6GK7243-1EX01-0XE0库存充足

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0 引言
水电站溢洪门监控系统采用计算机监控的模式，实现闸门监控系统与电站计算机监控系统、水情测报系统、水务管理系统进行通信，上传电站闸门系统的详细监控信息并接受电站计算机监控系统、水情测报系统、水务管理系统对闸门的远控指令。

为保证电站运行过程的安全性，可靠性，tigao电站的自动化水平，控制系统采用目前广泛应用并取得良好效果的基于可编程逻辑控制器（PLC）的控制系统。其中PLC选用的是某公司的S7-400H及S7-300系列产品，以实现对弧形闸门以及其相关辅助设备的控制。

1 系统综述
溢洪门监控系统采用开放性的分层分布式系统结构，当系统中任何一部分设备发生故障时，系统整体以及系统内的其他设备仍能继续正常工作且功能不会额外减少。溢洪门监控系统在满足可靠性和实用性的前提下体现先进性，采用成熟、可靠、标准化的硬件、软件设备，满足响应速度快、可靠性和可用率高、可维护性好以及先进、经济、灵活和便于扩充等要求。具有逐步向无人值班阶段过渡的良好基础和平台。

系统有以下特点：1）本系统高度可靠、冗余，其本身的局部故障不影响现场设备的正常运行。2）系统为全分布、全开放系统，既便与功能和硬件的扩充，又能充分保护应用资源和投资，分布式数据库及软件模块化、结构化设计，使系统能适应功能的增加和规模的扩充，并能自诊断。3）实时性好、抗干扰能力强。4）人机接口界面友好，操作方便。5）监控系统自动或根据运行人员的命令，通过屏幕显示器实时显示电站主要系统的运行状态，有关运行水力参数，主要设备的操作流程，事故、故障报警信号及有关参数和画面。

2 系统组成
电站溢洪门监控系统设备由溢洪门主控级和现地控制设备层二部分组成。其网络结构如图1所示。

2.1闸门自动监控系统主控级
闸门主控级设备主要负责集中监视、集中控制、运行记录和指导、自诊断、培训及开发、通信等方面的功能实现。通过主控级这些功能达到集中控制溢洪门的各现地设备的目的。

主控级设备配置如下：溢洪门主控级计算机及外围设备；报警装置；网络设备；安全隔离装置；UPS电源；黑白喷墨式打印机；彩色激光打印机；监控系统所有设备之间所需的连接屏蔽电缆、光缆、适配器、光电转换器以及其他附件。主控制级上位机设备均采用品牌。主控级计算机采用高性能DELL工作站。网络交换机采用某INS-801以太网交换机，用于连接溢洪门LCU和主控级计算机。

主控级功能：自动监控系统能迅速、准确有效地完成对被控对象的安全监控。主控级具有数据采集与处理，实时控制、参数设定、监视、记录、报表、运行参数计算、通信控制、系统诊断、软件开发和画面生成、系统扩充（包括硬件、软件）、运行管理和操作指导等功能。

2.2现地控制设备层
系统配置溢洪门LCU单元，LCU单元与溢洪门现地控制设备连接，将各现地控制柜采集的电机运行状态、故障报警、机械限位和闸门开度值等数据上送至上位机，进行监视。并下发上位机的集中控制命令，对闸门进行开启/关闭/停止控制。

溢洪门LCU单元PLC采用某S7-412H系列PLC和7.5″TFT彩色液晶触摸屏作为系统的核心控制器件，PLC含冗余电源、冗余 CPU，高度可靠的保障系统安全稳定运行。溢洪门LCU单元功能有数据采集；自动采集各现地控制设备的实时数据。自动接收来自主控级的命令信息和数据。数据处理；控制和监视。操作人员可以通过LCU控制单元配置的触摸屏对监控对象进行控制。

2.3系统结构
闸门监控系统采用分层、分布开放式系统结构，数据库实行分布管理方式。分层控制系统具有以下的优点：1）是适合于电力系统结构的系统；2）易于保证自动化系统的可靠性；3）可灵活地适应系统的扩大和变更；4）可tigao投资效率；5）能更好地适应现代技术水平的发展[1]。系统结构按功能分布要求可分为两层：集中控制层和现地控制层。系统结构按主要设备配置状况可分为两级：集中控制级设备和现地控制级设备。

