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1.對系統(tǒng)的研究

1.1實(shí)施必要性

制定合理發(fā)電計(jì)劃的前提，需及時(shí)撐握準(zhǔn)確的一級水庫水位信號。水庫與電站距離相距較遠(yuǎn)，水庫現(xiàn)場原未安裝水位計(jì)，只是在大壩坡面上畫有水位標(biāo)尺，由大壩值班人員定時(shí)目測水位標(biāo)尺獲取庫區(qū)水位值，以電話方式向電站值班室匯報(bào)。這樣的水位采集方式，不利于及時(shí)了解水庫水位信號，特別汛期水位暴漲時(shí)，不利于電站及時(shí)撐握庫區(qū)水位變化過程，制定合理的汛期發(fā)電計(jì)劃。增加電站水庫的水位自動采集系統(tǒng)，迫在眉睫。水電站是沿渡河流域梯級水電站的第一級水電站，位于神農(nóng)架林區(qū)下谷坪板橋村。梯級水電站之間有密切的水流聯(lián)系，一級水電站水庫的調(diào)節(jié)作用，可使其下游的所有梯級水電站受益；上下游水庫聯(lián)合調(diào)度，可協(xié)調(diào)解決發(fā)電和其他用水要求的矛盾等。一級水電站水庫在汛期蓄水，所蓄水量轉(zhuǎn)移到枯水期利用，下游各級水電站也相應(yīng)減少汛期通過水量，增加枯水期通過水量，減少汛期棄水，增加枯水期發(fā)電量。一級水電站制定合理的發(fā)電計(jì)劃，可增大下游所有梯級水電站的保證出力和年發(fā)電量。

1.2實(shí)施可行性

進(jìn)水口平臺的管理房安裝有電源控制箱，方便給水位計(jì)提供電源，這為壩區(qū)水位現(xiàn)地采集提供了保障。進(jìn)水口平臺與壩區(qū)管理房之間，隔著庫區(qū)，需坐船才能到達(dá)進(jìn)水口平臺。電站進(jìn)水口平臺在建造時(shí)，已在進(jìn)水口側(cè)面設(shè)計(jì)安裝了水位井，用于安水位計(jì)。進(jìn)水口平臺建在山腰處，附近無村落，租用電信光纖網(wǎng)絡(luò)將庫區(qū)水位傳回中控室可能性不大，拉光纖專網(wǎng)成本太高，安裝也很不方便。但進(jìn)水口平臺處已覆蓋了中國移動、中國聯(lián)系通信網(wǎng)絡(luò)，可利用無線通訊網(wǎng)絡(luò)，將庫區(qū)水位以短信的方式傳回電站中控室。

2.系統(tǒng)實(shí)施

為制定合理的發(fā)電計(jì)劃，集控中心、電站都需要及時(shí)撐握準(zhǔn)確的電站水庫水位值，這必須選擇合適的水位計(jì)。在選型上結(jié)構(gòu)精巧、便于安裝、操作方便、穩(wěn)定可靠、準(zhǔn)確度高、組網(wǎng)簡易,具有強(qiáng)抗干擾能力，應(yīng)充分考慮設(shè)備安裝環(huán)境條件、可靠性、準(zhǔn)確度等因素,避免造成重復(fù)投資造成不必要的浪費(fèi)。且在特殊環(huán)境下，高精度的設(shè)備往往要求高維護(hù)的人力和維護(hù)，這是必須要避免的誤區(qū)。經(jīng)過現(xiàn)場的實(shí)際勘察和專家討論：現(xiàn)場水位井管徑偏小，只適合安裝投入式水位計(jì)?，F(xiàn)場水位采集系統(tǒng)應(yīng)具備定時(shí)短信發(fā)送功能，根據(jù)需要可選擇1小時(shí)、30分鐘、10分鐘定時(shí)發(fā)送。選擇穩(wěn)定可靠的短信發(fā)送模塊。

