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    投入式液位變送器在坪塹電站水位信號采集系統(tǒng)中的應(yīng)用

    發(fā)表時間:2018-07-25 ??點擊次數(shù):761? 技術(shù)支持:1560-1403-222
      1.引言
           當(dāng)前,我國的水利行業(yè)正在大力進(jìn)行信息化建設(shè),并以共享和開發(fā)信息資源為重點。水電調(diào)度管理是水利樞紐的重要業(yè)務(wù),水電調(diào)度管理系統(tǒng)的信息集成問題是在水利信息化建設(shè)的背景下提出的,具有很強的行業(yè)特征,以解決領(lǐng)域內(nèi)的信息集成需求為目標(biāo)。水位信號作為數(shù)據(jù)倉庫概念中的重要的參數(shù),在流域發(fā)點調(diào)度中心處于主要地位,對水位信號系統(tǒng)應(yīng)用的研究是整個流域電網(wǎng)配置的重要課題。近年來, 信息技術(shù)已成為當(dāng)今世界的生產(chǎn)力,信息化水平成為衡量一個國家、地區(qū)或行業(yè)現(xiàn)代化程度的重要標(biāo)志,各種無線通信技術(shù)得到了迅猛發(fā)展,使人們能從各種電纜束縛中解放出來,從而極大地提高了人們的工作效率和生活質(zhì)量。數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)是近年來在信息領(lǐng)域中迅速發(fā)展并已相對成熟的一種計算機技術(shù),從本質(zhì)上講它是一種信息集成技術(shù),它的目標(biāo)是達(dá)到快速有效的決策支持,在眾多領(lǐng)域已得到應(yīng)用。本文通過坪塹水電站的水電調(diào)度管理中的水位自動采集系統(tǒng)的案例分析,讓讀者對于水位采集系統(tǒng)中的水位測量單元:
    投入式液位變送器和PLC控制單元,以及報警裝置等系統(tǒng)控制單元有初步的了解。

    投入式液位變送器
     
      2.對系統(tǒng)的研究
      2.1實施背景
      沿渡河流域位于湖北省西部,流經(jīng)神農(nóng)架林區(qū)及恩施自治州巴東縣,系長江北岸的一條一級小支流,位于長江干流巫峽與西陵峽之間,發(fā)源于神農(nóng)架林區(qū)小界嶺,經(jīng)麻線坪、石柱河、四方寨、沿渡河鎮(zhèn)至巴東縣城西襄口匯入長江,全長60km,流域面積1031.5km2,其中巴東縣境內(nèi)長約45km,流域面積909km2。流域內(nèi)地形北高南低,干流河谷狹窄,縱坡陡,為典型的山溪性河流。主要支流有馬家溝、石柱河、三道河等,流域內(nèi)植被覆蓋較好。
      沿渡河流域內(nèi)擬建坪塹調(diào)水水庫和麻線坪水庫二座,電站按“五級”開發(fā),即:坪塹水電站、麻線坪水電站、石柱河水電站、四方寨水電站,石板坪水電站。現(xiàn)已投產(chǎn)電站為坪塹水電站、石柱河水電站、四方寨水電站。分別裝機容量為30MW,45MW,45MW,25MW,25MW。在以往的流域電站梯度的研究中,以流域總的多發(fā)電量為基礎(chǔ),確定梯級各電站對系統(tǒng)的補償權(quán)重,根據(jù)補償權(quán)重來對多發(fā)電量和多發(fā)效益進(jìn)行重新分配,使得流域不同發(fā)電主體的電站將發(fā)電目標(biāo)從價格競爭集中到提高流域總體效益上來,梯級發(fā)電效益接近大化。同時還探討了對補償后電站的時數(shù)補償問題,從而使補償功能更趨合理。[3]
      2.2實施必要性
      坪塹水電站是沿渡河流域梯級水電站的*先級水電站,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)電計劃,可增大下游所有梯級水電站的保證出力和年發(fā)電量。制定合理發(fā)電計劃的前提,需及時撐握準(zhǔn)確的一級水庫水位信號。
      坪塹水庫與電站距離相距較遠(yuǎn),坪塹水庫現(xiàn)場原未安裝水位計,只是在大壩坡面上畫有水位標(biāo)尺,由大壩值班人員定時目測水位標(biāo)尺獲取庫區(qū)水位值,以電話方式向電站值班室匯報。這樣的水位采集方式,不利于及時了解水庫水位信號,特別汛期水位暴漲時,不利于電站及時撐握庫區(qū)水位變化過程,制定合理的汛期發(fā)電計劃。增加坪塹電站水庫的水位自動采集系統(tǒng),迫在眉睫。
      2.3實施可行性
    坪塹電站進(jìn)水口平臺在建造時,已在進(jìn)水口側(cè)面設(shè)計安裝了水位井,用于安水位計。進(jìn)水口平臺的管理房安裝有電源控制箱,方便給水位計提供電源,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。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坪塹電站中控室。
     
      3.系統(tǒng)實施
      3.1設(shè)計要求
      為制定合理的發(fā)電計劃,集控中心、坪塹電站都需要及時撐握準(zhǔn)確的坪塹電站水庫水位值,這必須選擇合適的水位計。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。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)場的實際勘察和專家討論:
      (1)現(xiàn)場水位井管徑偏小,只適合安裝投入式液位變送器。
      (2)現(xiàn)場水位采集系統(tǒng)應(yīng)具備定時短信發(fā)送功能,根據(jù)需要可選擇1小時、30分鐘、10分鐘定時發(fā)送。
      (3)選擇穩(wěn)定可靠的短信發(fā)送模塊。
      3.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
      坪塹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)水位計決定采用
    投入式液位變送器。投入式液位變送器是一款零點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,增加了二次顯示與監(jiān)控儀表,通過二次表的可實現(xiàn)越限報警功能?,F(xiàn)地可編程邏輯控制器選用西門子公司S7-20 0PLC,包括一塊CPU模塊(CPU226),一塊4點模擬量模塊(EM231)。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RS485通訊口,這二個通訊口均可根據(jù)需要設(shè)為自由口,PLC流程定時通過自由口與短信收發(fā)模塊進(jìn)行通訊。
      投入式液位變送器送出4~20mA電信號,接入PLC模擬量模塊。利用PLC的計算功能,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。利用PLC的編程功能,進(jìn)行邏輯編程,實現(xiàn)1小時、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,及時將水位值寫入公用PLC,若判斷出該水位值長時間未刷新發(fā)出語音報警,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?,F(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。坪塹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,供電站運行人員實時監(jiān)視;當(dāng)水位越限時,監(jiān)控系統(tǒng)及時發(fā)出報警信息,提醒運行人員注意;同時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
      坪塹水電站水位自動采集系統(tǒng)投入運行以來,水位測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確,及時反映庫區(qū)水位的變化,有利于沿渡河集控中心制定合理的發(fā)電計劃。臺監(jiān)控系統(tǒng)自動及時記錄了坪塹電站庫區(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)控時間及時發(fā)出報警信息,提醒運行人員及時調(diào)整機組負(fù)荷??偨Y(jié)選型、安裝經(jīng)驗、建議工程設(shè)計、實施諸多過程的經(jīng)驗,選擇對應(yīng)的可靠的測量單元,結(jié)合的無線通訊技術(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。


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