2.3.1系统设备层次
整个闸门计算机监控系统设备分现地控制级、集中控制级二层：现地控制级由各有关设备的现地控制柜和现地控制箱构成，完成指定设备的现地监控任务；集中控制级完成全厂闸门设备的实时信息采集处理、监视与控制任务，由主控级计算机、溢洪门LCU等构成；二个层次功能各有侧重，相互协调配合，完成电站闸门计算机监控系统的全部功能。

2.3.2网络层次
网络分电站控制网和外部通信网两层。电站控制网：主要连接现地控制层和集中控制层有关设备。与现场实时监控有关的信息主要由电站控制网传输，如LCU上行信息和控制命令等；外部通信网：主要连接外部系统；闸门监控系统采用星形以太网，集中控制级和现地控制级中的各计算机智能设备通过交换机进行相互连接实现数据通信，采用TCP／IP协议，传输介质光纤。

采用上述分层结构，使不同性质的信息分类在不同的网络通道上传输，避免相互之间的干扰，确保系统控制的实时性、安全性和可靠性。对于溢洪门LCU与其它智能装置通信，则可根据具体需要和选择的设备情况，采用串行通信接口。

3系统功能
整个闸门监控系统的功能分布在不同层次的不同设备之中，各设备的协调配合，完成全厂闸门监控功能。具体功能分布情况如下：
1）主控级计算机
系统主机主要负责运行档案管理、事故故障信号的分析处理、测点定义及限值存储、各类运行报表生成和储存、历史数据库的生成、转储、系统时钟管理等。作为操作员人机接口工作站则负责监视、控制及调节命令发出、报表打印等人机界面（MMI）功能。并兼备通讯计算机的功能，用于处理闸门监控系统与电站计算机监控系统、水情测报系统、水务管理系统等其它系统进行信息交换。
2）溢洪门LCU单元
主要负责各闸门的集中运行监视、数据采集、控制和调节等任务，通过计算机网络向集中控制设备上送各种信息和数据，接受集中控制设备下发的各种控制和调节指令并执行，并能单独对闸门进行集中控制。
3）溢洪门现地控制箱
现地控制箱的操作独立于PLC，可直接对闸门进行操作。闸门的现地控制箱内设有“现地/远方”选择开关，在“现地”位置时可进行一对一操作，且远方命令不起作用。通过功能的合理分布，确保系统各节点的负荷率满足设计的要求，当局部设备的故障时，不影响系统其余部分功能正常运行。

4方案特点
本方案充分考虑设计的安全性、可靠性和先进型，其主要器件均选择西门子原装进口产品，系统的使用寿命长将大大延长。

4.1冗余
溢洪门LCU单元选用某S7-400H系列PLC，PLC具备冗余电源、冗余CPU、冗余通讯模块，从而保证系统的可靠性和安全程度[2]。

为了确保监控系统安全可靠运行，监控系统主要环节采用各种有效的冗余措施，tigao系统的可靠性。主要冗余措施包括：1）溢洪门LCU单元PLC 采用某系列的S7-400H，PLC含双CPU、双电源模块、双通讯模块的冗余配置，冗余模件的工作方式为在线热备用，切换无扰动。两个CPU以热备用方式运行，确保系统安全可靠的不间断运行。2）系统设备双网络（互为冗余），保证网络系统的可靠程度。3）现地控制柜配置冗余开关电源，在一块故障时另一块仍能够提供全部负载电源，tigao供电可靠性，确保系统安全可靠地运行[3]。

4.2高可靠性
系统器件、部件性能优越、通用性强；系统具备远方和现地操作、监控等功能：能对整个电站的启闭机进行单机操作、成组操作、选孔操作等；能接收电站监控系统、调度中心下发的开启、关闭闸门命令；能在电站监控系统、溢洪门监控系统、调度中心对整个溢洪门进行监视，能实是观察到各启闭机的运行状态及开度位置；系统运行参数设有出厂默认设定值，可根据现场的具体情况通过显示面板或远方通讯方式进行调整和设定；若系统出现故障，系统能发出声光报警信号，并通过现地显示面板显示和远方报警，以提示运行及维护人员；系统设有足裕量的I/O接口，用户可根据需要进行扩展，不需修改任何硬件；柜体采用全框架结构，内部结构可以根据要求随意进行组合；具有机械强度高、电气防护等级高、抗电磁干扰能力强。

5结束语
溢洪门自动监控系统遵循先进、可靠、成熟、适用的原则进行设计，满足电站“无人值班”（少人值守）的设计要求。对于任何一个技术先进、功能完善、监控可靠的自动化控制系统，本项目方案都具有广泛的参考价值。

