CN111176203A - 一种水电厂防水淹厂房报警控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水电厂防水淹厂房报警控制系统，控制系统包括多个组成环网相互通讯的PLC控制柜，PLC控制柜用于监测各测点的水位计信号，通过逻辑判断方法发出测点水位过高停机信号或测点水位偏高报警信号至中控室LCU；PLC控制柜上设置触摸屏，触摸屏通过网络与PLC控制柜进行通讯，用于显示各测点的水位值和报警点信号状态；PLC控制柜通过远程IO箱或光纤转换器与端子箱连接；远程IO控制箱用于将距离较远的较多测点信号集中采集后传输至PLC控制柜内，光纤转换器用于远距离的少量测点信号逐个转换为光纤信号传输到PLC控制柜；端子箱连接水位计组、用于将测点冗余的信号转接至PLC控制柜；水位计组由3种不同原理的水位计组成。

Description

一种水电厂防水淹厂房报警控制系统

技术领域

本发明属于自动化控制报警领域，涉及一种水电厂防水淹厂房报警控制系统。

背景技术

水电厂无人值班是现代水力发电厂的一种新型运行管理模式，是国际一流水电企业的重要标志之一。水电站一般按“无人值班”管控模式运行，电站的运行管理由集控中心和电站运维部共同承担，集控中心负责远程值守、监控工作，电站负责现场运行及应急值守工作。相对常规电站来说，“无人值班”电站巡视人员少，不能保证第一时间发现事故点和处置。根据国家电力公司2002年发布的《水电厂无人值班的若干规定》要求，水电厂须设置水淹厂房控制系统，发生水淹厂房事故时须有报警和信号动作开出作用于机组紧急停机。

一般原有的防水淹厂房系统传感器均为单点检测，直接接入监控系统，无冗余检测手段，信号易误发，可靠性不高。防水淹厂房系统设置的测点太少，很多都是几台机组公用一个测点，没有分别对应每台机组的测点，完全不能满足大型电厂的水淹厂房报警控制需求。防水淹厂房系统测点单一、不能灵活配置组态、无网络化、现场可视化程度低、原有简单的检测不能满足完全实现“无人电厂”的要求。

根据水电厂无人值班要求，为了及时、有效、迅速地处理水淹厂房事故，避免或降低因水淹厂房迫使机组停机造成的重大经济损失和政治影响,避免和减轻因水淹厂房事故对水电厂可能造成的重大设备损坏等事故。建立一套有效的防水淹厂房控制系统能够让运行、维护人员第一时间掌握事故信息，及时做出有效的应对措施，防止事故进一步扩大，提高水电厂对水淹厂房事件的应急响应和处理能力。

发明内容

本发明的目的在于：提供了一种水电厂防水淹厂房报警控制系统，解决了现有技术中存在误动作、可靠性不高、监测点位不完善的技术问题，应用于大型水电厂防水淹厂房控制。

本发明采用的技术方案如下：

一种水电厂防水淹厂房报警控制系统，控制系统包括多个组成环网相互通讯的PLC控制柜，PLC控制柜用于监测各测点的水位计信号，通过逻辑判断方法发出测点水位过高停机信号或测点水位偏高报警信号至中控室LCU；PLC控制柜上设置触摸屏，触摸屏通过网络与PLC控制柜进行通讯，用于显示各测点的水位值和报警点信号状态；PLC控制柜通过远程IO箱或光纤转换器与端子箱连接；远程IO控制箱用于将距离较远的较多测点信号集中采集后传输至PLC控制柜内，光纤转换器用于远距离的少量测点信号转换为光纤信号传输到PLC控制柜；端子箱连接水位计组、用于将测点冗余的信号转接至PLC控制柜；水位计组由3种不同原理的水位计组成；水位计包括超声波液位计、电极液位计、音叉液位计或浮子液位计。

