水电站刀闸控制系统和水电站刀闸控制装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及水电站刀闸控制系统和水电站刀闸控制装置，该系统包括监控中心和至少一个水电站刀闸控制装置，控制装置包括控制部分和电路部分，控制部分包括控制器和触摸屏，控制器与触摸屏通讯连接；电路部分包括控制线路和电机线路。所有的水电站刀闸控制装置中的控制器均与监控中心通讯连接。这种控制方式保证了控制的灵活性和高效性；而且能够灵活控制刀闸的分合闸，保证了分合闸的可靠性，保证了后续维修人员的人身安全。而且，该装置能够降低电气接线施工量和潜在的故障点，简化电气调试及运行维护，实现集约化。
【专利说明】
水电站刀闸控制系统和水电站刀闸控制装置
技术领域
[0001 ]本实用新型涉及水电站刀闸控制系统和水电站刀闸控制装置。
【背景技术】
[0002] 水能由于其清洁、无污染、能源无穷无尽的特性受到了越来越多的重视，相应地， 国家在水电站的投入也越来越多，比如:三峡水电站和黄河小浪底水电站。水电站中的发电 部分主要包括:水轮机，用于将水能转化为电能；电能变送电路，用于将水轮机发出的电能 进行变送以及输出。由于高压开关在电路中起到接通或者断开电路的作用，所以，其在电路 中有相当重要的位置，电路的日常维护以及电路安全全部依靠这些高压开关，那么，高压开 关的正常控制以及动作对于整个电路来说是非常重要的。
[0003] 高压开关的操作需要外部控制才能够进行分合闸动作，比如刀闸是依靠电动操动 机构来实现刀闸的分合闸，利用电机的正反转来实现分合闸。
[0004] 但是，目前，控制刀闸分合闸的控制装置大多是较为简单，无法进行有效地控制； 而且，在控制时不能对刀闸的分合闸进行实时详细地监控，无法实时获知控制及运行的具 体情况。 【实用新型内容】
[0005] 本实用新型的目的是提供一种水电站刀闸控制系统，用以解决传统的控制方式无 法对刀闸的分合闸进行有效监控的问题。本实用新型同时提供一种水电站刀闸控制装置。
[0006] 为实现上述目的，本实用新型的方案包括一种水电站刀闸控制系统，包括监控中 心和至少一个水电站刀闸控制装置，所述水电站刀闸控制装置包括PLC和触摸屏，PLC与触 摸屏通讯连接，所述PLC用于对应刀闸的分合闸控制，所有的PLC均输出连接到一条总线上， 该总线通过第一光纤中继器连接通讯光纤，所述通讯光纤通过第二光纤中继器连接监控中 心。
[0007] 所述控制装置包括控制线路和电机线路，所述控制线路包括分闸控制支路和合闸 控制支路，所述分闸控制支路上串设有分闸继电器的常开触点和继电器KA的控制线圈，所 述合闸控制支路上串设有合闸继电器的常开触点和继电器KE的控制线圈，所述电机线路由 第一电机支路和第二电机支路并联构成，所述第一电机支路上依次串设有继电器KE的一个 常开触点和继电器KA的一个常开触点，所述第二电机支路上依次串设有继电器KA的另一个 常开触点和继电器KE的另一个常开触点，用于分合闸的电机的一个供电端连接所述继电器 KE的一个常开触点和继电器KA的一个常开触点的连接点，所述电机的另一个供电端连接所 述继电器KA的另一个常开触点和继电器KE的另一个常开触点的连接点;PLC控制连接对应 装置的分闸继电器和合闸继电器。
[0008] 所述分闸控制支路上还串设有继电器KE的常闭触点，所述合闸控制支路上还串设 有继电器KA的常闭触点。
[0009] 所述总线为ModbusPlus总线。
[0010] -种水电站刀闸控制装置，包括控制部分和电路部分，所述控制部分包括PLC和触 摸屏，PLC与触摸屏通讯连接;所述电路部分包括控制线路和电机线路，所述控制线路包括 分闸控制支路和合闸控制支路，所述分闸控制支路上串设有分闸继电器的常开触点和继电 器KA的控制线圈，所述合闸控制支路上串设有合闸继电器的常开触点和继电器KE的控制线 圈，所述电机线路由第一电机支路和第二电机支路并联构成，所述第一电机支路上依次串 设有继电器KE的一个常开触点和继电器KA的一个常开触点，所述第二电机支路上依次串设 有继电器KA的另一个常开触点和继电器KE的另一个常开触点，用于分合闸的电机的一个供 电端连接所述继电器KE的一个常开触点和继电器KA的一个常开触点的连接点，所述电机的 另一个供电端连接所述继电器KA的另一个常开触点和继电器KE的另一个常开触点的连接 点;PLC控制连接分闸继电器和合闸继电器。