1 引言
茂名市第二自来水厂的日产量为2×105立方米，提供茂名市区70%以上的日常用水。为缓解该市的供水紧张状况，市政府加大投资力度，对该水厂进行扩建。该水厂设备自动化程度较高，整个自控系统采用（PC+PLC）的组成形式。滤池控制在水厂自动化中属于较难设计的环节，主要表现在反冲洗过程中开、关阀顺序和开、关阀条件的复杂上。本文主要阐述该厂扩建滤池自控系统的主要设计过程。
2 滤池系统的控制任务
2.1工艺要求
第二自来水厂新扩建的V型滤池共设六个滤格，每格安装有一个液位计、一个阻塞仪，每滤格均有各自的进水阀、清水阀、气冲阀、水冲阀以及排水阀和排气阀。用于气冲的鼓风机有3台（两用一备）；用于水冲的3台反冲洗泵（两用一备）；两台空气压缩机（一用一备）；1台干燥器。
待滤水进入滤池的各单元滤格，经石英沙恒速过滤后，再进入清水池。过滤的工艺要求滤格内的水位保持在滤料上的1.2米处，在这个水位上，过滤的效果好。为实现等速恒水位过滤，就要使滤池的出水量等于进水量，应根据滤池水位变化来调节出水阀的开启度以控制出水量的大小。而当滤池的运行满足反冲洗的约束条件时，需要进行反冲洗清洁滤沙。反冲洗是通过控制滤池进水阀、清水出水阀、反冲进气阀、排气阀、反冲进水阀、反冲排水阀并运行反冲水泵、风机等来实现的。
因此，滤池控制系统的任务主要是过滤时的液拉控制和清洁过滤砂时的反冲洗控制，过滤和反冲洗不断循环交替进行。
2.2对控制系统的性能指标要求如
（1）实现自动恒水位过滤，误差：±1.5㎝；
（2）根据下列约束条件之一，能准确地实现自动反冲洗：
•过滤时间达到反冲洗设定周期（如48小时）仍未反冲洗的；
•过滤水头损失值到达设定值（150）且延时时间（15分钟）已到，仍未反冲洗的；
•强制反冲洗按钮被触发。
（3）反冲洗周期、反冲洗过程中各步骤的时间均可通过程序设定，满足工艺及实际操作要求。
（4）能直观显示滤池过滤水位、水头损失及出水阀开启度，同时显示反冲洗设备、本地滤池阀门等的开关状态。
（5）对反冲洗设备、本地滤池阀门及反冲洗过程既可以实现全自动控制，也可以进行手动控制。
3 滤池的控制原理与运行过程
3.1 恒水位控制原理
滤池的恒水位控制如图1所示。
每个滤池将滤池水位检测值和水位设定值进行比较，得到水位偏差信号Δe，经PID运算后把输出信号送给输出附加处理程序，再输出给出水阀的伺服电机以控制出水阀的开度。开度增大的数值是由一定累积时间内水位上升的速度及水位偏差共同决定的。若进水流速越快，出水阀开度就越大，反之越小。PID运算的目标是把水位保持在设定值，附加值可作为补偿添加到输出控制中。输出附加处理程序是把PID的运算结果按一定的规律输出给清水阀伺服电机。

3.2 反冲洗过程
当控制系统接收到反冲洗指令信号时，按照先进先出的原则排队进行反冲洗。反冲洗分气洗、气水混合洗、水洗三个阶段，过程如下：首先关闭待滤水进水阀，当水位降至设定的反冲水位时，关闭清水出水阀并打开废水排水阀，排水阀的信号到位后先关闭排气阀，再打开反冲进气阀，启动台风机进行气冲，气冲需要时间1-3min；完成后，打开反冲进水阀，再启动第2台风机及第1台水泵，进行气水混合洗，时间为5min；然后关闭2台风机，关闭反冲进气阀，打开排气阀，启动第2台水泵，进行单水冲洗，需要时间3-6min，完成后关闭反冲进水阀，停2台反冲洗水泵，关闭排废水阀，打开待滤进水阀，打开滤后清水阀。当水位升到过滤恒水位时，系统又转入正常的过滤程序。
4 控制系统设计
4.1 硬件构成及网络结构
本系统采用PC+PLC的构成形式。上位机由一台COMPAQ微机和两台打印机组成，下位机由模拟屏PLC8、公共冲洗PLC7和六个单元滤池PLC1-6共八台施奈德公司的PLC组成，如图2所示。
各PLC采用双绞线电缆连成的总线形接出式拓朴结构通信网，其又称FIPWAY通信网，传输速率为1Mbps。各PLC之间彼此进行通信，实现数据共享。单元滤池和公共冲洗的PLC，均配备一台现场XBT—B（人工智能接口），它通过电缆与PLC联系，在XBT操作盘上可以对滤池进行现场手动控制。各单元滤池PLC通过FIPWAY网络与公共冲洗PLC相连，公共冲洗PLC又通过网络进入水厂中控室和微机联网，故系统能在中控室内对滤池的运行进行远程监控，实现了中控室计算