本方案包括PLC控制柜、触摸屏、网络交换机、水位计、上位计算机监控系统LCU。PLC控制柜之间组成环网相互通讯，用于监测各测点的冗余的水位计信号，通过逻辑判断，开出水位过高报警信号和水位超过机组停机信号，并将信号送至电厂中控室LCU；触摸屏显示各测点的水位值和报警点信号状态，可在水电厂内网的任一计算机上查看防水淹厂房控制系统各测点的水位状态及报警。信号转接端子箱，用于将测点冗余的信号通过端子排或光纤转换器转接至PLC控制柜，方便测点水位计的接线和检修，各测点冗余的水位计，同一个测点有3种不同原理的水位计组成，包含有1个超声波传感器、1组电极式水位计、2个音叉式水位计或浮子水位计，用于检测测点处水位并将信号送至PLC控制柜。

所述逻辑判断方法包括：

S1：每个测点设置3种水位计信号输入PLC控制柜，音叉液位计和浮子液位计输入2个开关量至PLC控制柜，分别对应音叉偏高动作和音叉过高动作；电极液位计输入2个开关量至PLC，分别对应电极偏高动作和电机过高动作；

S2：超声波液位计输入4-20mA模拟量信号至PLC控制柜，在PLC控制柜中设置2个模拟量水位偏高值和过高值与超声波液位输入的值进行比较；如果输入的超声波模拟量信号大于设值1则输出超声波水位偏高，如果输入的超声波模拟量信号大于设值2则输出超声波水位过高；

S3：每种水位计输入的信号先进行自诊断，如果PLC控制柜输入的音叉或电极开关量信号没有偏高动作而有过高动作，则判断该水位计动作矛盾，超声波液位输入的4-20mA模拟量信号、如果不在4-20mA范围内测判定超声波电流超出范围；

S4:如果某处测点具有任意一种音叉动作矛盾、电极动作矛盾或超声波电流超出范围的情况则判定该处测点传感器故障；

S5:如果某处测点具有任意两种或三种音叉动作矛盾、电极动作矛盾或超声波电流超出范围的情况则判定该处测点传感器故障则判定该处测点失效，故障状态均在PLC柜上触摸屏上显示和记录；

S6：水位偏高报警判定：水位计正常情况下，PLC根据各处测点输入的3种信号音叉水位偏高、电极水位偏高、超声波水位偏高进行3选2逻辑判断，如果输入的3种信号有任2个信号动作则发出测点水位偏高报警，此时不停机，只通知运行维护值班人员进行现场查看处理；

S7水位过高停机判定：水位计正常情况下，PLC根据各处测点输入的3种信号音叉水位过高、电极水位过高、超声波水位过高进行3选2逻辑判断，如果输入的3种信号有任2个信号动作则发出测点水位过高报警，在测点无失效、测点动作无禁止、测点水位过高均满足时，开出水位过高停机信号停止相应的机组，同时发出水淹厂房报警和开出启动厂房内排水系统命令。

所述触摸屏具有修改各测点报警参数值功能和Web发布功能。触摸屏安装在PLC控制柜上，通过网络与PLC进行通讯，用于显示各测点的水位值和报警点信号状态，并可以修改各测点的报警参数值；触摸屏组态的程序具有Web发布功能，可在水电厂内网的任一计算机上查看防水淹厂房控制系统各测点的水位状态。

还包括网络交换机，网络交换机用于将全部PLC控制柜组成一个环网，各PLC控制柜之间可以相互通讯，PLC控制柜通过网络交换机将信号送至中控室LCU及水电厂内网中。网络交换机，用于将大型电厂整个防水淹厂房控制系统组成一个环网，各PLC之间可以相互通讯，PLC通过网络交换机将信号送至中控室LCU及水电厂内网。

所述水位计组由一个超声波液位计、一个电极液位计和两个音叉液位计组成，包括公用LCU。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1.水位测点设三种不同原理水位计，三个信号均送到PLC控制柜，在PLC控制柜上进行逻辑判断，任意2个信号通过“与”逻辑，可以得到3个信号，这3个信号通过“或”逻辑出口。经过这样的逻辑判断，可以保证在有2个以上的水淹厂房信号出现时，保护系统才会动作出口。