[0011] 所述分闸控制支路上还串设有继电器KE的常闭触点，所述合闸控制支路上还串设 有继电器KA的常闭触点。
[0012] 所述控制装置还包括4G通讯模块，所述PLC与该4G通讯模块相连接。
[0013] 所述控制装置还包括用于检测所述电机回路电流的电流模拟量检测模块，所述 PLC采样连接所述电流模拟量检测模块。
[0014] 本实用新型提供的水电站刀闸控制系统专门用于对刀闸的控制，该系统专注于刀 闸的控制，能够有效控制刀闸，实现刀闸的分合闸；并且，该系统通过PLC能够实现刀闸控制 和组网通讯等;通过触摸屏的组态编程，实现触摸式的控制、各类信号的在线显示、详细的 日志记录等，所以，通过该触摸屏能够实现良好的人机交互。重要的是，利用光纤将所有的 PLC与监控中心进行通讯连接，使监控中心能够实时获知各个PLC的控制状况，方便统一监 控。所以，该系统能够对刀闸的分合闸有一个明确地控制，保证了分合闸的可靠性，保证了 后续维修人员的人身安全，而且能够降低电气接线施工量和潜在的故障点，简化电气调试 及运行维护，实现集约化。
【附图说明】
[0015] 图1是水电站刀闸控制系统实物结构示意图；
[0016]图2是水电站刀丨I]控制系统的fg]易原理不意图；
[0017]图3是控制装置控制部分的简单原理示意图；
[0018]图4是触摸屏的显示示意图；
[0019] 图5是整个控制电路的电路连接示意图；
[0020] 图6是图5的局部线路不意图；
[0021] 图7是图5的局部线路示意图。
【具体实施方式】
[0022] 下面结合附图对本实用新型做进一步详细的说明。
[0023]水电站刀闸控制系统实施例
[0024] 如图1和图2所示，水电站刀闸控制系统，包括开关站（即监控中心），以及至少两个 水电站刀闸控制装置，控制装置的个数根据水电站的规模以及线路中的刀闸的个数具体设 定。
[0025]每个水电站刀闸控制装置中均设置有控制器，该控制器为内部可以设置相应软件 程序的控制芯片，比如:单片机和PLC等，本实施例以PLC为例。每个控制装置中的PLC通过组 网与监控中心通讯连接，用于实现PLC与监控中心的数据信息的交互。实现所有的PLC与监 控中心通讯连接的手段分为有线方式和无线方式，其中，当使用无线方式时，每个PLC均配 套连接有一个无线通讯模块，通过该无线通讯模块与监控中心进行信息交互;而且，为了保 证数据传输的效率，该无线通信模块可以是目前较为先进的4G通信模块；当使用有线方式 时，每个PLC均连接到一个总线上，该总线通过通讯光纤与监控中心连接，实现数据的交互， 而且，作为一个具体实施例，该总线可以为ModbusPlus总线。另外，当采用光纤方式进行数 据传输时，在光纤的两端加入具有双光口的光纤中继器，即总线通过光纤中继器与通讯光 纤进行连接，通讯光纤通过光纤中继器与监控中心连接。将电信号转换为光信号，然后在将 信号传送至开关站(监控中心）之前再将光信号转换为电信号，保证了长距离2000m)信 号传输的可靠性。
[0026]这两种数据传输方式均有各自的优点:使用无线通讯，传输距离远，节省电缆的投 入;使用总线和光纤通讯，可方便实现可靠的MB+通讯，"遥信量、遥控量、遥测量"的可扩展 性和友好的、多样化的人机交互，彰显了产品的新颖性、灵活性。
[0027] 对于其中任意一个控制装置，包括控制部分和电路部分，如图3所示，控制部分除 了包括PLC外还包括触摸屏，同一个控制装置中的PLC与触摸屏之间采用编程电缆连接，而 且通过RS232进行通讯。
[0028] PLC包括若干个功能模块，如表1所示，其为施耐德PLC，其容纳10个插件的背板插 槽、24V的电源模块、Unity CPU 486处理器、开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入 模块、MB+通讯模块等。各功能模块按照顺序集成在同一背板上，并采用PLC内部统一的CPU 模块处理。另外，根据高压开关需要采集的开关量、模拟量点数配备相应的输入模块，根据 输出点数配备相应的输出模块，根据全站通讯组网方式的要求配备相应的通讯模块。
[0031] 触摸屏用于参数的输入以及对主控制、GIS状态监视、操作记录、报警日志、版本信 息、用户管理等画面的显示，如图4所示，方便工作人员查看。