机集中监控、PLC远程控制、现场XBT操作的三级控制，从而确保了滤池生产运行的安全可靠性。
本系统PLC配置如下：
PLC8：TSX47/415的CPU/COM、POWER、DI各一块；DO为9块。模拟屏设有D/A转换器。
PLC7：TSX67/455的CPU/COM、POWER、DO和AI（TSXAEM811）各1块；DI为2块。
PLC1-6：TSX47/415的CPU/COM、POWER、DI、DO、AI（TSXAEM411）各1块。PLC与PC机的通讯，要先在PC机安装TE公司的专用FIPWAY通讯网卡，然后通过RS422通讯接口进行数据通讯。
4.2 PLC的控制功能
单元滤池的PLC主要完成本格滤池的恒水位过滤控制和每格滤池的进水阀、出水阀、排污阀、反冲进气阀、排气阀、反冲水阀等的自动控制，及数据采集，并与公共冲洗PLC交换数据信息。当滤板下的阻塞仪将滤床阻塞程度信号转送给滤池单元PLC，PLC接收信号后，与水头设定值进行比较、显示出来，用以决定滤池是否要反冲洗，并传送至公共冲洗PLC。滤池的开启个数由进水liuliang决定，每个滤池由液位计和阻塞仪测出滤池的水位和水头损失值，并和滤后水阀门开度这三个参数送单元PLC，经PLC内置PID运算后，若水位偏差超过1.5cm时，PLC立即启动控制单元自动调整滤池出水蝶阀的开度，维持滤池水位基本恒定，从而实现恒水位过滤。
公共冲洗PLC负责六个滤池的反冲洗排队协调、和对反冲洗设备（反冲水泵、鼓风机等）及其进出口阀门的监控。当单元PLC向公共冲洗PLC发出反冲洗请求时，公共冲洗PLC则开始启动反冲洗程序对该滤池进行反冲洗控制。当某滤格正在反冲洗时，若又有一个或多个滤池发出反冲洗请求信号时，则此信号被存入公共冲洗PLC存储器中，然后按存储先后顺序进行冲洗，排队等待反冲洗的滤池则维持正常的生产。
模拟屏PLC的作用是驱动模拟屏工作及实现与水公司电台系统、微机的通讯。在模拟屏上能动态显示整个水厂的工艺流程和设备运行状态以及其主要的工艺参数，并实现声光报警，便于生产调度管理。
4.3程序设计
当滤池满足反冲洗控制约束条件之一时进行反冲洗。本系统用一个反冲洗PLC实现六个滤池的排队反冲洗，通过公共程序的读写命令采集整组滤池的反冲信息及滤池具体水位情况并发出命令。公共程序的主要内容包括：反冲水泵风机控制程序、公共PLC与其他各单元PLC信息的读写程序和滤池排队程序。
每格滤池的工艺过程基本相同，其PLC程序结构也相同，可用子程序的形式，如图3所示。每个滤池程序包括初始化命令及滤池的自动状态、手动状态、现场状态等程序。滤池自动状态程序包含反冲洗状态、整理状态、正常过滤状态三个子程序。滤池手动状态程序包含各个阀门的手动操作命令。滤池现场状态程序主要内容包含：（1）在滤池由自动状态转到现场时已发出的命令必须全部复位。（2）自动状态中的某些变量，如时间变量、计数器变量等必须复位。（3）针对反冲必须在这个状态下发出一个结束反冲命令。