2.防水淹厂房PLC控制柜之间组成环网，可减少网络中断故障造成信号不能上送的机率。

3.分层控制：可通过PLC控制柜控制的逻辑判断开出相应的机组停机信号；或根据PLC控制柜上送至中控室LCU的报警及水位值，运行人员在中控室给出机组停机信号。防水淹厂房控制系统可以防止误动作，达到提高可靠性的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图，其中：

图1是本发明网络结构图；

图2是本发明各测点水位计配置接口示意图；

图3是本发明测点音叉动作矛盾动作逻辑图；

图4是本发明测点电极动作矛盾动作逻辑图；

图5是本发明测点传感器故障动作逻辑图；

图6是本发明测点失效动作逻辑图；

图7是本发明测点水位过高动作逻辑图；

图8是本发明测点水位过高停机动作逻辑图；

图9是本发明测点水位偏高报警动作逻辑图；

图10是本发明停机报警信号发布流程图；

图中标记：1-PLC控制柜，2-触摸屏，3-光端机，4-远程IO箱，5-光纤转换器，6-端子箱，7-光纤收发器，8-网络交换机，9-中控室LCU，10-公用LCU，12-超声波液位计，13-电极液位计，14-音叉液位计，15-浮子水位计。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

下面结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例一

本发明较佳实施例提供的一种水电厂防水淹厂房报警控制系统，

如图1和图2所示，本发明专利提供一种技术方案，系统包含了PLC控制柜1、触摸屏2、MB+光端机3、远程IO箱4、光纤转换器5、端子箱6、光纤收发器7、网络交换机8、中控室LCU9、水位计(超声波液位计12、电极液位计13、音叉液位计14或浮子液位计15)。系统网络以以太网为主要通讯方式，网络结构为分层结构，中控室计算机LCU负责数据信号存储及报警记录；中间层为下位机PLC控制柜1，主要负责水位信号逻辑判断，发出报警及停机信号，触摸屏2显示水位信号状态；水位计为下层的信号检测元件。远距离的测点信号采用光纤传输以减少现场信号干扰，保证动作信号不误动作；PLC控制柜与LCU形成光纤环网以保证系统通讯的可靠性。

实施例二

如图2所示，本发明专利防水淹厂房控制系统各测点水位计配置接口图，每个测点设置冗余的3种不同原理的水位计(超声波液位计12、电极液位计13、音叉液位计14或浮子液位计15)，各测点水位计信号接入端子箱6，再接入PLC控制柜1，通过PLC控制柜1中逻辑程序判断测点的水位是否发出报警或停机信号。

功能实现：

全厂共9台机组，每3台机组设置1台PLC控制柜，1、2、3号机组对应1#PLC控制柜，4、5、6号机组对应2#PLC控制柜，7、8、9号机组对应3#PLC控制柜，每台机组分别在尾水室层、水轮机机坑、技术供水层以及A相、B相、C相主变室集油坑各设置1套水位计测点，另在厂房交通洞设置2套水位测点，厂房渗漏集水井设置1套水位测点，将厂房交通洞和厂房渗漏集水井的水位测点信号接入距离相对较近的3#PLC控制柜。3台PLC控制柜之间组成环网通讯，每台机组的水位测点状态和报警停机信号均能在每个PLC控制柜的触摸屏上显示，并能上送至机组公用LCU10和中控室LCU9，保证了系统通讯的可靠性。每套水位测点配置3种不同原理的水位计，离PLC控制柜距离较近尾水室层、水轮机机坑、技术供水层水位测点信号接入端子箱(现地端子箱可以方便水位计检修和维护更换)内再通过电缆转接至PLC控制柜；主变室集油坑的测点距离远，在主变室B相设置1个远程IO箱接入A相、B相、C相主变室集油坑的水位信号，再通过MB+光端机3将远程IO信号转换成光信号传输至PLC控制柜，减少了信号干扰，保证了信号传输的准确性。厂房交通洞的水位测点至3#PLC控制柜距离在2公里以上，在现地端子箱和PLC控制柜内各设置1台光纤转换器，将厂房交通洞水位计模拟量和开关量信号接入现地端子箱内的光纤转换器，通过光纤送至PLC控制柜内的光纤转换器，PLC控制柜内的光纤转换器把接收信号转换成模拟量和开关量后再接入PLC控制柜。

