井式進出水塔閘門同步運行裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種井式進出水塔閘門同步運行裝置，閘門與啟閉機連接，所述的啟閉機中，主控制器通過總線與分布式I\O控制器連接，分布式I\O控制器與分控制器連接，分控制器與變頻電動機的變頻器連接；在變頻電動機中設有增量編碼器，增量編碼器與分布式I\O控制器連接，減速器的低速軸設有絕對值編碼器，絕對值編碼器與分布式I\O控制器連接。當開啟閘門時，設置其中一臺啟閉機為主機，其他為從機；主機從機同步起升，當關閉閘門時，將相對稱的兩個閘門的啟閉機設置為一組，設置其中一臺啟閉機為主機，另一臺為從機；同組的閘門同步關閉，各組之間間隔30秒關閉。以上方案，有效的保護了井式進出水塔和發(fā)電機組。
【專利說明】
井式進出水塔閘門同步運行裝置
技術領域
[0001]本實用新型涉及抽水蓄能電站領域，特別是一種井式進出水塔閘門同步運行裝置。
【背景技術】
[0002]隨著我國用電負荷的不斷增加，電網(wǎng)的用電結構和負荷曲線在不斷變化，調峰問題日漸突出，作為電網(wǎng)調峰功能的水電站一高水頭大容量抽水蓄能電站的建設也不斷增多，以滿足電網(wǎng)調峰要求。抽水蓄能電站一般由上水庫、輸水系統(tǒng)、地下廠房系統(tǒng)、下水庫及地面開關站等建筑物組成。通常上、水庫設I個或多個井式進/出水塔，每個水塔分隔成多個孔口，設置有多孔閘門。每個水塔的啟閉機有單吊點和雙吊點控制，按水塔的直徑大小，選擇啟閉機吊點數(shù)，直徑大則閘門寬選擇雙吊點啟閉機，直徑小則閘門窄選擇單吊點啟閉機。原有的啟閉機多靠人工調節(jié)，對閘門及發(fā)電設備造成一定的隱患。
[0003]中國專利文獻CN2753794Y即記載了一種抽水蓄能電站的井式進出水口結構，井式進出水口位于水庫中，結構呈豎井式，頂部設有頂蓋，進出水口分有若干個孔洞，呈放射狀布置，每個孔洞兩端設有閘墩，其尾部收縮成尖角，相鄰兩閘墩之間設有階梯狀分布的防渦梁。每扇閘門在一側閘墩處設有門軸并在該側的閘墩內開有儲門槽。但是該結構的阻力較大，一般僅能適用于小型的水塔。

【發(fā)明內容】

[0004]本實用新型所要解決的技術問題是提供一種井式進出水塔閘門同步運行裝置，能夠實現(xiàn)多個閘門按設定的方式的自動同步啟閉。
[0005]為解決上述技術問題，本實用新型所采用的技術方案是:一種井式進出水塔閘門同步運行裝置，包括設置在進出水塔沿放射狀分布的多個孔口的閘門，在各個閘門中，閘門與啟閉機連接，所述的啟閉機中，變頻電動機通過制動聯(lián)軸裝置與減速器的輸入軸連接，減速器的輸出軸通過連接機構與卷揚裝置連接，卷揚裝置通過滑輪組與閘門連接；
[0006]主控制器通過總線與分布式1\0控制器連接，分布式1\0控制器與分控制器連接，分控制器與變頻電動機的變頻器連接；
[0007]在變頻電動機中設有增量編碼器，增量編碼器與分布式1\0控制器連接，減速器的低速軸設有絕對值編碼器，絕對值編碼器與分布式1\0控制器連接。
[0008]主控制器通過總線與第一閘門的分布式1\0控制器連接，第一閘門的分布式1\0控制器與第一閘門的分控制器連接，第一閘門的分控制器與第一閘門的變頻電動機的變頻器連接；
[0009]第一閘門的分布式1\0控制器與第二閘門的分布式1\0控制器連接，第二閘門的分布式1\0控制器與第二閘門的分控制器連接，第二閘門的分控制器與第二閘門的變頻電動機的變頻器連接；
[0010]以此類推，將各個閘門以總線互相連接。
[0011]所述的分布式1\0控制器采用西門子ET200。
[0012]所述的啟閉機設有兩臺變頻電動機，分別位于閘門的兩端，兩臺變頻電動機之間采用機械同步軸連接。
[0013]兩臺變頻電動機之間采用主從力矩控制。
[0014]—種采用上述的井式進出水塔閘門同步運行裝置的控制方法，包括以下步驟:
[0015]—、當開啟閘門時，設置其中一臺啟閉機為主機，其他為從機；
