水電站刀閘控制系統和水電站刀閘控制裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及水電站刀閘控制系統和水電站刀閘控制裝置，該系統包括監控中心和至少一個水電站刀閘控制裝置，控制裝置包括控制部分和電路部分，控制部分包括控制器和觸摸屏，控制器與觸摸屏通訊連接；電路部分包括控制線路和電機線路。所有的水電站刀閘控制裝置中的控制器均與監控中心通訊連接。這種控制方式保證了控制的靈活性和高效性；而且能夠靈活控制刀閘的分合閘，保證了分合閘的可靠性，保證了后續維修人員的人身安全。而且，該裝置能夠降低電氣接線施工量和潛在的故障點，簡化電氣調試及運行維護，實現集約化。
【專利說明】
水電站刀閘控制系統和水電站刀閘控制裝置
技術領域
[0001 ]本實用新型涉及水電站刀閘控制系統和水電站刀閘控制裝置。
【背景技術】
[0002] 水能由于其清潔、無污染、能源無窮無盡的特性受到了越來越多的重視，相應地， 國家在水電站的投入也越來越多，比如:三峽水電站和黃河小浪底水電站。水電站中的發電 部分主要包括:水輪機，用于將水能轉化為電能；電能變送電路，用于將水輪機發出的電能 進行變送以及輸出。由于高壓開關在電路中起到接通或者斷開電路的作用，所以，其在電路 中有相當重要的位置，電路的日常維護以及電路安全全部依靠這些高壓開關，那么，高壓開 關的正常控制以及動作對于整個電路來說是非常重要的。
[0003] 高壓開關的操作需要外部控制才能夠進行分合閘動作，比如刀閘是依靠電動操動 機構來實現刀閘的分合閘，利用電機的正反轉來實現分合閘。
[0004] 但是，目前，控制刀閘分合閘的控制裝置大多是較為簡單，無法進行有效地控制； 而且，在控制時不能對刀閘的分合閘進行實時詳細地監控，無法實時獲知控制及運行的具 體情況。 【實用新型內容】
[0005] 本實用新型的目的是提供一種水電站刀閘控制系統，用以解決傳統的控制方式無 法對刀閘的分合閘進行有效監控的問題。本實用新型同時提供一種水電站刀閘控制裝置。
[0006] 為實現上述目的，本實用新型的方案包括一種水電站刀閘控制系統，包括監控中 心和至少一個水電站刀閘控制裝置，所述水電站刀閘控制裝置包括PLC和觸摸屏，PLC與觸 摸屏通訊連接，所述PLC用于對應刀閘的分合閘控制，所有的PLC均輸出連接到一條總線上， 該總線通過第一光纖中繼器連接通訊光纖，所述通訊光纖通過第二光纖中繼器連接監控中 心。
[0007] 所述控制裝置包括控制線路和電機線路，所述控制線路包括分閘控制支路和合閘 控制支路，所述分閘控制支路上串設有分閘繼電器的常開觸點和繼電器KA的控制線圈，所 述合閘控制支路上串設有合閘繼電器的常開觸點和繼電器KE的控制線圈，所述電機線路由 第一電機支路和第二電機支路并聯構成，所述第一電機支路上依次串設有繼電器KE的一個 常開觸點和繼電器KA的一個常開觸點，所述第二電機支路上依次串設有繼電器KA的另一個 常開觸點和繼電器KE的另一個常開觸點，用于分合閘的電機的一個供電端連接所述繼電器 KE的一個常開觸點和繼電器KA的一個常開觸點的連接點，所述電機的另一個供電端連接所 述繼電器KA的另一個常開觸點和繼電器KE的另一個常開觸點的連接點;PLC控制連接對應 裝置的分閘繼電器和合閘繼電器。
[0008] 所述分閘控制支路上還串設有繼電器KE的常閉觸點，所述合閘控制支路上還串設 有繼電器KA的常閉觸點。
[0009] 所述總線為ModbusPlus總線。