4.4系统监控软件
本系统上位机采用bbbbbbs NT操作系统，实时监控软件选用Wonderware公司的InTouch7.0工业组态软件,它主要包含bbbbbbMaker和bbbbbbViewer两个程序。上位机配备有遵循FIPWAY通讯协议的通讯网卡，实时采集生产数据。通过监控计算机可清晰地显示滤池的过滤、等待、反冲等运行过程中动态的工艺模拟画面，可对系统的所有设备进行远程操作和控制，并具备显示工艺布置图、实时动态参数、设备的工作状态及实时/历史报警信号、在线仪表的实时/历史趋势曲线、马达运行时间等功能，同时可进行离线/在线编程及设定参数的修改，编制和打印生产与管理报表。
5 新旧系统的联网问题
由于新建的滤池系统与水厂原系统是用不同公司的PLC开发成的两套独立系统，两系统的通信协议不同，它们之间没有数据通信，这给生产和管理带来一定的麻烦。两期的监控组态软件都采用了InTouch，但所用版本不同。从技术改造成本和公司技术力量来考虑，决定利用InTouch基于以太网并兼容TCP/IP通信协议的网络功能来实现两套独立系统的联网控制。具体方法如下：
先用交换机组建一个以太网，系统示意图如图4，并在原系统监控微机PC1

和新建系统监控微机PC2上分别安装TCP/IP通信协议、NetDDE程序。
再对InTouch监控系统软件进行设置：a. 运行InTouch的开发环境bbbbbbmaker，利用“import”功能将新旧两期程序数据整合成为一个完整的应用程序，分别安装在PC1和PC2上，这样就可以在任一台PC上对生产进行监控；b.对InTouch的DDE Access进行设置，方法是在“Modify DDE Access Name”对话框中的“DDE Application/Server Name”栏增加“\\PC2\viewer”（在PC1上）和“\\PC1\viewer”（在PC2上）。通过这个设置，PC1和PC2就可通过以太网进行实时数据通信；c. 初始化NetDDE，运行InTouch bbbbbbviewer，PC1和PC2即可进行实时通信。
6 结束语
滤池经一段时间的运行后显示出控制系统应用效果良好，系统的各项控制性能指标均能达到设计要求。在正常情况下，本滤池水位波动被控制在设定值的±1.5cm范围内，实现了自动过滤及六个滤池自动排队和反冲洗，并间接实现了与水厂原系统的联网控制，整个控制系统的设计基本满足了生产要求，达到了预期效果。

. 概述
短纤倍捻机作为一种加捻设备，实现一转两捻，效率比传统捻线机成倍tigao，卷装容量增大，加捻质量大幅度tigao，主要具有以下特点：高品质锭子在高速运转下的持久稳定性；二级传动机构，使受力更合理，加捻范围更广；油浴式齿轮箱，特殊的导纱曲线，使卷绕成形良好；卷绕张力可以在超喂罗拉上任意调节，因此也适用于染色用松驰柔软的卷绕。本文着重介绍施耐德Twido PLC在短纤倍捻机控制系统中的应用。

2．工艺
短纤倍捻机主要分为卷绕，恒动和锭子三个部分，如下图

捻度计算公式：
捻度=2*V锭子角速度/V纱线线速度
通过保证锭子角速度和纱线线速度的恒定来保证捻度的恒定。因此，主要控制对象为卷绕和恒动部分。

3．系统
(1)系统配置
本系统采用施耐德全套解决方案，主要由以下几个部分构成：PLC本体 TWDLMDA20DRT＋模拟量输出模块TWDAMO1HT＋变频器ATV31＋四行文本屏TSX08H04M。
a) 可编程序逻辑控制器（PLC）
型号：TWDLMDA 20DRT；CPU模块，DC24V供电，12点DC输入，2点晶体管输出，6点继电器输出，自带2路高速计数（20K Hz），大可扩展7个扩展模块，并支持双字和浮点运算。本模块在系统中担任重要的控制角色，用于控制各种动作，PID运算和参数计算等等。
b) 模拟量输出模块
型号：TWD AMO 1HT；模拟量输出模块 ，1路/模块，12位精度。用于变频器频率
给定。
c) 人机界面
型号：TSX08H02MK；2行中文图形显示器，带运行电缆。用于参数设定，显示，故障报警。
d) 变频器
ATV31，用于控制控制锭子电机和卷绕电机。

(2) 控制原理
控制对象：捻度，实现锭子电机和卷绕电机的同步控制

(3) 控制方法
实线1：锭子转速给定
实线2：卷绕转速给定
虚线3：根据锭子转速计算出的卷绕转速

如上图所示，系统在启动，运行和停止三个过程，锭子速度和卷绕速度严格保持同步，这样，有效的保证捻度误差在小范围内。

4 结束语
本系统性能稳定，运行可靠，锭子转速可以开到3000－15000转，捻度设定范围90－2300，实际捻度误差在3%以内，实测锭子转速误差在2%以内，完全满足客户的要求，甚至超过原来的进口设备。