[0016]根據(jù)絕對值編碼器獲得主機和從機所控制閘門的高程，計算兩個閘門的高程差Z，與設定值進行比較；
[0017]當|z|^設定值時，不調節(jié)；
[0018]當Izl>設定值時，將該值作為從機啟閉機調節(jié)值，通過主控制器控制從機啟閉機的變頻器，再控制從機啟閉機的變頻電動機轉速，調節(jié)從機所控制閘門的升降速度，從而達到主機和從機所控制閘門的高程一致；
[0019]二、當關閉閘門時，將相對稱的兩個閘門的啟閉機設置為一組，設置其中一臺啟閉機為主機，另一臺為從機；
[0020]根據(jù)絕對值編碼器獲得主機和從機所控制閘門的高程，計算兩個閘門的高程差Z，與設定值進行比較；
[0021 ]當IZI ^設定值時，不調節(jié)；
[0022]當|Z|>設定值時，將該值作為從機啟閉機調節(jié)值，通過主控制器控制從機啟閉機的變頻器，再控制從機啟閉機的變頻電動機轉速，調節(jié)從機所控制閘門的升降速度，從而達到主機和從機所控制閘門的高程一致；
[0023]其他組的閘門控制以此類推;各組的閘門間隔30土 5秒再啟動；
[0024]通過以上步驟，實現(xiàn)閘門的同步運行。
[0025]變頻電動機的轉速通過增量編碼器反饋至當前變頻電動機所連接的分控制器，實現(xiàn)閉環(huán)控制。
[0026]主機和從機所控制的閘門的高程差值控制在10mm之內。
[0027]在孔口以上啟閉速度按2.4±0.4m/min控制，孔口以下啟閉速度按1.2±0.2m/min控制。
[0028]在運行過程中，
【申請人】經(jīng)過觀測發(fā)現(xiàn)，閘門不能同時關閉時，由于水頭的壓力變化，使閘門和發(fā)電機組容易被損壞。具體為井式進出水塔閘門是對稱布置的，要求對稱布置的閘門開啟時同步運行，兩端進入的水流平衡，以實現(xiàn)消能，如果不能同時開啟，兩端水流不平衡會給對面的胸墻造成沖擊，長久沖擊將影響井式進出水塔的使用壽命。尤其是發(fā)電機組出現(xiàn)問題時，該狀況更為嚴重。
[0029]本實用新型提供的一種井式進出水塔閘門同步運行裝置，通過采用分布式1\0控制器連接主控制器和分控制器的方案能夠實現(xiàn)各個啟閉機的同步控制，使啟閉機的啟閉同步，且該方案也容易布線，并且能夠保證啟閉機運行的響應速度和通訊一致性，容錯性高。采用本實用新型的閘門同步控制的方法，有效的保護了發(fā)電機組。并使閘門的運行高度保持和設定為主機的啟閉機一致，從而閘門可以按照設定要求同步起升、同步運行、同步關閉。本實用新型的實驗結果達到了的設計要求。并且能夠同時兼顧效率和安全。
【附圖說明】
[0030]下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明:
[0031 ]圖1為本實用新型的橫截面示意圖。
[0032]圖2為本實用新型的電氣結構示意圖。
[0033]圖3為本實用新型的PLC網(wǎng)路結構示意圖。
[0034]圖中:第一閘門丨，第二閘門2，第三閘門3，第四閘門4，第五閘門5，第六閘門6，第七閘門7，第八閘門8，進出水孔9，進出水塔1，孔口 11，主控制器12，觸摸屏13，分布式I \0控制器14，變頻器15，總線16，分控制器17。
【具體實施方式】
[0035]實施例1:
[0036]如圖1?3中，一種井式進出水塔閘門同步運行裝置，包括設置在進出水塔10沿放射狀分布的多個孔口 11的閘門，在各個閘門中，閘門與啟閉機連接，所述的啟閉機中，變頻電動機通過制動聯(lián)軸裝置與減速器的輸入軸連接，減速器的輸出軸通過連接機構與卷揚裝置連接，卷揚裝置通過滑輪組與閘門連接；
[0037]主控制器12通過總線16與分布式1\0控制器14連接，分布式1\0控制器14與分控制器17連接，分控制器17與變頻電動機的變頻器15連接;本例中的總線16采用Profibus-DP總線。