[0010] -種水電站刀閘控制裝置，包括控制部分和電路部分，所述控制部分包括PLC和觸 摸屏，PLC與觸摸屏通訊連接;所述電路部分包括控制線路和電機線路，所述控制線路包括 分閘控制支路和合閘控制支路，所述分閘控制支路上串設有分閘繼電器的常開觸點和繼電 器KA的控制線圈，所述合閘控制支路上串設有合閘繼電器的常開觸點和繼電器KE的控制線 圈，所述電機線路由第一電機支路和第二電機支路并聯構成，所述第一電機支路上依次串 設有繼電器KE的一個常開觸點和繼電器KA的一個常開觸點，所述第二電機支路上依次串設 有繼電器KA的另一個常開觸點和繼電器KE的另一個常開觸點，用于分合閘的電機的一個供 電端連接所述繼電器KE的一個常開觸點和繼電器KA的一個常開觸點的連接點，所述電機的 另一個供電端連接所述繼電器KA的另一個常開觸點和繼電器KE的另一個常開觸點的連接 點;PLC控制連接分閘繼電器和合閘繼電器。
[0011] 所述分閘控制支路上還串設有繼電器KE的常閉觸點，所述合閘控制支路上還串設 有繼電器KA的常閉觸點。
[0012] 所述控制裝置還包括4G通訊模塊，所述PLC與該4G通訊模塊相連接。
[0013] 所述控制裝置還包括用于檢測所述電機回路電流的電流模擬量檢測模塊，所述 PLC采樣連接所述電流模擬量檢測模塊。
[0014] 本實用新型提供的水電站刀閘控制系統專門用于對刀閘的控制，該系統專注于刀 閘的控制，能夠有效控制刀閘，實現刀閘的分合閘；并且，該系統通過PLC能夠實現刀閘控制 和組網通訊等;通過觸摸屏的組態編程，實現觸摸式的控制、各類信號的在線顯示、詳細的 日志記錄等，所以，通過該觸摸屏能夠實現良好的人機交互。重要的是，利用光纖將所有的 PLC與監控中心進行通訊連接，使監控中心能夠實時獲知各個PLC的控制狀況，方便統一監 控。所以，該系統能夠對刀閘的分合閘有一個明確地控制，保證了分合閘的可靠性，保證了 后續維修人員的人身安全，而且能夠降低電氣接線施工量和潛在的故障點，簡化電氣調試 及運行維護，實現集約化。
【附圖說明】
[0015] 圖1是水電站刀閘控制系統實物結構示意圖；
[0016]圖2是水電站刀丨I]控制系統的fg]易原理不意圖；
[0017]圖3是控制裝置控制部分的簡單原理示意圖；
[0018]圖4是觸摸屏的顯示示意圖；
[0019] 圖5是整個控制電路的電路連接示意圖；
[0020] 圖6是圖5的局部線路不意圖；
[0021] 圖7是圖5的局部線路示意圖。
【具體實施方式】
[0022] 下面結合附圖對本實用新型做進一步詳細的說明。
[0023]水電站刀閘控制系統實施例
[0024] 如圖1和圖2所示，水電站刀閘控制系統，包括開關站（即監控中心），以及至少兩個 水電站刀閘控制裝置，控制裝置的個數根據水電站的規模以及線路中的刀閘的個數具體設 定。
[0025]每個水電站刀閘控制裝置中均設置有控制器，該控制器為內部可以設置相應軟件 程序的控制芯片，比如:單片機和PLC等，本實施例以PLC為例。每個控制裝置中的PLC通過組 網與監控中心通訊連接，用于實現PLC與監控中心的數據信息的交互。實現所有的PLC與監 控中心通訊連接的手段分為有線方式和無線方式，其中，當使用無線方式時，每個PLC均配 套連接有一個無線通訊模塊，通過該無線通訊模塊與監控中心進行信息交互;而且，為了保 證數據傳輸的效率，該無線通信模塊可以是目前較為先進的4G通信模塊；當使用有線方式 時，每個PLC均連接到一個總線上，該總線通過通訊光纖與監控中心連接，實現數據的交互， 而且，作為一個具體實施例，該總線可以為ModbusPlus總線。另外，當采用光纖方式進行數 據傳輸時，在光纖的兩端加入具有雙光口的光纖中繼器，即總線通過光纖中繼器與通訊光 纖進行連接，通訊光纖通過光纖中繼器與監控中心連接。將電信號轉換為光信號，然后在將 信號傳送至開關站(監控中心）之前再將光信號轉換為電信號，保證了長距離2000m)信 號傳輸的可靠性。