[0032] 如图5所示，控制装置中的电路部分包括控制线路和电机线路。图6和图7均为图5 的局部电路图，并且，通过图6和图7中的电路图能够较为直观地了解该控制装置中的电路 部分主要由哪些部分组成。如图6所示，控制线路包括分闸控制支路和合闸控制支路，合闸 控制支路上串设有合闸继电器KL1的常开触点和继电器KE的控制线圈，分闸控制支路上串 设有分闸继电器KL2的常开触点和继电器KA的控制线圈；另外，为了实现互锁，保证有效实 现合闸和分闸，在分闸控制支路上还串设有继电器KE的常闭触点，在合闸控制支路上还串 设有继电器KA的常闭触点。
[0033]另外，PLC控制连接对应的合闸继电器KL1的控制线圈和分闸继电器KL2的控制线 圈。
[0034]在进行合闸操作时，PLC控制合闸继电器KL 1的控制线圈得电，KL 1的常开触点闭 合，继电器KE的控制线圈得电，分闸控制支路上的继电器KE的常闭触点断开，保证了分闸控 制支路的有效断开;在进行分闸操作时，与上述同理。
[0035]如图7所示，电机线路由第一电机支路和第二电机支路并联构成，第一电机支路上 依次串设有继电器KE的一个常开触点和继电器KA的一个常开触点，第二电机支路上依次串 设有继电器KA的另一个常开触点和继电器KE的另一个常开触点；用于分合闸的电机的一个 供电端连接继电器KE的一个常开触点和继电器KA的一个常开触点的连接点，该电机的另一 个供电端连接继电器KA的另一个常开触点和继电器KE的另一个常开触点的连接点。所以， 由图7所示，当该电机线路中的两个继电器KE的常开触点闭合时，电流从左向右流过电机； 当该电机线路中的两个继电器KA的常开触点闭合时，电流从右向左流过电机，所以，当继电 器KA和KE的常开触点分别闭合时，提供给电机的电源正负极正好相反，实现电机的正反转， 以此实现电机的合闸和分闸。
[0036]所以，该控制装置的工作过程为：当进行合闸操作时，PLC控制分闸继电器KL1的控 制线圈得电，KL1的常开触点闭合，继电器KE的控制线圈得电，分闸控制支路上的继电器KE 的常闭触点断开，同时，电机线路上的KE的两个常开触点闭合，电机沿着一个方向转动，这 里认定为正转，实现刀闸的合闸；当进行分闸操作时，PLC控制分闸继电器KL2的控制线圈得 电，KL2的常开触点闭合，继电器KA的控制线圈得电，合闸控制支路上的继电器KA的常闭触 点断开，同时，电机线路上的KA的两个常开触点闭合，电机沿着另一个方向转动，这里认定 为反转，实现刀闸的分闸。
[0037] 另外，根据图5所示的详细电路图，下面对电机刹车回路的原理进行说明：电动机 合闸动作到位置后，微动开关-SL1断开，合闸继电器线圈断电，所有接点复位，此时KE常闭 接点、KA常闭接点、辅助开关Q常开接点都处于导通状态，由电机Μ(ZH1端)-刹车电阻R-KE (41，42)-KA(41，42)4Q(61，63)4M(D3，D4)4Q(57,59)4KA(31，32)-KE(31，32)4 电机 Μ (ΖΗ2端)形成回路，其中电机还没有停转(相当于电源），电阻-R吸收电机能量，使电机很快 停转，对电动机构起到了缓冲作用。相应地，电动机分闸动作到位置后，微动开关-SL2断开， 分闸继电器ΚΑ线圈断电，所有接点复位，此时ΚΕ常闭接点、ΚΑ常闭接点、辅助开关Q常闭接点 都处于导通状态，由电机Μ(ΖΗ1端)-刹车电阻-R-KE(41，42)-KA(41，42)4Q(62,64)4-M (D3，D4)-Q(58,60)4KA(31，32)-KE(31，32)4 电机 M(ZH2 端）形成回路，其中电机还没有 停转，电阻R吸收电机能量，使电机很快停转，对电动机构起到了缓冲作用。
[0038] PLC还能够用于检测该用于分合闸的电机的回路电流，以实时监测该电机的运行 状况，这时，该控制装置就还包括用于检测该电机回路电流的电流模拟量检测模块，比如电 流互感器等现有的电流检测装置，该电流检测模块设置在电机的回路中，PLC采样连接该电 流模拟量检测模块。不管PLC在进行何种控制或者接收何种数据信号，其均需要设置相应的 软件程序。利用Unity软件进行PLC软件的编写，根据具体的控制对象的不同，将整个程序依 据不同的功能分成了若干子程序，对各个子程序的扫描顺序进行编排整合后加入主程序之 中。在整个主程序中，初始化的子程序主要完成对开关量输入输出、中间变量、时间寄存器 和计数寄存器等的复位功能。控制子程序主要完成各个功能的控制。报警信号扫描子程序 则主要完成对各监测状态量发生跳变的报警功能。在利用Vijeo Designer对触摸屏进行组 态和程序编写时，为使人机界面直观明了，分别设置了主控制、GIS状态监视、操作记录、报 警日志、版本信息、用户管理等画面。
