閘門控制需求分析

                               閘門控制需求分析

                         上海申弘閥門有限公司

一、閘門現(xiàn)地控制單元 
閘門現(xiàn)地控制單元一般安裝在閘門啟閉機房或者系統(tǒng)配電中心，由可編程控制器、智能閘門測控儀、控制電器、邏輯保護電路、操作按鈕（觸摸屏）、狀態(tài)指示燈、電流電壓采集顯示表等組成，成套于一臺機柜內(nèi)，通過接線端子與閘位傳感器、荷重傳感器、機械限位、閉鎖保護、啟閉機電機、三相交流電源進線等連接。具有以下功能： 
1、顯示功能:數(shù)字顯示閘位、荷重、行程設(shè)定值、荷重兩極報警設(shè)定值、電網(wǎng)電壓、運行電流等參數(shù)；提升，降落等各種運行狀態(tài)指示。 
2、參數(shù)設(shè)定:通過按鍵設(shè)定行程值、上下限位值、荷重兩級報警設(shè)定值等參數(shù)。 
3、操作閘門：通過按鍵可提升、降落閘門到位置。 
4、安全保護：具有數(shù)字電子限位、機械限位、負載過荷、工作超時、閘門啟閉機過電流、方式閉鎖等多重保護功能，確保閘門運行安全可靠。 
5、通訊功能: 
•可遠程修改參數(shù)，遵循后一次有效原則；  •實時過程參數(shù)、運行狀態(tài)上傳；  
•接收并執(zhí)行遠程遙控控制命令，提升、降落閘門到位置。

 6、多種控制方式:  
•手動控制：在智能閘門測控儀、PLC計算機等設(shè)備發(fā)生故障的情況下，可手動提升、降落閘門。 
•自動控制：預(yù)置閘門行程設(shè)定值，可提升、降落閘門到位置。  

•遠程控制：接收并執(zhí)行遠程遙控命令，提升、降落閘門到位置。 三種控制方式的優(yōu)先級依次是手動控制、自動控制、遠程控制。 技術(shù)參數(shù)： 
電源電壓：三相AC380V ± 10%  

運行環(huán)境：－10 ～＋50 ℃， RH≤90%

測量范圍：0-40m  

測控精度：≤1cm 
通訊方式：現(xiàn)場總線、光纖 系統(tǒng)功能： 
上位機是系統(tǒng)的指揮、監(jiān)控中心，它可以與上級管理中心聯(lián)網(wǎng)。 上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥,蒸汽減壓閥,先導式減壓閥,空氣減壓閥,氮氣減壓閥,水用減壓閥,自力式減壓閥,比例減壓閥)、安全閥、保溫閥、低溫閥、球閥、截止閥、閘閥、止回閥、蝶閥、過濾器、放料閥、隔膜閥、旋塞閥、柱塞閥、平衡閥、調(diào)節(jié)閥、疏水閥、管夾閥、排污閥、排氣閥、排泥閥、氣動閥門、電動閥門、高壓閥門、中壓閥門、低壓閥門、水力控制閥、真空閥門、襯膠閥門、襯氟閥門。通過上位機與PLC的通訊功能指揮系統(tǒng)運行和修改參數(shù)。 PLC是系統(tǒng)現(xiàn)地控制核心，可以獨立控制閘門系統(tǒng)正常運行。 自動監(jiān)測被控閘門開度及工況，LED顯示 計算機監(jiān)測記錄閘門運行參數(shù)和運行狀態(tài) 自動監(jiān)測閘門上下游水位，并根據(jù)上下游水位調(diào)整閘門開度 根據(jù)操作規(guī)程自動控制閘門啟閉 具有手動/自動轉(zhuǎn)換功能 有必要聯(lián)動的設(shè)備具有合理的聯(lián)動功能 具有梯形連鎖功能 實時遠程遙控單個、多個閘門啟閉定時打印、召喚打印各種運行報表自動生成日報表、月報表、年報表 可定開度自動控制、定水位或定流量自動控制 
計算各閘門過流量、合計流量及各泄水建筑累計過水總量 具有故障報警、故障位置分析處理功能 
具有操作過程查詢、檢索功能技術(shù)指標自動生成閘門運行實時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫、事件數(shù)據(jù)庫 