[0026]這兩種數據傳輸方式均有各自的優點:使用無線通訊，傳輸距離遠，節省電纜的投 入;使用總線和光纖通訊，可方便實現可靠的MB+通訊，"遙信量、遙控量、遙測量"的可擴展 性和友好的、多樣化的人機交互，彰顯了產品的新穎性、靈活性。
[0027] 對于其中任意一個控制裝置，包括控制部分和電路部分，如圖3所示，控制部分除 了包括PLC外還包括觸摸屏，同一個控制裝置中的PLC與觸摸屏之間采用編程電纜連接，而 且通過RS232進行通訊。
[0028] PLC包括若干個功能模塊，如表1所示，其為施耐德PLC，其容納10個插件的背板插 槽、24V的電源模塊、Unity CPU 486處理器、開關量輸入模塊、開關量輸出模塊、模擬量輸入 模塊、MB+通訊模塊等。各功能模塊按照順序集成在同一背板上，并采用PLC內部統一的CPU 模塊處理。另外，根據高壓開關需要采集的開關量、模擬量點數配備相應的輸入模塊，根據 輸出點數配備相應的輸出模塊，根據全站通訊組網方式的要求配備相應的通訊模塊。
[0031] 觸摸屏用于參數的輸入以及對主控制、GIS狀態監視、操作記錄、報警日志、版本信 息、用戶管理等畫面的顯示，如圖4所示，方便工作人員查看。
[0032] 如圖5所示，控制裝置中的電路部分包括控制線路和電機線路。圖6和圖7均為圖5 的局部電路圖，并且，通過圖6和圖7中的電路圖能夠較為直觀地了解該控制裝置中的電路 部分主要由哪些部分組成。如圖6所示，控制線路包括分閘控制支路和合閘控制支路，合閘 控制支路上串設有合閘繼電器KL1的常開觸點和繼電器KE的控制線圈，分閘控制支路上串 設有分閘繼電器KL2的常開觸點和繼電器KA的控制線圈；另外，為了實現互鎖，保證有效實 現合閘和分閘，在分閘控制支路上還串設有繼電器KE的常閉觸點，在合閘控制支路上還串 設有繼電器KA的常閉觸點。
[0033]另外，PLC控制連接對應的合閘繼電器KL1的控制線圈和分閘繼電器KL2的控制線 圈。
[0034]在進行合閘操作時，PLC控制合閘繼電器KL 1的控制線圈得電，KL 1的常開觸點閉 合，繼電器KE的控制線圈得電，分閘控制支路上的繼電器KE的常閉觸點斷開，保證了分閘控 制支路的有效斷開;在進行分閘操作時，與上述同理。
[0035]如圖7所示，電機線路由第一電機支路和第二電機支路并聯構成，第一電機支路上 依次串設有繼電器KE的一個常開觸點和繼電器KA的一個常開觸點，第二電機支路上依次串 設有繼電器KA的另一個常開觸點和繼電器KE的另一個常開觸點；用于分合閘的電機的一個 供電端連接繼電器KE的一個常開觸點和繼電器KA的一個常開觸點的連接點，該電機的另一 個供電端連接繼電器KA的另一個常開觸點和繼電器KE的另一個常開觸點的連接點。所以， 由圖7所示，當該電機線路中的兩個繼電器KE的常開觸點閉合時，電流從左向右流過電機； 當該電機線路中的兩個繼電器KA的常開觸點閉合時，電流從右向左流過電機，所以，當繼電 器KA和KE的常開觸點分別閉合時，提供給電機的電源正負極正好相反，實現電機的正反轉， 以此實現電機的合閘和分閘。
