CN213987281U - 一种水电站辅机控制实验模拟系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种水电站辅机控制实验模拟系统，用于水电章排水系统的模拟，便于新入员工的学习、培训。该模拟系统包括抽水模拟装置、PLC单元、人机交互单元、控制电源单元、电机控制单元及实验平台。通过上述设计，本实用新型根据辅机控制的特点，为了便于学员的使用和操作，对辅机控制系统进行模拟，利用人机交互单元对模拟系统进行操作并显示相关操作结果，PLC单元采集所有的控制信号、状态信号，实现对抽水模拟装置的自动控制，从而能够通过模拟系统实现水电站大型辅机设备的直观认识与学习，满足新入员工的学习、培训要求。因此适宜推广应用。

Description

一种水电站辅机控制实验模拟系统

技术领域

本实用新型涉及一种水电站模拟系统，具体地说，是涉及一种水电站辅机控制实验模拟系统。

背景技术

电气控制技术是一门理论和实践结合精密的一个学科，要学好电气控制技术不光要学好电气控制理论，同时还应该做好电气控制技术的仿真学习，仿真能直观的表现设备的控制工艺流程和控制动作过程，通过仿真学习可以加深对理论的理解，达到事半功倍的效果。

目前，在水电站入职教育培训中，大型结构及原理大多是到现场观察设备、理论学习或通过一年一度的检修期在现场进行学习。并且水电站辅机设备很多，最常见的是用于实验和仿真的是排水系统。因此，需要设计一种水电站辅机控制实验模拟系统，以满足新入员工的学习、培训。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种水电站辅机控制实验模拟系统，用于水电站排水系统的模拟，便于新入员工的学习、培训。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种水电站辅机控制实验模拟系统，包括：

抽水模拟装置，用于模拟水电站的大型抽水装置；

PLC单元，用于采集所有的控制信号、状态信号，实现对抽水模拟装置的自动控制；

人机交互单元，用于对PLC单元进行输入输出控制及操作结果显示；

控制电源单元，用于为PLC单元、人机交互单元提供控制电源；

电机控制单元，用于对抽水模拟装置的水泵进行控制；

实验平台，用于PLC单元、人机交互单元、控制电源单元安装及操作。

进一步地，所述抽水模拟装置包括装置主体，设置于装置主体下方的底部蓄水池，通过进水管与出水管与底部蓄水池连通并设置于装置主体上方的顶部蓄水池，设置于底部蓄水池内与进水管连通的水泵，设置于出水管上的第一排水阀，以及设置于顶部蓄水池内的液位传感器和浮球开关；其中，所述液位传感器和浮球开关与PLC单元相连。

进一步地，所述进水管设置有两根，对应地，所述水泵设置有两个。

进一步地，所述抽水模拟装置还包括设置于装置主体中部左右两侧的润滑水电磁阀，所述润滑水电磁阀与PLC单元相连。

进一步地，所述底部蓄水池设置有用于排水的第二排水阀。

进一步地，所述第一排水阀、第二排水阀均为电磁阀且均与PLC单元相连。

进一步地，所述人机交互单元包括操作部分和显示部分，操作部分包括切换开关和按钮，切换开关用于选择控制方式，按钮用于水泵的手动启停控制；显示部分包括液晶显示器和指示灯，显示部分用于指示当前设备的状态和控制参数的输入。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

(1)本实用新型根据辅机控制的特点，为了便于学员的使用和操作，对辅机控制系统进行模拟，利用人机交互单元对模拟系统进行操作并显示相关操作结果，PLC单元采集所有的控制信号、状态信号，实现对抽水模拟装置的自动控制，从而能够通过模拟系统实现水电站大型辅机设备的直观认识与学习，满足新入员工的学习、培训要求。

(2)本实用新型中的抽水模拟装置装置主体采用透明结构，整个设备的模拟控制的动作均能直观地展现出来，同时，液位传感器输出为4-20mA的模拟量，接入PLC单元的AI模块，用于培训、学习模拟量的采集。浮球开关用于定点测量底部蓄水池的液位，浮球开关输出为开关量，接入PLC单元的DI模块，用于培训、学习开关量的采集，使整个装置教学模拟更加直观高效。

(3)本实用新型通过设置两个进水管、两台水泵，除了实现模拟单泵的手动控制和自动控制外，本装置还可以模拟两台泵的自动启停控制、双泵轮换控制、故障顶替控制等双泵控制的复杂功能。