3.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

利用PLC的數(shù)據(jù)處理功能，將4-20mADC電信號轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)，存放在PLC寄存器里。CPU226模塊有二個(gè)RS485通訊口，這二個(gè)通訊口均可根據(jù)需要設(shè)為自由口，PLC流程定時(shí)通過自由口與短信收發(fā)模塊進(jìn)行通訊。水位計(jì)變送器送出4~20mA電信號，接入PLC模擬量模塊。利用PLC的計(jì)算功能，將PLC模擬量模塊采集到的水位電信號轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)，存儲在PLC寄存器里。利用PLC的數(shù)據(jù)處理功能，將十進(jìn)制水位值轉(zhuǎn)換成字符串，按短信發(fā)送模塊要求的短信字符串格式進(jìn)行排列。水庫水位信號采集系統(tǒng)由四部分組成：現(xiàn)地測量單元、可編程邏輯控制器、短信收發(fā)模塊和后臺顯示單元。根據(jù)現(xiàn)場安裝環(huán)境的條件，庫區(qū)水位計(jì)決定采用投入式液位計(jì)。選用麥克傳感器有限公司生產(chǎn)的MPM489W型液位變送器，這是一款零點(diǎn)和滿量程輸出可以調(diào)校的壓阻式壓力變送器，它選用高穩(wěn)定性和高可靠性的壓阻式壓力傳感器和高性能的變送器專用電路，整體性能穩(wěn)定可靠，可輸出4-20mADC電信號，方便接入現(xiàn)地可編程邏輯控制器。為方便現(xiàn)場對水位值的監(jiān)視，選用麥克傳感器有限公司生產(chǎn)的MSB9418型測控儀，該測控儀還可實(shí)現(xiàn)越限報(bào)警功能?，F(xiàn)地可編程邏輯控制器選用西門子公司S7-200PLC，包括一塊CPU模塊(CPU226),一塊4點(diǎn)模擬量模塊(EM231)。利用PLC的編程功能，進(jìn)行邏輯編程，實(shí)現(xiàn)1小時(shí)、30分鐘、10分鐘三種模式通過PLC自由口發(fā)送短信。采用JAVA編程語言開發(fā)短信接收程序，將接收到的水位短信信號寫入數(shù)據(jù)庫。后臺監(jiān)控系統(tǒng)周期性訪問數(shù)據(jù)庫，及時(shí)將水位值寫入公用PLC，若判斷出該水位值長時(shí)間未刷新發(fā)出語音報(bào)警，以示提醒。短信收發(fā)模塊選用MOXA公司的NPortZ2151，這是一款1口RS-232/422/485串口設(shè)備ZigBee聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器，為串口設(shè)備連接ZigBee網(wǎng)絡(luò)提供了可靠的無線聯(lián)網(wǎng)解決方案。現(xiàn)地短信發(fā)送模塊收到S7-200PLC的水位信號，以短信方式進(jìn)行發(fā)送。中控室短信接收模塊收到水位短信，將其保存在后臺的數(shù)據(jù)庫。與短信接收模塊連接的后臺顯示單元周期性訪問數(shù)據(jù)庫，將水位信號寫入電站公用PLC，保存在PLC寄存器里，供電站所有后臺顯示單元及集控中心后臺顯示單元顯示用。后臺監(jiān)控系統(tǒng)周期性訪問公用PLC讀取水位值，并把水位值顯示在后臺監(jiān)控畫面里，供電站運(yùn)行人員實(shí)時(shí)監(jiān)視；當(dāng)水位越限時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)及時(shí)發(fā)出報(bào)警信息，提醒運(yùn)行人員注意；同時(shí)將水位值保存到后臺數(shù)據(jù)庫，用于日后水位分析。

4.結(jié)束語

水電站水位自動采集系統(tǒng)投入運(yùn)行以來，水位測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，及時(shí)反映庫區(qū)水位的變化，有利于沿渡河集控中心制定合理的發(fā)電計(jì)劃。臺監(jiān)控系統(tǒng)自動及時(shí)記錄了電站庫區(qū)水位，歷史趨勢圖可顯示水位的變化過程，用于日后水位分析，為梯級電站實(shí)現(xiàn)聯(lián)合調(diào)度提供水位依據(jù)，提高梯級電站的保證出力和年發(fā)電量，在監(jiān)控時(shí)間及時(shí)發(fā)出報(bào)警信息，提醒運(yùn)行人員及時(shí)調(diào)整機(jī)組負(fù)荷。總結(jié)選型、安裝經(jīng)驗(yàn)、建議工程設(shè)計(jì)、實(shí)施諸多過程的經(jīng)驗(yàn)，選擇對應(yīng)的可靠的測量單元，結(jié)合先進(jìn)的無線通訊技術(shù)，是自動化應(yīng)用的發(fā)展方向，傳統(tǒng)和先進(jìn)技術(shù)的結(jié)合使得系統(tǒng)應(yīng)用有了新的積累和進(jìn)步。

作者：劉加英單位：杭州華辰電力控制工程有限公司