[0036]所以，該控制裝置的工作過程為：當進行合閘操作時，PLC控制分閘繼電器KL1的控 制線圈得電，KL1的常開觸點閉合，繼電器KE的控制線圈得電，分閘控制支路上的繼電器KE 的常閉觸點斷開，同時，電機線路上的KE的兩個常開觸點閉合，電機沿著一個方向轉動，這 里認定為正轉，實現刀閘的合閘；當進行分閘操作時，PLC控制分閘繼電器KL2的控制線圈得 電，KL2的常開觸點閉合，繼電器KA的控制線圈得電，合閘控制支路上的繼電器KA的常閉觸 點斷開，同時，電機線路上的KA的兩個常開觸點閉合，電機沿著另一個方向轉動，這里認定 為反轉，實現刀閘的分閘。
[0037] 另外，根據圖5所示的詳細電路圖，下面對電機剎車回路的原理進行說明：電動機 合閘動作到位置后，微動開關-SL1斷開，合閘繼電器線圈斷電，所有接點復位，此時KE常閉 接點、KA常閉接點、輔助開關Q常開接點都處于導通狀態，由電機Μ(ZH1端)-剎車電阻R-KE (41，42)-KA(41，42)4Q(61，63)4M(D3，D4)4Q(57,59)4KA(31，32)-KE(31，32)4 電機 Μ (ΖΗ2端)形成回路，其中電機還沒有停轉(相當于電源），電阻-R吸收電機能量，使電機很快 停轉，對電動機構起到了緩沖作用。相應地，電動機分閘動作到位置后，微動開關-SL2斷開， 分閘繼電器ΚΑ線圈斷電，所有接點復位，此時ΚΕ常閉接點、ΚΑ常閉接點、輔助開關Q常閉接點 都處于導通狀態，由電機Μ(ΖΗ1端)-剎車電阻-R-KE(41，42)-KA(41，42)4Q(62,64)4-M (D3，D4)-Q(58,60)4KA(31，32)-KE(31，32)4 電機 M(ZH2 端）形成回路，其中電機還沒有 停轉，電阻R吸收電機能量，使電機很快停轉，對電動機構起到了緩沖作用。
[0038] PLC還能夠用于檢測該用于分合閘的電機的回路電流，以實時監測該電機的運行 狀況，這時，該控制裝置就還包括用于檢測該電機回路電流的電流模擬量檢測模塊，比如電 流互感器等現有的電流檢測裝置，該電流檢測模塊設置在電機的回路中，PLC采樣連接該電 流模擬量檢測模塊。不管PLC在進行何種控制或者接收何種數據信號，其均需要設置相應的 軟件程序。利用Unity軟件進行PLC軟件的編寫，根據具體的控制對象的不同，將整個程序依 據不同的功能分成了若干子程序，對各個子程序的掃描順序進行編排整合后加入主程序之 中。在整個主程序中，初始化的子程序主要完成對開關量輸入輸出、中間變量、時間寄存器 和計數寄存器等的復位功能。控制子程序主要完成各個功能的控制。報警信號掃描子程序 則主要完成對各監測狀態量發生跳變的報警功能。在利用Vijeo Designer對觸摸屏進行組 態和程序編寫時，為使人機界面直觀明了，分別設置了主控制、GIS狀態監視、操作記錄、報 警日志、版本信息、用戶管理等畫面。
[0039] 圖6和圖7是控制電路的示意圖，在滿足上述控制的基礎上，該電路中還可以包括 其他部分，比如電機線路中還串設熔斷器，用于保護線路。
[0040] 水電站刀閘控制裝置實施例
[0041] 該控制裝置的具體結構在上述系統實施例中已經有了詳細描述，這里不再具體說 明。
[0042] 以上給出了具體的實施方式，但本實用新型不局限于所描述的實施方式。本實用 新型的基本思路在于上述基本方案，對本領域普通技術人員而言，根據本實用新型的教導， 設計出各種變形的模型、公式、參數并不需要花費創造性勞動。在不脫離本實用新型的原理 和精神的情況下對實施方式進行的變化、修改、替換和變型仍落入本實用新型的保護范圍 內。
