CN109213218A - 一种基于水力发电的阀门控制系统 - Google Patents
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- G05D16/2013—Control of fluid pressure characterised by the use of electric means with direct action of electric energy on controlling means using throttling means as controlling means
Abstract
一种基于水力发电的阀门控制系统，包括调压阀、接力器、数字平衡阀、数字平衡阀驱动器、电子显示屏、无线通信装置、水压压力表、功能按键装置、模拟信号输入装置、阀门定位器和主控制器，所述水压压力表和所述调压阀设置在水电站的引水管道中。本发明利用成本偏低的调压阀来解决中小型水电站的压力和转速上升的问题，并且可以远程控制调压阀，不需要维护人员现场控制，而且使得人工失误率降低，将无线通信装置设置于堤坝上可提高无线信号的收发质量，并在无线通信装置与主控制器之间设置信号放大电路则是进一步增强无线信号的接收。
Description
技术领域
本发明涉及阀门自动化控制技术领域，具体地，涉及一种基于水力发电的阀门控制系统。
背景技术
水电站运行过程中，当水轮发电机组突然甩负荷时，如果调速系统动作迟缓，转速会上升很快，出现不允许的过电压，可能导致发电机的绝缘损坏，当水轮发电机组突然甩负荷时，调速器会自动控制水轮机快速关闭导叶,而快速关闭导叶会导致引水管道内的水压快速上升，易发生爆管等安全事故；因此，通常采用设置调压井或调压阀等方法来解决压力和转速上升的问题，而有些小型的水电站限于地形、地质条件，难于建造调压井，并且建造调压井对人力物力的需求过高，不适用于中心型水电站建造；因此，中小型水电站更适合采用调压阀来解决压力和转速上升的问题；另外，水电机组因正常检修或紧急停机，需要通过操控调压阀来解决压力和转速上升的问题，并且在现在的调压阀基本都是需要水电站维护人员手动控制，难以避免的存在人工操作失误和监控失误，因此，需要一种可远程控制的调压阀控制系统，但是由于在水电站中，调压阀均设置于发电现场，即设置于堤坝内部，远程控制信号的接收和发送会受到极大的影响。
发明内容
本发明的目的就在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种基于水力发电的阀门控制系统，该方案利用成本偏低的调压阀来解决中小型水电站的压力和转速上升的问题，并且可以远程控制调压阀，不需要维护人员现场控制，而且使得人工失误率降低，将无线通信装置设置于堤坝上可提高无线信号的收发质量，并在无线通信装置与主控制器之间设置信号放大电路则是进一步增强无线信号的接收。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：
一种基于水力发电的阀门控制系统，包括调压阀、接力器、数字平衡阀、数字平衡阀驱动器、电子显示屏、无线通信装置、水压压力表、功能按键装置、模拟信号输入装置、阀门定位器和主控制器，所述水压压力表和所述调压阀设置在水电站的引水管道中；
所述调压阀、接力器、数字平衡阀、数字平衡阀驱动器、主控制器的第一输出端依次连接，用于控制所述调压阀的打开与关闭；
所述水压压力表与所述主控制器的第一输入端连接，用于采集引水管道中的水压信息；
所述模拟信号输入装置与所述主控制器双向传输连接，用于在所述主控制器的驱动下，所述模拟信号输入装置向所述主控制器发送多种输入信号，且所述输入信号为直流电压信号；
所述阀门定位器与所述主控制器的第二输入端连接，用于检测阀门的开度信号；
所述功能按键装置与所述主控制器的第三输入端连接，用于水电站维护人员手动控制；
所述电子显示屏与所述主控制器的第二输出端连接，用于显示引水管道中的水压信息、所述调压阀的开度状态信息和远程控制信息；
所述无线通信装置与所述主控制器双向传输连接，用于接收云端服务器和水电站监控中心发送来的控制信号，还用于向云端服务器和水电站监控中心发送引水管道中的水压信息和所述调压阀的开度状态信息，通过加长网线的方式将所述无线通信装置设置于堤坝之上，且所述无线通信装置与所述主控制器之间的信号输入方向上设置有信号放大电路。