1、 數(shù)據(jù)采集與處理 
這部分功能包括對實時數(shù)據(jù)的采集、進行必要的數(shù)據(jù)預(yù)處理并以一定的格式存入實時數(shù)據(jù)庫。通常按照信號性質(zhì)的不同把它分分為模擬量、開關(guān)量及脈沖數(shù)字量等，其采集及處理方法也各不相同。 
（1） 模擬量的采集與處理 
這一類實時量包括電氣模擬量、非電氣模擬量及溫度量，對它們的采集范圍、處理方式以及各量的變化規(guī)律的變化規(guī)律各不相同，所要求的采集周期也各不相同。 
電氣模擬量系指電壓、電流、頻率及功率、功率因素等電氣信號量。非電氣模擬量主要指壓力、流量、水位、位移等信號量。溫度量也屬于非電氣模擬量，出于其采集的信號是測溫電阻，且其變化速度一般也比較緩慢，因此將其單列出來。其處理包括預(yù)防回路斷線及斷線檢測功能、信號抗干擾、數(shù)字濾波、誤差補償、數(shù)據(jù)有效性合理性判斷、標度換算、梯度計算、越限判斷、越限報警，后經(jīng)格式化處理后形成實時數(shù)據(jù)并存入實時數(shù)據(jù)庫。 
（2） 開關(guān)量的采集 
開關(guān)量采集包括中斷型開關(guān)量和非中斷型開關(guān)量兩種。中斷型開關(guān)量信號指計算機監(jiān)控系統(tǒng)能以中斷方式迅速響應(yīng)事故信號、斷路器分合及重要繼電保護的動作信號。采集這些信號并做出一系列必要的反應(yīng)及自動操作。中斷型開關(guān)量信號輸入為無源接點輸入，中斷方式接收。 
非中斷型開關(guān)量信號。包括各類故障信號、斷路器及隔離開關(guān)位置信號、機組設(shè)備運行狀態(tài)信號、手動自動方式選擇的位置信號等。計算機監(jiān)控系統(tǒng)對這些信號的采集方式為定期掃描。對信號的處理包括光電隔離、接點防抖動處理、硬件及軟件濾波、基準時間補償、數(shù)據(jù)有效性合理判斷、啟動相關(guān)量處理功能（如啟動事故順序記錄、發(fā)事故報警音響、畫面自動推出以及自動停機等）。 
2、運行安全監(jiān)視 
（1）運行實時監(jiān)視及參數(shù)在線修改 
計算機監(jiān)控系統(tǒng)可以使運行值班人員通過LED對各主設(shè)備及輔助設(shè)備的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)視控制及在線修改參數(shù)。 
（2） 參數(shù)越復限報警記錄 
監(jiān)控系統(tǒng)將對某些參數(shù)以及計算機數(shù)據(jù)進行范圍監(jiān)視，進行趨勢分析，可預(yù)先設(shè)定其限制范圍，當它們越限或越復*要作相應(yīng)的處理。這些處理包括越限報警、越復*的自動顯示、記錄和打?。粏酉嚓P(guān)量分析功能，作故障原因提示。 
（3） 事故順序記錄 
當閘門發(fā)生事故時，計算機監(jiān)控系統(tǒng)將立即以中斷方式響應(yīng)并自動顯示、記錄和打印事故名稱及時間；記錄、顯示和打印相關(guān)設(shè)備的動作情況；自動推出相關(guān)畫面；對事故原因進行分析并提示處理方法；計算機監(jiān)控系統(tǒng)能將發(fā)生的事故及設(shè)備的動作情況按其發(fā)生的先后順序記錄下來。 
（4） 故障狀變顯示記錄 
計算機監(jiān)控系統(tǒng)定時掃描查詢各故障信號，一旦發(fā)生故障，故障報警信號將在CRT上以為醒目的方式即時地顯示出來，以供值班人員查看。 
（5） 趨勢分析判斷 
對閘門啟閉機定子溫度、軸承溫度、電機電流、電壓、功率、主變壓器供電等進行趨勢分析；對閘門上、下游水位，水閘開啟高度，過閘流量，閘門實時荷重，即時流量等參數(shù)的變化趨勢曲線進行分析，趨勢變化速率超過上、下限值時向各工作站值守人員發(fā)出報警信號。 
3、 運行指導 
（1） 開、停機過程監(jiān)視 
當開、停機指令下達后，計算機監(jiān)控系統(tǒng)能以流程圖的形式實時顯示全部開、機的過程中每一步驟及執(zhí)行情況，提示在開、停機過程受阻時部位及其原因，進行開環(huán)運行指導甚至閉環(huán)自動控制操作。 
（2） 一次設(shè)備操作指導當閘門一次設(shè)備要進行啟閘操作時，計算機監(jiān)控系統(tǒng)將能根據(jù)當前的運行狀態(tài)及隔離開關(guān)閉鎖條件，判斷該設(shè)備在當前是否允許操作并給出相應(yīng)的標志。 
（3）用電系統(tǒng)操作指導 
計算機監(jiān)控系統(tǒng)能判斷某個用電斷路器或刀閘在當前是否允許操作并給出相應(yīng)的標志。 
4、 控制與調(diào)節(jié) 
（1） 操作員通過操作員工作站的顯示器、鍵盤等，對監(jiān)控對象進行下列控制與調(diào)節(jié)，但不限于此。 
a. 閘門啟閉；