(4)本实用新型在实验装置主体的左右内侧各安装了一只润滑水电磁阀，用于模拟大型抽水装置中润滑水电磁阀的开启和关闭，模拟功能更丰富。

附图说明

图1为本实用新型的整体原理框图。

图2为本实用新型中的抽水模拟装置的立体结构示意图。

图3为本实用新型中的抽水模拟装置另一视角的立体结构示意图。、

图4为本发明中实验平台的立体结构示意图。

图5为本发明中实验平台的俯视结构示意图。

图6为本发明中实验平台的立体结构的另一角度示意图。

其中，附图标记对应的名称为：

1-装置主体，2-底部蓄水池，3-进水管，4-出水管，5-顶部蓄水池，6-水泵，7-第一排水阀，8-液位传感器，9-浮球开关，10-润滑水电磁阀，11-第二排水阀，12-主体平台，13-控制器件安装区，14-操作控制区，15-主线槽，16-导轨，17-分线槽，18-过线孔，19-操作显示面板，20-触摸屏安装孔，21-操作件安装孔，22-调试电脑放置区，23-合页，24-工具箱。

具体实施方式

下面结合附图说明和实施例对本实用新型作进一步说明，本实用新型的方式包括但不仅限于以下实施例。

实施例

如图1～3所示，本实用新型公开的一种水电站辅机控制实验模拟系统，包括：

抽水模拟装置，用于模拟水电站的大型抽水装置；

PLC单元，用于采集所有的控制信号、状态信号，实现对抽水模拟装置的自动控制。

人机交互单元，用于对PLC单元进行输入输出控制及操作结果显示。包括操作部分和显示部分，操作部分包括切换开关和按钮，切换开关用于选择控制方式，按钮用于水泵的手动启停控制。显示部分包括液晶显示器和指示灯，显示部分用于指示当前设备的状态和控制参数的输入。

控制电源单元，用于为PLC单元、人机交互单元提供控制电源。该单元采用双开关电源模块供电，一路开关电源采用两路切换后的AC220V交流电源供电，一路开关电源采用DC220V直流电源供电。输出2路DC24V电源，两路DC24V电源互为热备用，自动无扰切换。

电机控制单元，用于对抽水模拟装置的水泵进行控制。包括电机主回路和控制回路，电机主回路用于实现电机的供电及保护。控制回路用于电机的启动和停止控制。

实验平台，用于PLC单元、人机交互单元、控制电源单元安装及操作。

在本实施例中，所述抽水模拟装置包括装置主体1，设置于装置主体1下方的底部蓄水池2，通过进水管3与出水管4与底部蓄水池2连通并设置于装置主体1上方的顶部蓄水池5，设置于底部蓄水池2内与进水管3连通的水泵6，设置于出水管4上的第一排水阀7，以及设置于顶部蓄水池5内的液位传感器8和浮球开关9；其中，所述液位传感器8和浮球开关9与PLC单元相连。为了便于观察，抽水模拟装置的装置主体1由透明材料制成。

同时，在本实施例中，所述进水管3设置有两根，对应地，所述水泵6设置有两个。因此，在进行仿真模拟时，该装置上可以模拟单台水泵的手动启停控制，也可以通过对采集的液位信号处理实现单台泵的自动启停控制。单泵自动启停流程：当顶部蓄水池水位低于设置的启泵水位值时自动开启润滑水，然后启动水泵抽水，当水池水位上升到停泵水位时，自动停止水泵。

除了实现单泵的手动控制和自动控制外，本装置还可以模拟两台泵的自动启停控制、双泵轮换控制、故障顶替控制等双泵控制的复杂功能。当顶部蓄水池水位低于设置的其中一个作为主泵的启动水位值时自动开启主用水泵润滑水然后启动主用水泵抽水，当水位低于作为备用水泵的启泵水位值时，自动启动备用水泵的润滑水然后启动备用水泵抽水，当水位上升到停泵水位时，两台泵均自动停止。

在本实施例中，所述模拟装置还包括设置于装置主体1中部左右两侧的润滑水电磁阀10，所述润滑水电磁阀10与PLC单元相连。

同时，所述底部蓄水池2设置有用于排水的第二排水阀11，且所述第一排水阀7、第二排水阀11均为电磁阀并均与PLC单元相连。当一次自动抽水完成后，为了进行下一次抽水实验，可以通过第一排水阀将顶部蓄水池的水直接排放到底部蓄水池。同时底部蓄水池下水池的第二排水阀用于当实验完成或需要搬运实验装置时，可以通过第二排水阀将底部蓄水池的水排干。

如图4～6所示，在本实施例中，所述实验平台包括主体平台12，分别设置于主体平台12上左右两个部分的控制器件安装区13及操作控制区14。其中，所述控制器件安装区13包括在主体平台12上形成方形框架的主线槽15，以及设置于框架内并平行于主线槽15一边交错排布的导轨16和分线槽17。其中，所述主线槽15与所述分线槽17内部贯通，导轨16与分线槽17之间形成安装空隙，导轨用于安装PLC、继电器、空开、接触器、热继电器、保险、接线端子等控制元器件，元器件之间的接线通过分线槽走线，并一同并入到主线槽中，主线槽中的连接线缆通过过线孔18进入到操作控制区14内，与操作控制区14中的控制设备进行连接。

