有奖征文-施耐德电气Quantum Hot Standby及XBTG 5330在郑东新区桥梁控制闸工程中的应用施耐德电气Quantum Hot Standby及XBTG 5330在郑东新区桥梁控制闸工程中的应用石晓俊 黄建平 葛勇伟（西安航天自动化股份有限公司，西安 710065 ）摘要 郑东新区CBD地区桥梁控制闸工程是一个景观水闸工程，其电气控制系统具有一控多（一套PLC控制多套设备）、工艺流程复杂、多种运行工况、控制对象布置分散及可靠性要求较高等特点。文章首先介绍了该项目的背景、控制对象及工艺要求，随后给出了控制系统的组成和施耐德解决方案，并附有相关图片，最后给出应用结论以供其它项目参考。关键词 自动控制；Quantum Hot Standby；XBTG 5330；控制闸1 引言西安航天自动化股份有限公司水利水电自动化事业部专业致力于水电站综合自动化，在过坝通航升船机12、船闸控制系统、水电闸门控制系统3、水电站公用设备及机组附属设备控制系统、水电站通风空调控制系统、水电站机组监控与保护系统、隔离开关联锁装置、PT切换装置、水电站工业电视监控系统、水电站主变冷却监测控制系统、水电站砂石料长皮带输送控制系统、多级泵站引水工程综合自动化系统等领域具有大量的业绩。 郑东新区CBD地区桥梁控制闸工程位于郑州市的郑东新区，是将郑东新区建设成为一个水域靓城的基础工程，第一期共有三座桥梁控制闸，我公司中标其中的A2和A8两座桥梁控制闸的电气控制部分。2 控制工艺2.1 控制对象郑东新区CBD区控制闸工程电气控制系统控制对象包括13孔闸门、2个启闭泵站和7个锁定泵站，其中每孔闸门上有两个启闭油缸和两个锁定油缸。闸门分为先启后闭和先闭后启两种类型；两个启闭泵站分别布置在控制闸的左岸和右岸，每个启闭泵站有3台30kw油泵电机和若干个电磁溢流阀和换向阀等设备，左岸启闭泵站控制17#闸门的启闭操作，右岸启闭泵站控制813#闸门的启闭操作；7个锁定泵站分为一控二和一控一两种类型，其中16#锁定泵站为一控二型，7#锁定泵站为一控一型。图1给出了每座控制闸的主要设备。2.2 工艺描述控制闸电气控制系统分为现地和远方两种控制方式，运行工况分为闸门全部启闭（工况一）、航运闸门启闭（工况二）和现地检修单孔门启闭（工况三）三种，其中航运闸门指410#闸门。工况一、工况二为正常运行工况，工况三为检修工况，任何一种工况在启闭过程中都必须遵守以下原则：开启闸门时，偶数闸门先开启，等偶数闸门锁定后才允许开启奇数闸门；关闭闸门时，奇数闸门先关闭，等奇数闸门锁定后才允许关闭偶数闸门。图2 工况一开启偶数闸门主流程（非完整流程）图1 主要监控设备及其相互关系2.2.1 工况一和工况二控制主流程工况一和工况二为多孔闸门同时启闭，在运行时闸门不允许在中间位停机，下面以工况一同时开启偶数闸门（2、4、6、8、10、12#闸门）为例给出控制主流程，如图2所示：（1）首先选择控制方式和运行工况，通过人机界面或上位发送偶数闸门开启命令，启动左、右岸启闭泵站油泵电机，延时5秒后开启两岸启闭泵站溢流阀，溢流阀开启5秒后同时开启2、4、6、8、10、12#闸门闭门换向电磁阀进行反推动作；（2）反推到位后停止2、4、6、8、10、12#闸门闭门换向电磁阀，随后启动1、2、3、4、5、6#锁定泵站油泵电机，延时5秒开启锁定泵站脱销电磁阀，再延时3秒后开启2、4、6、8、10、12#闸门开锁电磁阀，相应闸门的锁定销收回，到位后依次自动停止各闸门开锁电磁阀、锁定泵站脱销电磁阀和锁定泵站油泵电机；（3）收到开锁到位信号后，开启2、4、6、8、10、12#闸门启门换向电磁阀，相应闸门提升，同时判断各个闸门左右启闭油缸行程偏差，进行纠偏处理，开启到位后自动停止相应闸门的启门电磁阀；（4）收到2、4、6、8、10、12#闸门到达全开位信号后，启动1、2、3、4、5、6#锁定泵站油泵电机，延时5秒后开启锁定泵站穿销电磁阀，再延时3秒后开启2、4、6、8、10、12#闸门锁定电磁阀，闸门的锁定销伸出，到位后依次自动停止各闸门锁定电磁阀、锁定泵站穿销电磁阀和油泵电机，同时停止两岸启闭泵站溢流阀和油泵电机，完成开启2、4、6、8、10、12#闸门流程。工况一开启奇数闸门、关闭奇数闸门、关闭偶数闸门和工况二开启偶数闸门、开启奇数闸门、关闭奇数闸门、关闭偶数闸门主流程与其相似，在此不再赘述。2.2.2 工况三控制主流程工况三属于现地检修工况，为单孔闸门启闭操作，闸门可以在任意开度停机，但必须满足偶数闸门先启后闭、奇数闸门先闭后启的原则。下面以开启单孔闸门为例给出控制主流程，如图3所示：（1）收到启门反推命令后，启动所属启闭泵站油泵电机，延时5秒开启启闭泵站溢流阀，溢流阀开启5秒后开启闭门电磁换向阀进行反向推动，推动到位后依次停止闭门阀、溢流阀和电机；（2）收到闸门开锁命令后，开启所属锁定泵站电机，延时5秒后开启锁定泵站脱销电磁阀，再延时3秒后开启闸门开锁电磁阀，闸门左右锁定油缸同时收回，开锁到位后依次关闭开锁电磁阀、脱销电磁阀和油泵电机；（3）收到开启闸门命令后，启闭泵站电机启动，延时5秒后开启系统溢流阀，再延时5秒后开启闸门启门电磁阀，启门过程中实时判断左右缸行程并进行纠偏处理，到达全开位或收到停机命令时依次停止启门阀、溢流阀和电机；（4）如果闸门到达全开位，可以进行锁定操作，当收到闸门锁定命令后，系统自动进行闸门锁定流程。