b. 閘門開度； 
c. 閘門無功功率增減；

d. 閘門聯(lián)合運行的投/切； 
e.380V、220V及以上的斷路器及0.4KV用電的進線開關(guān)的合/分及閉鎖；

f. 各輔助設(shè)備的操作；

g. 各種整定值和限值的設(shè)定；

h. 計算機系統(tǒng)設(shè)備投/切； 
i. 報警復歸：當運行人員已了解事故或事件的情況后，可對報警信號手動復歸； 
j. 能提供設(shè)備安全標記系統(tǒng)，可由操作員手動或應(yīng)用程序自動實現(xiàn)禁止對被選中設(shè)備的控制。 
計算機監(jiān)控系統(tǒng)能根據(jù)設(shè)定的流量及當前的運行狀態(tài)及各閘門各自的特定情況確定當前各閘門的*啟閉順序，根據(jù)閘門運行要求按順序?qū)崿F(xiàn)自動開、停機操作，同時還可自動調(diào)整每臺參加聯(lián)合運行閘門開度，并保證在運行方式發(fā)生變化時對電力系統(tǒng)所產(chǎn)生的擾動小。 
5、 調(diào)度管理 （

1） 監(jiān)視 
在中控室液晶顯示器上，顯示閘門的運行情況。 主要監(jiān)視內(nèi)容有：

a. 閘門運行工況

b. 閘門輔助設(shè)備運行情況

c. 變壓器運行工況

d. 380V隔離開關(guān)的位置

e. 線路運行工況

f. 公用設(shè)備運行工況

g.用電運行方式  

h. 越限、越復限、故障、事故的顯示，報警并自動顯示有參數(shù)并推出相關(guān)畫面  

i. 過程監(jiān)視：監(jiān)視機組運行工況的轉(zhuǎn)換過程  

j. 監(jiān)控系統(tǒng)異常監(jiān)視：監(jiān)控系統(tǒng)的硬件或軟件發(fā)生事故則立 即發(fā)出報警信號，并在LED及打印機上顯示記錄，指示故障部位。  

（2） 記錄、報告所有監(jiān)控對象的操作、報警事件及實時參數(shù)報表等可記錄下來，并能以中文格式在LED上顯示，在打印機上打印。打印記錄分為定時打印記錄、事故故障打印記錄、操作打印記錄及召喚打印記錄等工作方式。能在打印機和繪圖儀上打印各種現(xiàn)場水情報表、歷史數(shù)據(jù)庫中的歷史水情報表和曲線、歷史圖片、報警曲線等信息。  