在本实施例中，所述实验平台所述操作控制区14包括倾斜设置于主体平台12上的操作显示面板19，设置于操作显示面板19上的触摸屏安装孔20及若干用于安装指示灯、按钮、切换开关的操作件安装孔21，以及设置于主体平台12上并位于操作显示面板19前端的调试电脑放置区22。

为了方便接线，所述实验平台的操作显示面板下方设置有旋转合页，通过旋转合页可以将操作面板向前旋转150度，旋转后可以方便的进行触摸屏、指示灯、按钮、切换开关的背部接线，当背部接线完成将操作显示面板旋转回原位。并且，所述主体平台12下端背部设置有用于放置安装实验工具的工具箱24。工具箱设置有活动门，打开门可以放置螺丝刀、斜口钳、尖嘴钳、剥线钳等安装实验工具。

整个实验模拟系统在自动控制模式下具有如下功能：自动启停控制、主备轮换、故障切换、综合停机保护等。

自动启停控制：当水位上升到达启动主泵水位时，控制系统自动启动主泵，如果水位继续上升到备用启动水位时，备用泵启动，如果水位还继续上升到高报警水位时，控制系统报警，当水位下降到停泵水位时，停止所有排水泵。

主备轮换：在自动方式下，水泵的启动顺序受水泵的主态和备态控制，当需要启动水泵时为主态的水泵先启动，为备态的水泵后启动。为了保证两台泵的运行时间和次数平衡，延长水泵使用寿命，程序中对水泵的主态和备态进行了轮换控制，轮换方式为：水泵启停一次轮换一次，主泵轮换顺序为1#→2#→1#循环轮换，备用也依次跟着轮换。

初始主态水泵的确定：最先投入自动的水泵为主态水泵。

故障切换：主用水泵故障时(自动停运)，备用水泵自动升级为主用水泵顶替故障水泵运行。

综合停机保护：在自动方式时，控制系统对水泵的停机保护包括：电源消失、无运行反馈、故障反馈、出水示流中断，当水泵出现以上任意情况时，装置自动停止该水泵。

通过上述设计，本实用新型对辅机控制系统进行模拟，利用人机交互单元对模拟系统进行操作并显示相关操作结果，PLC单元采集所有的控制信号、状态信号，实现对抽水模拟装置的自动控制，从而能够通过模拟系统实现水电站大型辅机设备的直观认识与学习，满足新入员工的学习、培训要求。因此，与现有技术相比，本实用新型具有实质性的特点和进步。

上述实施例仅为本实用新型的优选实施方式之一，不应当用于限制本实用新型的保护范围，但凡在本实用新型的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本实用新型一致的，均应当包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种水电站辅机控制实验模拟系统，其特征在于，包括：

抽水模拟装置，用于模拟水电站的大型抽水装置；

PLC单元，用于采集所有的控制信号、状态信号，实现对抽水模拟装置的自动控制；

人机交互单元，用于对PLC单元进行输入输出控制及操作结果显示；

控制电源单元，用于为PLC单元、人机交互单元提供控制电源；

电机控制单元，用于对抽水模拟装置的水泵进行控制；

实验平台，用于PLC单元、人机交互单元、控制电源单元安装及操作。

2.根据权利要求1所述的一种水电站辅机控制实验模拟系统，其特征在于，所述抽水模拟装置包括装置主体(1)，设置于装置主体(1)下方的底部蓄水池(2)，通过进水管(3)与出水管(4)与底部蓄水池(2)连通并设置于装置主体(1)上方的顶部蓄水池(5)，设置于底部蓄水池(2)内与进水管(3)连通的水泵(6)，设置于出水管(4)上的第一排水阀(7)，以及设置于顶部蓄水池(5)内的液位传感器(8)和浮球开关(9)；其中，所述液位传感器(8)和浮球开关(9)与PLC单元相连。

3.根据权利要求2所述的一种水电站辅机控制实验模拟系统，其特征在于，所述进水管(3)设置有两根，对应地，所述水泵(6)设置有两个。

4.根据权利要求3所述的一种水电站辅机控制实验模拟系统，其特征在于，所述抽水模拟装置还包括设置于装置主体(1)中部左右两侧的润滑水电磁阀(10)，所述润滑水电磁阀(10)与PLC单元相连。

5.根据权利要求4所述的一种水电站辅机控制实验模拟系统，其特征在于，所述底部蓄水池(2)设置有用于排水的第二排水阀(11)。

6.根据权利要求5所述的一种水电站辅机控制实验模拟系统，其特征在于，所述第一排水阀(7)、第二排水阀(11)均为电磁阀且均与PLC单元相连。

7.根据权利要求1所述的一种水电站辅机控制实验模拟系统，其特征在于，所述人机交互单元包括操作部分和显示部分，操作部分包括切换开关和按钮，切换开关用于选择控制方式，按钮用于水泵的手动启停控制；显示部分包括液晶显示器和指示灯，显示部分用于指示当前设备的状态和控制参数的输入。

Images