进一步的，所述主控制器为可编程控制器，采用LS产电K120S系列PLC。
进一步的，所述模拟信号输入装置采用兼容多种输入信号的检测电路。
进一步的，所述电子显示屏为LCD液晶显示屏。
进一步的，所述无线通信装置为3G通信、4G通信、5G通信、WIFI通信或蓝牙通信。
进一步的，所述功能按键装置包括开启按键、关闭按键和报警按键。
进一步的，还包括电源管理装置，电源管理装置包括电压转换器和应急电源；电压转换器用于把220V交流市电转化为所需的直流电压；应急电源用于在主电源缺失时供电。
综上，本发明的有益效果是：
本发明利用成本偏低的调压阀来解决中小型水电站的压力和转速上升的问题，并且可以远程控制调压阀，不需要维护人员现场控制，而且使得人工失误率降低，将无线通信装置设置于堤坝上可提高无线信号的收发质量，并在无线通信装置与主控制器之间设置信号放大电路则是进一步增强无线信号的接收。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明实施例中兼容多种输入信号的检测电路结构示意图。
具体实施方式
为了解决现有技术中调压阀基本都是需要水电站维护人员手动控制，难以避免的存在人工操作失误和监控失误，因此，需要一种可远程控制的调压阀控制系统，但是由于在水电站中，调压阀均设置于发电现场，即设置于堤坝内部，远程控制信号的接收和发送会受到极大的影响的情况，本发明利用成本偏低的调压阀来解决中小型水电站的压力和转速上升的问题，并且可以远程控制调压阀，不需要维护人员现场控制，而且使得人工失误率降低，将无线通信装置设置于堤坝上可提高无线信号的收发质量，并在无线通信装置与主控制器之间设置信号放大电路则是进一步增强无线信号的接收。下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地的详细说明，但本发明的实施方式不限于此，图中的只是本发明应用的一个示例，对本发明的原理没有本质性的约束。
实施例：
如图1和图2所示，一种基于水力发电的阀门控制系统，包括调压阀、接力器、数字平衡阀、数字平衡阀驱动器、电子显示屏、无线通信装置、水压压力表、功能按键装置、模拟信号输入装置、阀门定位器和主控制器，所述水压压力表和所述调压阀设置在水电站的引水管道中；
所述调压阀、接力器、数字平衡阀、数字平衡阀驱动器、主控制器的第一输出端依次连接，用于控制所述调压阀的打开与关闭；数字平衡阀驱动器、数字平衡阀、接力器和调压阀均为本领域通用设备，主控制器、数字平衡阀驱动器、数字平衡阀、接力器和调压阀依次连接的方式为常识，本领域的技术人员即可完成；
所述水压压力表与所述主控制器的第一输入端连接，用于采集引水管道中的水压信息；
所述模拟信号输入装置与所述主控制器双向传输连接，用于在所述主控制器的驱动下，所述模拟信号输入装置向所述主控制器发送多种输入信号，且所述输入信号为直流电压信号；
所述阀门定位器与所述主控制器的第二输入端连接，用于检测阀门的开度信号；
所述功能按键装置与所述主控制器的第三输入端连接，用于水电站维护人员手动控制；
所述电子显示屏与所述主控制器的第二输出端连接，用于显示引水管道中的水压信息、所述调压阀的开度状态信息和远程控制信息；
所述无线通信装置与所述主控制器双向传输连接，用于接收云端服务器和水电站监控中心发送来的控制信号，还用于向云端服务器和水电站监控中心发送引水管道中的水压信息和所述调压阀的开度状态信息，通过加长网线的方式将所述无线通信装置设置于堤坝之上，且所述无线通信装置与所述主控制器之间的信号输入方向上设置有信号放大电路；
模拟信号输入装置接收多种输入信号，输入信号包括常用的4-20mA直流电流信号或少数情况下使用的0-5V或0-10V直流电压信号，模拟信号输入装置将输入信号转化为0-3.3V直流电压信号，并发送至主控制器；主控制器接收转化后的直流电压信号，与阀门定位器检测到的当前阀门开度信号进行比较，获得输出信号，控制调整阀门开度信号，控制调压阀。
具体地，模拟信号输入装置采用兼容多种输入信号的检测电路，图2为本发明中的兼容多种输入信号的输入检测电路，可实现在同一接口下检测常见的4-20mA直流电流信号以及某些情形下使用的0-5V与0-10V直流电压信号，并将上述信号转化为0-3.3V直流电压信号，传递至主控制器。其中，电流信号经过电阻Rin转化为0-3.3V直流电压信号。