記錄、報告的主要內(nèi)容有：

a. 操作事件記錄

b. 報警事件記錄 c. 定值變更記錄

d. 報告

e. 各種統(tǒng)計表

f. 趨勢記錄

 g. 事故追憶和相關(guān)量記錄

（3） 信息資料數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)  對從實地采集來的數(shù)據(jù)進行管理、分析、統(tǒng)計、生成報表并打印輸出。具體，我們要分析水閘日引、排水流量；具備上、下游水勢突變信息的捕獲；依據(jù)上下游水位分析閘門開啟需求；分析階段引流、排泄流量。輸出內(nèi)容包括：  

a、各閘門上、下游日水位過程線。水位報表。 
b、各閘門引、排歷時及對應(yīng)流量報表。

 c、輸出實時流量變化曲線，工作效率變化曲線。

 d、輸出水位、電機轉(zhuǎn)速、輸入功率、能源單耗等數(shù)據(jù)報表。  當閘門某一參數(shù)越*，監(jiān)控系統(tǒng)同時顯示打印其相關(guān)參數(shù)的對應(yīng)數(shù)值。

（4）、數(shù)據(jù)庫維護  能實時地維護實時數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫，包括對數(shù)據(jù)庫記錄的增加、刪除、修改、查詢和數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的備份。  

（5）、系統(tǒng)維護與設(shè)置  用戶能根據(jù)自己的需要和興趣愛好來設(shè)置系統(tǒng)的工作環(huán)境，通過設(shè)置現(xiàn)場站點的基本參數(shù)、數(shù)據(jù)采集處理、通訊及控制的功能參數(shù)來設(shè)置系統(tǒng)的運行環(huán)境。系統(tǒng)還具有即時幫助和操作指導文件等幫助功能。包括系統(tǒng)自診斷、操作指南、幫助說明等。    

二、系統(tǒng)主要性能指標  

1．環(huán)境參數(shù)  中控室:環(huán)境溫度：15℃-35 ℃   相對濕度：40%-88%  現(xiàn)  場:環(huán)境溫度：-10℃-+45℃  相對濕度：5%-95%（無凝露）

2．實時性  數(shù)字量采集周期<1S  模擬量采集周期   電量≤1S   非電量≤10S 實時數(shù)據(jù)庫更新時間＜1.5S 控制命令響應(yīng)時間：  控制命令回答響應(yīng)時間＜1S   主控級對現(xiàn)場系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和控制的響應(yīng)時間≤2S 調(diào)用新畫面的響應(yīng)時間：  從運行人員發(fā)出一個新的圖像調(diào)用指令開始到圖像*顯示在LED上 為止的LED響應(yīng)時間＜1S;  報警或事件發(fā)生到LED屏幕顯示和發(fā)出響聲的時間＜1.5S。  3、可靠性 
本系統(tǒng)設(shè)備的MTBF參數(shù)如下：  主控計算機（含硬盤）>12000h 現(xiàn)地控制單元PLC>20000h  4、可維修性  可維修性參數(shù)MTTR＜0.5h  設(shè)備具有自診治斷和尋找故障程序，能定位到模塊，在現(xiàn)場更換故障部件后即恢復正常；  具有便于試驗和隔離故障的斷開點； PLC的I/O模塊可帶電插拔。 5、可用率  系統(tǒng)可用率在整個系統(tǒng)交接前的試運行期間30天內(nèi)不低于99.9%，在設(shè)備驗收后的兩年保證期內(nèi)達到98.8%。

有狀態(tài)顯示 有故障自診斷能力 可帶電插拔 開關(guān)量輸出模塊： 
為繼電器輸出 隔離電阻>10MΩ 負載電流>2A 有故障自診斷能力 可帶電插拔 模擬量輸入模塊: 
轉(zhuǎn)換分辨率：16位 
轉(zhuǎn)換精度：不大于正負0.1%FS 差模抑制比≥95dB 共模抑制比≥ 105dB 隔離電壓>1780Vrms 有狀態(tài)顯示和故障診斷 可帶電插拔 繼電保護裝置 
IS：裝置的設(shè)定電流（電動機實際運行額定電流反應(yīng)到CT二次側(cè)的值）；整定范圍為：2-，級差0．01A； 
IX：短路保證的整定值，啟動時間內(nèi)：（2-12），級差0．1A；運行時間內(nèi)：（2-8）， 級差0．1A； 
I1：電動機實際運行電流的正序分量；過負荷保護整定的過電流（2-5），級差0．01A； 
I2：負序電流保護的定值，整定范圍為：（0．2-1．7），級差0。01A； ION：裝置零序電流的標稱額定值（0．02A）； 
IO： 接地保護定值，整定范圍：（1-16），級差0．01A； UD：低電壓保護定值，整定范圍：（30-100）V，級差0．1V； бAlarm：熱報警整定值，整定范圍：（50-100）%； 