图3 工况三开启单孔闸门主流程（非完整流程）2.3 功能要求电气控制系统应该满足以下功能：（1）双机热备功能，可以实现无扰动切换；（2）同步纠偏功能；（3）动作时限设置，以判断设备是否正常运行；（4）电机自动轮换功能；（5）报警查询功能，可以查询一定时间内的系统报警信息，包括故障发生时间、内容、确认时间、恢复正常的时间等；（6）操作记录查询功能；（7）813#闸门的左右岸控制切换，正常情况下所有操作在左岸完成，但在检修状态下813#闸门可以在右岸进行单门操作；（8）操作说明，可以通过人机界面指导现地操作人员完成相应的操作或简单的故障处理；（9）设备的动态显示，在人机界面上应该能够动态显示各个泵站油泵电机、电磁阀以及油箱加热器等设备的当前状态；（10）登录密码保护等功能。2.4 控制重点及难点郑东新区CBD区控制闸工程控制系统具有一控多、多种运行工况、控制流程复杂、控制对象布置分散及可靠性要求高等特点。水利水电行业中闸门的电气控制系统大多采用一套PLC控制一孔闸门3，偶尔有一孔二的情况，新疆恰克玛克水电站采用一控五方案已经很少见，而郑东新区控制闸工程采用一控十三方案可以说是水闸控制方面一控多的典型代表。在一控一或者一控二情况下，大多只有一种运行工况，不存在多个闸门的组合启闭，这也是郑东新区控制闸的又一个特点，即多孔闸门组合出多种运行工况，各种工况要求的自动化程度又有所差别。每孔闸门除了启闭装置外还增加了锁定装置，锁定装置与启闭装置相互配合完成闸门的启闭运行，控制流程比较复杂。常规水电厂闸门控制系统一般布置在闸门附近，控制对象比较集中，而郑东新区控制闸工程由于设备较多，布置也就比较分散，从左岸到右岸一百余米内都有控制设备。由于控制对象较多，不可能像其他闸门的控制系统一样设计可靠的手动硬回路，而只能通过人机界面实现安装检修时的软手动功能，所以对PLC和人机运行的可靠性要求比较高。3 施耐德解决方案3.1 控制系统组成单套电气控制系统由6面2260900600mm的控制柜组成，见图4。主要设备包括6槽140XBP0060底板2个、10槽140XBP0100底板2个、16槽140XBP0160底板2个、140 CPS 11420电源模块6块、140 CPU 43412A模块2块、热备套件1套、140 NOE 77101网络模块2块、140 CRP 93200远程IO模块2块、140 CRA 93200远程IO模块4块、140 DDI 35300模块13块、140 DDO 35300模块5块、140 ACI 03000模块16块、XBTG5330触摸屏2台和其它电气元件等。图4 调试中的电气控制系统3.2 施耐德解决方案为了提高控制的可靠性，实现无扰动切换，选用Quantum Hot Standby，通过冗余RIO网络实现布置在桥梁左、右岸的各子站与主备CPU的通讯，其网络布置如图5所示。图5 PLC网络配置图通过XBTG5330图形式触摸屏可以很方便的实现报警和操作记录查询、操作指导和设备的动态显示等功能。左、右岸操作除在PLC程序中闭锁外，还可以通过人机界面上的可见性激活功能来实现互锁，即左岸控制时，右岸人机界面不显示相应的操作画面，这样有效的避免了误操作。通过Popup窗口和相应的脚本可以实现合法用户登录功能。图67是XBTG5330程序中的两个组态画面。 图7 人机画面之一 图8 人机画面之二4 结论2006年9月底，郑东新区控制闸工程电气控制系统与启闭泵站、锁定泵站、启闭油缸、锁定油缸等设备进行了机、电、液联合调试，并顺利通过专家组的验收。所以，通过使用上述施耐德解决方案，完全可以满足郑东新区控制闸工程对电气控制系统所提出的各项复杂要求，值得其它类是项目借鉴。参考文献： 1 石晓俊,廖沛霖,易春辉. 高坝洲升船机计算机监控系统上位机系统设计与实现. ( Design and Realization of the Upper Computer Monitoring and Control System of the Gaobazhou Ship Lift ). 水电自动化与大坝监测. 2006年第3期.2 石晓俊,廖沛霖,易春辉. 高坝洲升船机计算机监控系统网络分系统调试. ( Debugging of sub-system in computer monitoring system network for ship lift of Gaobazhou Water Control Project ). 水利水电技术. 2006年第8期.3 石晓俊,易春辉,黄建平. 陕西喜河水电站表孔弧形闸门控制系统设计. ( Design of the Control System for Exterior Radial Gate of Xihe Hydropower Plant on the Hanjiang River ). 西北水力发电, 2006年第1期.说明：此论文在2006年度施耐德组织的有奖征文中获得“优秀论文奖”。石晓俊 西安航天自动化股份有限公司第 6 页 共 6 页