进一步地，输入端的电压信号被D1、D2钳位二极管限定在0到10V之间；R1、R2电阻及U1A运放构成同向电压跟随器，起隔离、保护作用，电压跟随器的输出电压等于输入端的电压，其输出电压被R3、R4分压，从0-10V转化为0-2.5V，输出电压被D3、D4钳位二极管限定在0到3V之间，并被C1电容滤除高频干扰后输出，由模数转换单元采集，得到所需的直流电压信号。
本实施例中，所述主控制器为可编程控制器，采用LS产电K120S系列PLC。可编程控制器2，即PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置；可编程控制器2采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程K120S系列PLC使用灵活，通性强，只需要在PLC端子上接入相应的输入输出信号线。变更控制功能时，支持在线或远线修改程序。这些操作和设定，本领域的技术人员即可完成，本申请就不再进行详细讲述。
本实施例中，所述模拟信号输入装置采用兼容多种输入信号的检测电路。
本实施例中，所述电子显示屏为LCD液晶显示屏。
本实施例中，所述无线通信装置为3G通信、4G通信、5G通信、WIFI通信或蓝牙通信。
本实施例中，所述功能按键装置包括开启按键、关闭按键和报警按键。
本实施例中，还包括电源管理装置，电源管理装置包括电压转换器和应急电源；电压转换器用于把220V交流市电转化为所需的直流电压；应急电源用于在主电源缺失时供电。
值得注意的是，在本方案中的主控制器是采用模拟电子集成电路和数字逻辑集成电路构成的，也是本领域的技术人员根据现有技术中的技术手段可实现的，并未涉及程序和方法上的改进，本方案的创新点也不在于此，所以本申请中没有对其进行详细讲述。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种基于水力发电的阀门控制系统，其特征在于，包括调压阀、接力器、数字平衡阀、数字平衡阀驱动器、电子显示屏、无线通信装置、水压压力表、功能按键装置、模拟信号输入装置、阀门定位器和主控制器，所述水压压力表和所述调压阀设置在水电站的引水管道中；
所述调压阀、接力器、数字平衡阀、数字平衡阀驱动器、主控制器的第一输出端依次连接，用于控制所述调压阀的打开与关闭；
所述水压压力表与所述主控制器的第一输入端连接，用于采集引水管道中的水压信息；
所述模拟信号输入装置与所述主控制器双向传输连接，用于在所述主控制器的驱动下，所述模拟信号输入装置向所述主控制器发送多种输入信号，且所述输入信号为直流电压信号；
所述阀门定位器与所述主控制器的第二输入端连接，用于检测阀门的开度信号；
所述功能按键装置与所述主控制器的第三输入端连接，用于水电站维护人员手动控制；
所述电子显示屏与所述主控制器的第二输出端连接，用于显示引水管道中的水压信息、所述调压阀的开度状态信息和远程控制信息；
所述无线通信装置与所述主控制器双向传输连接，用于接收云端服务器和水电站监控中心发送来的控制信号，还用于向云端服务器和水电站监控中心发送引水管道中的水压信息和所述调压阀的开度状态信息，通过加长网线的方式将所述无线通信装置设置于堤坝之上，且所述无线通信装置与所述主控制器之间的信号输入方向上设置有信号放大电路。
2.根据权利要求1所述的一种基于水力发电的阀门控制系统，其特征在于，所述主控制器为可编程控制器，采用LS产电K120S系列PLC。
3.根据权利要求1所述的一种基于水力发电的阀门控制系统，其特征在于，所述模拟信号输入装置采用兼容多种输入信号的检测电路。
4.根据权利要求1所述的一种基于水力发电的阀门控制系统，其特征在于，所述电子显示屏为LCD液晶显示屏。
5.根据权利要求1所述的一种基于水力发电的阀门控制系统，其特征在于，所述无线通信装置为3G通信、4G通信、5G通信、WIFI通信或蓝牙通信。
6.根据权利要求1所述的一种基于水力发电的阀门控制系统，其特征在于，所述功能按键装置包括开启按键、关闭按键和报警按键。
7.根据权利要求1所述的一种基于水力发电的阀门控制系统，其特征在于，还包括电源管理装置，电源管理装置包括电压转换器和应急电源；电压转换器用于把220V交流市电转化为所需的直流电压；应急电源用于在主电源缺失时供电。
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