T1：發(fā)熱時間常數(shù)，整定范圍：1-9999S，級差1S； T2：散熱時間常數(shù)，整定范圍：1-9999S，級差1S； 
TG：過負荷的動作時間，是在整定的過電流下的保護出口跳閘的動作時間，整定范圍：（1-99）S，級差0．1S； 
T1：短路保護延時，整定范圍：（0-10）S，級差0．01S； T2：負序電流保護時，整定范圍：（0-10）S，級差0．1S； T0：接地保護延時，整定范圍：（0-10）S，級差0．1S； TSTART：啟動過程時間，整定范圍：（1-99）S，級差0.1S； TDZ：堵轉(zhuǎn)保護延時，整定范圍：（0-99）S，級差0.1S； TBS：閉鎖保持時間，整定范圍：（1-9999）S，級差1S； Kf：保護返回系數(shù)，整定范圍：0．90-0．99。 測量精度：電流、電壓測量誤差<1%； 時間測量誤差不大于20ms。 固有動作時間：瞬時動作<35ms。 輸入接點：DC220V，5mA 。 
輸出接點：容量：DC250，（純阻性負荷）； 工作壽命：動作105次。 
工頻耐壓及抗干擾性能：工作耐壓符合DL178-88規(guī)定，抗干擾性能符合GB6261-85《靜態(tài)繼電器及保護裝置的電氣干擾試驗》及IEC255電氣繼電器等標準。 
五、系統(tǒng)性能指標 
根據(jù)總體設(shè)計原則，結(jié)合計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)和計算機控制技術(shù)的發(fā)展方向，本著、實用的設(shè)計思想，監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)滿足下述性能指標。

1、實時性 
主控級及現(xiàn)地控制單元的響應(yīng)能力滿足數(shù)據(jù)采集、人機通信、控制功能和系統(tǒng)通信的時間要求： 
(1) 數(shù)字量采集周期 <1s 
(2) 模擬量采集周期：電量<3s，非電量<20s 

(3) 事件順序記錄分辨率：≤5ms

(4) 實時數(shù)據(jù)庫更新周期 <2s

(5) 控制命令響應(yīng)時間： 控制命令回答響應(yīng)時間 <1s 
接受執(zhí)行命令到執(zhí)行控制的響應(yīng)時間 <3s 報警或事件產(chǎn)生到畫面顯示和發(fā)出響應(yīng)時間≤2s

(6) 人機通信響應(yīng)時間： 
調(diào)用新畫面的響應(yīng)時間：從運行人員發(fā)出一個新的畫面調(diào)用命令開始到99%畫面顯示在顯示器上為止的響應(yīng)時間不超過2s。在已顯示畫面上動態(tài)數(shù)據(jù)更新周期不超過2s。 
(7) 視頻圖像響應(yīng)時間： 
調(diào)用視頻圖像的響應(yīng)時間：從運行人員發(fā)出一個新的圖像調(diào)用命令開始到99%圖像畫面顯示在顯示器上為止的響應(yīng)時間不超過5s。

2、可靠性 
系統(tǒng)及其設(shè)備應(yīng)能適應(yīng)現(xiàn)狀工程的工作環(huán)境中，具有足夠高的抗干擾性能，能可靠地穩(wěn)定運行。其中系統(tǒng)設(shè)備的MTBF參數(shù)如下(為設(shè)備投運后時間)： 
主控級計算機(含硬盤)  ＞20000h  

