

3)、闸门10启闭机20载荷限制器报警动作持续5秒以上；

4)、闸门10开度传感器故障报警信号动作，持续时间大于5秒，闸门10开度传感器输出信号在下列情况发生时将发闸门10开度传感器故障报警：当开度传感器模拟量采集通道及通讯口采集通道均出现故障时；当间隔1秒采集的两次开度值的差值大于开度值突变判据且持续发生10次以上时，PLC控制单元30认为开度值发生突变并报警；当闸门10启闭机20运行信号动作，间隔1秒采集的两次闸门10开度值的差值小于传感器脱轴判据值且持续时间大于10秒时，PLC控制单元30认为开度传感器发生脱轴故障并报警；

5)、当闸门10处于设定开度控制方式时，控制超时报警，控制超时保护原理如下：闸门10PLC控制单元30根据上位机40设定的闸门10设定开度及闸门10实际开度，参照启闭机20的起升速度计算出闸门10运行至设定开度所需的时间T秒，当闸门10本次实际运行时间大于(T*1.2)秒时，PLC控制单元30报闸门10控制超时；

6)、当发生上升或下降返馈至PLC控制单元30的动作信号断线时；

7)、当闸门10PLC控制单元30发生通讯故障，导致闸门10PLC控制单元30与上位机40通讯中断时；

以及，当泄洪闸闸门10手动控制时，当发生如下保护信号时启闭机20将自动停止运行。

1)、闸门10启闭机20电机保护信号动作；

2)、闸门10下降运行时行程限制开关下限位动作或闸门10开度值越下限；闸门10上升运行时行程限制开关上限位动作或闸门10开度值越上限时；

3)、闸门10启闭机20载荷限制器报警动作持续5秒以上；

进一步地，PLC控制单元30在没有控制命令的情况下发生上升或下降开出继电器动作导至闸门10启闭机20误动时，PLC控制单元30立即发闸门10停止命令及闸门10启闭机20控制柜空气断路器跳闸命令，断开启闭机20电机主回路电源，确保闸门10下游安全。

泄洪闸闸门10启闭机20控制柜设有PLC控制单元30 24工作电源监视继电器。在闸门10启闭机20由PLC控制单元30自动控制时发生PLC控制单元30工作电源消失，监视继电器接点动作，PLC控制单元30将状态上报，开出继电器线圈失电返回，闸门10启闭机20的所有操作停止。

上面结合附图对发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，任何对本发明的简单修改、替换，均应落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种闸门控制系统，其特征在于：所述闸门控制系统包括闸门、PLC控制单元和上位机，该闸门设置有一控制闸门开启或关闭的启闭机、第一开度检测装置和第二开度检测装置，该PLC控制单元分别与启闭机、第一开度检测装置、第二开度检测装置和上位机连接；其中，

该闸门至少为一个；

该PLC控制单元采用总线通讯方式获取第一开度检测装置的实际闸门开度参数，并获取第二开度检测装置的开度值模拟量信号；

以及，该PLC控制单元根据实际闸门开度参数控制启闭机，该PLC控制单元将开度值模拟量信号与实际闸门开度参数进行对比，校正实际闸门开度参数的有效性；

该上位机远程控制PLC控制单元。

2.根据权利要求1所述的闸门控制系统，其特征在于：所述第一开度检测装置包括绝对值型编码器和总线输出模块，该总线输出模块分别与各绝对值型编码器连接，该绝对值型编码器通过总线输出模块将实际闸门开度参数传输到PLC控制单元中。

3.根据权利要求1或2所述的闸门控制系统，其特征在于：所述第二开度检测装置包括增量型编码器和处理模块，该处理模块根据增量型编码器获取对应闸门的开度值，并转化为模拟量信号。

4.根据权利要求1所述的闸门控制系统，其特征在于：该PLC控制单元包括一PLC控制屏，该PLC控制屏上显示闸门控制系统的相关信息，该PLC控制单元通过PLC控制屏的操作进行相关控制。

5.根据权利要求1所述的闸门控制系统，其特征在于：所述启闭机包括设置在闸门两侧的第一启闭机和第二启闭机，该第一启闭机和第二启闭机均设置有压力传感器，该压力传感器获取对应启闭机的机械荷载；该PLC控制单元包括一与压力传感器连接的荷载限制模块，该荷载限制模块在机械荷载超出预设荷载时向PLC控制单元报警。

6.根据权利要求5所述的闸门控制系统，其特征在于：所述压力传感器设置在启闭机的钢丝绳上，该压力传感器在钢丝绳受力时输出荷载信号。

7.根据权利要求1所述的闸门控制系统，其特征在于：所述PLC控制单元设置有变频器，该变频器与启闭机连接，该变频器获取闸门控制系统的相关信息，并根据相关信息控制启闭机。

8.根据权利要求7所述的闸门控制系统，其特征在于：所述闸门控制系统还包括电源，该电源为PLC控制单元供电，并通过PLC控制单元为启闭机供电；该变频器与电源之间至少设置有空气断路器、接触器和熔断器。

9.一种闸门控制方法，其特征在于，包括步骤:

PLC控制单元采集闸门的开度值参数，并将开度值参数上传至上位机；

上位机通过PLC控制单元对闸门进行远方操作；

以及，上位机预设对应闸门的开度值，PLC控制单元根据预设的开度值控制对应的闸门；

或者，上位机预设对应闸门的溢洪流量，PLC控制单元根据预设的溢洪流量控制对应的闸门。

10.根据权利要求9所述的闸门控制方法，其特征在于，所述闸门控制方法还包括：

闸门的下降或上升运行时超出开度值限制，PLC控制单元停止闸门的启闭机运行；

PLC控制单元根据接收到的报警信息或异常数据停止闸门的启闭机运行。