PLC控制柜根据各处水位测点输入的信号，通过逻辑判断后，开出水位偏高和水位过高(停机)信号，同时将信号上送至机组公用LCU10和中控室LCU9；在触摸屏上显示各处水位计的状态(故障或失效)、水位报警、模拟量水位值、记录报警或故障，并将这些信号进行Web发布，以供相关人员查看。

实施例三

如图4-9所示，本发明专利的测点水位信号PLC控制柜逻辑图，每个测点3种水位计信号输入PLC控制柜，音叉液位计14或浮子开关输入2个开关量至PLC控制柜，分别对应音叉水位偏高和水位过高；电极液位计13输入2个开关量至PLC控制柜，分别对应电极水位偏高和水位过高；超声波液位计12输入4-20mA模拟量信号至PLC控制柜，在PLC控制柜中设置2个模拟量水位偏高值和过高值与超声波液位输入的值进行比较，如果输入的超声波模拟量信号大于设值1则输出超声波水位偏高，如果输入的超声波模拟量信号大于设值2则输出超声波水位过高。

每种水位计输入的信号先进行自诊断，如果PLC控制柜输入的音叉或电极开关量信号没有水位偏高动作而有水位过高动作，则判断该水位计动作矛盾，超声波液位输入的4-20mA模拟量信号如果不在4-20mA范围内测判定超声波电流超出范围，如果某处测点的3种水位计如1种水位计不正常(音叉动作矛盾或电极动作矛盾或超声波电流超出范围)则判定该处测点传感器故障，如有2种水位计不正常则判定该处测点失效，故障状态均在PLC控制柜上触摸屏上显示和记录。

水位偏高报警判定：水位计正常情况下，PLC控制柜根据各处测点输入的3种信号音叉水位偏高、电极水位偏高、超声波水位偏高进行3选2逻辑判断，如果输入的3种信号有任2个信号动作则发出测点水位偏高报警，此但不停机，只通知运行维护值班人员进行现场查看处理。

水位过高(停机)判定：水位计正常情况下，PLC控制柜根据各处测点输入的3种信号音叉水位过高、电极水位过高、超声波水位过高进行3选2逻辑判断，如果输入的3种信号有任2个信号动作则发出测点水位过高报警，在测点无失效、测点动作无禁止、测点水位过高均满足时，开出水位过高停机信号停止相应的机组，同时发出水淹厂房报警和开出启动厂房内排水系统命令。

实施例四

如图10所示，本发明专利停机信号发布流程，防水淹厂房系统自动运行，实时监测各处水位信号的状态，如监测到水位偏高信号，根据PLC控制柜内的逻辑判断开出水位偏高信号，如监测到水位过高信号，根据PLC控制柜内的逻辑判断开出水位过高信号，发出水淹厂房报警和开出启动厂房内排水系统命令。同时将报警和停机信号送至机组公用LCU10和中控室LCU9通知运行维护值班人员，过程中监测到的报警和故障信号均记录在触摸屏内，并进行Web发布，在水电厂内网的任一台计算机上均可查看当前的水位状态及报警信号。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明的保护范围，任何熟悉本领域的技术人员在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种水电厂防水淹厂房报警控制系统，其特征在于：控制系统包括多个组成环网相互通讯的PLC控制柜(1)，PLC控制柜(1)用于监测各测点的水位计信号，通过逻辑判断方法发出测点水位过高停机信号或测点水位偏高报警信号至中控室LCU(9)；