【主權項】
1. 一種水電站刀閘控制系統，其特征在于，包括監控中心和至少一個水電站刀閘控制 裝置，所述水電站刀閘控制裝置包括PLC和觸摸屏，PLC與觸摸屏通訊連接，所述PLC用于對 應刀閘的分合閘控制，所有的PLC均輸出連接到一條總線上，該總線通過第一光纖中繼器連 接通訊光纖，所述通訊光纖通過第二光纖中繼器連接監控中心。2. 根據權利要求1所述的水電站刀閘控制系統，其特征在于，所述控制裝置包括控制線 路和電機線路，所述控制線路包括分閘控制支路和合閘控制支路，所述分閘控制支路上串 設有分閘繼電器的常開觸點和繼電器KA的控制線圈，所述合閘控制支路上串設有合閘繼電 器的常開觸點和繼電器KE的控制線圈，所述電機線路由第一電機支路和第二電機支路并聯 構成，所述第一電機支路上依次串設有繼電器KE的一個常開觸點和繼電器KA的一個常開觸 點，所述第二電機支路上依次串設有繼電器KA的另一個常開觸點和繼電器KE的另一個常開 觸點，用于分合閘的電機的一個供電端連接所述繼電器KE的一個常開觸點和繼電器KA的一 個常開觸點的連接點，所述電機的另一個供電端連接所述繼電器KA的另一個常開觸點和繼 電器KE的另一個常開觸點的連接點;PLC控制連接對應裝置的分閘繼電器和合閘繼電器。3. 根據權利要求2所述的水電站刀閘控制系統，其特征在于，所述分閘控制支路上還串 設有繼電器KE的常閉觸點，所述合閘控制支路上還串設有繼電器KA的常閉觸點。4. 根據權利要求1所述的水電站刀閘控制系統，其特征在于，所述總線為ModbusPlus總 線。5. -種水電站刀閘控制裝置，其特征在于，包括控制部分和電路部分，所述控制部分包 括PLC和觸摸屏，PLC與觸摸屏通訊連接;所述電路部分包括控制線路和電機線路，所述控制 線路包括分閘控制支路和合閘控制支路，所述分閘控制支路上串設有分閘繼電器的常開觸 點和繼電器KA的控制線圈，所述合閘控制支路上串設有合閘繼電器的常開觸點和繼電器KE 的控制線圈，所述電機線路由第一電機支路和第二電機支路并聯構成，所述第一電機支路 上依次串設有繼電器KE的一個常開觸點和繼電器KA的一個常開觸點，所述第二電機支路上 依次串設有繼電器KA的另一個常開觸點和繼電器KE的另一個常開觸點，用于分合閘的電機 的一個供電端連接所述繼電器KE的一個常開觸點和繼電器KA的一個常開觸點的連接點，所 述電機的另一個供電端連接所述繼電器KA的另一個常開觸點和繼電器KE的另一個常開觸 點的連接點;PLC控制連接分閘繼電器和合閘繼電器。6. 根據權利要求5所述的水電站刀閘控制裝置，其特征在于，所述分閘控制支路上還串 設有繼電器KE的常閉觸點，所述合閘控制支路上還串設有繼電器KA的常閉觸點。7. 根據權利要求5所述的水電站刀閘控制裝置，其特征在于，所述控制裝置還包括4G通 訊模塊，所述PLC與該4G通訊模塊相連接。8. 根據權利要求5所述的水電站刀閘控制裝置，其特征在于，所述控制裝置還包括用于 檢測所述電機回路電流的電流模擬量檢測模塊，所述PLC采樣連接所述電流模擬量檢測模 塊。
【文檔編號】G05B19/05GK205644221SQ201620257477
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年3月30日
【發明人】蔡杰, 龐永鵬, 魯小榮, 王曉磊, 陳志勇, 彭斌
【申請人】河南平高電氣股份有限公司, 平高集團有限公司, 國家電網公司