[0039] 图6和图7是控制电路的示意图，在满足上述控制的基础上，该电路中还可以包括 其他部分，比如电机线路中还串设熔断器，用于保护线路。
[0040] 水电站刀闸控制装置实施例
[0041] 该控制装置的具体结构在上述系统实施例中已经有了详细描述，这里不再具体说 明。
[0042] 以上给出了具体的实施方式，但本实用新型不局限于所描述的实施方式。本实用 新型的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本实用新型的教导， 设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本实用新型的原理 和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本实用新型的保护范围 内。
【主权项】
1. 一种水电站刀闸控制系统，其特征在于，包括监控中心和至少一个水电站刀闸控制 装置，所述水电站刀闸控制装置包括PLC和触摸屏，PLC与触摸屏通讯连接，所述PLC用于对 应刀闸的分合闸控制，所有的PLC均输出连接到一条总线上，该总线通过第一光纤中继器连 接通讯光纤，所述通讯光纤通过第二光纤中继器连接监控中心。2. 根据权利要求1所述的水电站刀闸控制系统，其特征在于，所述控制装置包括控制线 路和电机线路，所述控制线路包括分闸控制支路和合闸控制支路，所述分闸控制支路上串 设有分闸继电器的常开触点和继电器KA的控制线圈，所述合闸控制支路上串设有合闸继电 器的常开触点和继电器KE的控制线圈，所述电机线路由第一电机支路和第二电机支路并联 构成，所述第一电机支路上依次串设有继电器KE的一个常开触点和继电器KA的一个常开触 点，所述第二电机支路上依次串设有继电器KA的另一个常开触点和继电器KE的另一个常开 触点，用于分合闸的电机的一个供电端连接所述继电器KE的一个常开触点和继电器KA的一 个常开触点的连接点，所述电机的另一个供电端连接所述继电器KA的另一个常开触点和继 电器KE的另一个常开触点的连接点;PLC控制连接对应装置的分闸继电器和合闸继电器。3. 根据权利要求2所述的水电站刀闸控制系统，其特征在于，所述分闸控制支路上还串 设有继电器KE的常闭触点，所述合闸控制支路上还串设有继电器KA的常闭触点。4. 根据权利要求1所述的水电站刀闸控制系统，其特征在于，所述总线为ModbusPlus总 线。5. -种水电站刀闸控制装置，其特征在于，包括控制部分和电路部分，所述控制部分包 括PLC和触摸屏，PLC与触摸屏通讯连接;所述电路部分包括控制线路和电机线路，所述控制 线路包括分闸控制支路和合闸控制支路，所述分闸控制支路上串设有分闸继电器的常开触 点和继电器KA的控制线圈，所述合闸控制支路上串设有合闸继电器的常开触点和继电器KE 的控制线圈，所述电机线路由第一电机支路和第二电机支路并联构成，所述第一电机支路 上依次串设有继电器KE的一个常开触点和继电器KA的一个常开触点，所述第二电机支路上 依次串设有继电器KA的另一个常开触点和继电器KE的另一个常开触点，用于分合闸的电机 的一个供电端连接所述继电器KE的一个常开触点和继电器KA的一个常开触点的连接点，所 述电机的另一个供电端连接所述继电器KA的另一个常开触点和继电器KE的另一个常开触 点的连接点;PLC控制连接分闸继电器和合闸继电器。6. 根据权利要求5所述的水电站刀闸控制装置，其特征在于，所述分闸控制支路上还串 设有继电器KE的常闭触点，所述合闸控制支路上还串设有继电器KA的常闭触点。7. 根据权利要求5所述的水电站刀闸控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括4G通 讯模块，所述PLC与该4G通讯模块相连接。8. 根据权利要求5所述的水电站刀闸控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括用于 检测所述电机回路电流的电流模拟量检测模块，所述PLC采样连接所述电流模拟量检测模 块。
【文档编号】G05B19/05GK205644221SQ201620257477
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年3月30日
【发明人】蔡杰, 庞永鹏, 鲁小荣, 王晓磊, 陈志勇, 彭斌
【申请人】河南平高电气股份有限公司, 平高集团有限公司, 国家电网公司