現(xiàn)地控制單元LCU  ＞40000h  
傳感器                  ＞30000h

平均修復時間            < 2h

3、可維護性 
閘門自動控制系統(tǒng)的硬件和軟件的設(shè)計本著便于維護、測試和檢修的原則進行： 
 (1) 設(shè)備具有自診斷和尋找故障程序，能指出具體故障部位，在現(xiàn)場更換故障部件后即恢復正常； 
 (2) 有便于試驗和隔離故障的斷開點；  

(3) 配備合適的安裝插卸工具；

 (4) 預(yù)防性維護能使磨損性故障盡量減少；

 (5) 互換件和不可互換件能保證識別； 

 (6) 充分提高硬件的代換能力；

 (7) 軟件能方便地進行修改和增加； 
 (8) 平均故障修復時間（MTTR）在2小時以內(nèi)。（系統(tǒng)維護在模 
塊級或板卡級進行，通過配備必要的備品備件，以及相關(guān)的技術(shù)培訓，現(xiàn)場運行人員就能勝任相應(yīng)的維護工作）

4、可用率 
采用高可靠性組件構(gòu)成的計算機系統(tǒng)，實時操作系統(tǒng)具有實際運行經(jīng)驗，軟件實用，能達到較高的系統(tǒng)可用率。

5、CPU負載率 
主控級計算機的處理能力留有充分的裕度，能力儲備在50％以上，現(xiàn)地控制單元CPU的能力儲備在40%以上。

6、系統(tǒng)安全 
1）系統(tǒng)具有下列保證操作安全的措施 
（a）對系統(tǒng)各項功能和每一次操作提供檢查和校核，發(fā)現(xiàn)有誤時能報警和撤消。 
（b）當操作有誤時，能自動或手動地被禁止并報警。

（c）對任何自動或手動操作可作存儲記錄或作提示指導。

（d）在人機通信中設(shè)操作員控制權(quán)口令。 
（e）按控制層次實現(xiàn)操作閉鎖，其優(yōu)先權(quán)順序為：現(xiàn)地控制單元級高，中控室第二，操作員工作站第三，其它如管理處管理系統(tǒng)及其它上級管理系統(tǒng)與本系統(tǒng)之間除能進行數(shù)據(jù)和信息的調(diào)用外，還能通過授權(quán)實現(xiàn)相應(yīng)的遠控操作（注：優(yōu)先權(quán)級別可根據(jù)需要進行修改）。 
2）系統(tǒng)具有下列保證通信安全的措施 
（a）系統(tǒng)設(shè)計保證信息傳送中的錯誤不會導致系統(tǒng)關(guān)鍵性故障。

（b）主控級與現(xiàn)地控制單元的通信包括控制信息時，能對有否響應(yīng)做出明確肯定的指示。當通信失敗時，考慮2-5次重復通信并報警。 
（c）信道設(shè)備上提供適當?shù)臋z查手段，以證實信道正常。

3）系統(tǒng)具有下列保證硬件、軟件安全的措施

（a）有電源故障保護和自動重新啟動。 

（b）有自檢能力，檢出故障時能自動報警。 
（c）任何硬件和軟件的故障都不會危及系統(tǒng)的完善和人身的安全。系統(tǒng)中任何單個組件的故障不會造成生產(chǎn)設(shè)備的誤動。

7、網(wǎng)絡(luò)帶寬 
考慮到圖像傳輸?shù)囊?，局域網(wǎng)內(nèi)部帶寬為100Mbps，與上級主管部門連接的通信主干網(wǎng)帶寬應(yīng)在2Mbps以上。   
已經(jīng)購買了部分歐姆龍的PLC-CPU和I/O模塊，因此，PLC優(yōu)先考慮使用歐姆龍，也可選用GE、施耐德等其他品牌。 
 根據(jù)需求，請給出所有設(shè)備清單（品牌、型號、數(shù)量、單價、產(chǎn)地），具體實施計劃，工作內(nèi)容，合作費用，簽訂協(xié)議后，立即進入實施狀態(tài)。待設(shè)備采購完畢后，上門調(diào)試。與本文相關(guān)的論文有：油氣改革拉升閥門行業(yè)