PLC控制柜(1)上设置触摸屏(2)，触摸屏(2)通过网络与PLC控制柜(1)进行通讯，用于显示各测点的水位值和报警点信号状态；

PLC控制柜(1)通过远程IO箱(4)或光纤转换器(5)与端子箱(6)连接；远程IO控制箱(4)用于将距离较远的较多测点信号集中采集后传输至PLC控制柜(1)内，光纤转换器(5)用于远距离的少量测点信号逐个转换为光纤信号传输到PLC控制柜；端子箱(6)连接水位计组、用于将测点冗余的信号转接至PLC控制柜(1)；

水位计组由3种不同原理的水位计组成；水位计包括超声波液位计(12)、电极液位计(13)、音叉液位计(14)或浮子液位计。

2.根据权利要求1所述的一种水电厂防水淹厂房报警控制系统，其特征在于：所述逻辑判断方法包括：

S1：每个测点设置3种水位计信号输入PLC控制柜(1)，音叉液位计(14)或浮子液位计输入2个开关量至PLC控制柜(1)，分别对应音叉(或浮子)偏高动作和音叉(或浮子)过高动作；电极液位计(13)输入2个开关量至PLC，分别对应电极偏高动作和电极过高动作；

S2：超声波液位计(12)输入4-20mA模拟量信号至PLC控制柜(1)，在PLC控制柜(1)中设置2个模拟量水位偏高值和过高值与超声波液位输入的值进行比较；如果输入的超声波模拟量信号大于设值1则输出超声波水位偏高，如果输入的超声波模拟量信号大于设值2则输出超声波水位过高；

S3：每种水位计输入的信号先进行自诊断，如果PLC控制柜(1)输入的音叉或电极开关量信号没有偏高动作而有过高动作，则判断该水位计动作矛盾，超声波液位输入的4-20mA模拟量信号、如果不在4-20mA范围内测判定超声波电流超出范围；

S4:如果某处测点具有任意一种音叉动作矛盾、电极动作矛盾或超声波电流超出范围的情况则判定该处测点传感器故障；

S5:如果某处测点具有任意两种或三种音叉动作矛盾、电极动作矛盾或超声波电流超出范围的情况则判定该处测点传感器故障则判定该处测点失效，故障状态均在PLC柜上触摸屏上显示和记录；

S6：水位偏高报警判定：水位计正常情况下，PLC根据各处测点输入的3种信号音叉水位偏高、电极水位偏高、超声波水位偏高进行3选2逻辑判断，如果输入的3种信号有任2个信号动作则发出测点水位偏高报警，此时不停机，只通知运行维护值班人员进行现场查看处理；

S7水位过高停机判定：水位计正常情况下，PLC根据各处测点输入的3种信号音叉水位过高、电极水位过高、超声波水位过高进行3选2逻辑判断，如果输入的3种信号有任2个信号动作则发出测点水位过高报警，在测点无失效、测点动作无禁止、测点水位过高均满足时，开出水位过高停机信号停止相应的机组，同时发出水淹厂房报警和开出启动厂房内排水系统命令。

3.根据权利要求1所述的一种水电厂防水淹厂房报警控制系统，其特征在于：所述触摸屏(2)具有修改各测点报警参数值功能和Web发布功能。

4.根据权利要求1所述的一种水电厂防水淹厂房报警控制系统，其特征在于：还包括网络交换机(8)，网络交换机(8)用于将全部PLC控制柜(1)组成一个环网，各PLC控制柜(1)之间可以相互通讯，PLC控制柜(1)通过网络交换机(8)将信号送至中控室LCU(9)及水电厂内网中。

5.根据权利要求1所述的一种水电厂防水淹厂房报警控制系统，其特征在于：所述水位计组由一个超声波液位计(12)、一个电极液位计(13)和两个音叉液位计(14)组成。

6.根据权利要求1所述的一种水电厂防水淹厂房报警控制系统，其特征在于：包括公用LCU(10)。

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