[0038]在變頻電動機中設有增量編碼器，增量編碼器與分布式1\0控制器14連接，減速器的低速軸設有絕對值編碼器，絕對值編碼器與分布式1\0控制器14連接，并通過分布式1\0控制器14與主控制器12連接。由此結構，實現(xiàn)對各個閘門的自動啟閉控制，以便于實現(xiàn)同步的升降啟閉，且布線結構具有一定的容錯性，即便線路出現(xiàn)故障，仍不會影響各個閘門自行的自動控制，提尚了穩(wěn)定性。
[0039]主控制器12通過總線16與第一閘門I的分布式I\0控制器連接，第一閘門I的分布式1\0控制器與第一閘門I的分控制器連接，第一閘門I的分控制器與第一閘門I的變頻電動機的變頻器連接；
[0040]第一閘門I的分布式1\0控制器與第二閘門2的分布式1\0控制器連接，第二閘門2的分布式1\0控制器與第二閘門2的分控制器連接，第二閘門2的分控制器與第二閘門2的變頻電動機的變頻器連接；
[0041 ]以此類推，將各個閘門以總線16互相連接。由此結構，實現(xiàn)對各個閘門的自動啟閉控制，以便于實現(xiàn)同步的升降啟閉，同時，整個PLC網(wǎng)絡布局更為簡單，布線更為方便。
[0042]所述的分布式1\0控制器采用西門子ET200。由此結構，使布線更為簡單，大幅降低通訊線路的布設成本。
[0043]所述的啟閉機設有兩臺變頻電動機，分別位于閘門的兩端，兩臺變頻電動機之間采用機械同步軸連接。由此結構，便于實現(xiàn)雙吊點的控制。
[0044]兩臺變頻電動機之間采用主從力矩控制。即以主變頻電動機的變頻器的輸出扭矩為基礎，調節(jié)從屬的變頻電動機的變頻器的輸出扭矩，以使兩臺變頻電動機輸出的扭矩相同。
[0045]—種采用上述的井式進出水塔閘門同步運行裝置的控制方法，包括以下步驟:
[0046]—、當開啟閘門時，設置其中一臺啟閉機為主機，其他啟閉機為從機；
[0047]根據(jù)絕對值編碼器獲得主機和從機所控制閘門的高程，計算兩個閘門的高程差Z，與設定值進行比較；
[0048]當Iz I ^設定值時，不調節(jié)；
[0049]當|Z|>設定值時，將該值作為從機啟閉機調節(jié)值，通過主控制器12控制從機啟閉機的變頻器15，再控制從機啟閉機的變頻電動機轉速，調節(jié)從機所控制閘門的升降速度，從而達到主機和從機所控制閘門的高程一致；
[0050]二、當關閉閘門時，將相對稱的兩個閘門的啟閉機設置為一組，設置其中一臺啟閉機為主機，另一臺為從機；
[0051 ]根據(jù)絕對值編碼器獲得主機和從機所控制閘門的高程，計算兩個閘門的高程差Z，與設定值進行比較；
[0052]當Iz I ^設定值時，不調節(jié)；
[0053]當|Z|>設定值時，將該值作為從機啟閉機調節(jié)值，通過主控制器12控制從機啟閉機的變頻器15，再控制從機啟閉機的變頻電動機轉速，調節(jié)從機所控制閘門的升降速度，從而達到主機和從機所控制閘門的高程一致；
[0054]其他組的閘門控制以此類推;各組的閘門間隔30土 5秒再啟動；
[0055]通過以上步驟，實現(xiàn)閘門的同步運行，保護發(fā)電機組的安全，且本實用新型的控制方法兼顧控制的精確程度和控制效率。
[0056]變頻電動機的轉速通過增量編碼器反饋至當前變頻電動機所連接的分控制器17，實現(xiàn)閉環(huán)控制。
[0057]主機和從機所控制的閘門的高程差值控制在10mm之內。
[°°58] 在孔口以上啟閉速度按2.4±0.4m/min控制，孔口以下啟閉速度按1.2±0.2m/min
控制。由此方法，提高啟閉控制的效率。
[0059]變頻電動機的轉速通過增量編碼器反饋至當前變頻電動機所連接的分控制器17，實現(xiàn)閉環(huán)控制。
[0060]實施例2:
[0061]在實施例1的基礎上，某水蓄能電站上水庫上水庫共設2個井式進出水塔10，進出水塔10橫截面是圓形的，進出水塔10的中間設有進出水孔9，每個進出水塔10分隔成8個與進出水孔9連通的孔口 11，每個孔口 11設有閘門和控制閘門升降的啟閉機。水庫的水經(jīng)過水塔至輸水管道再到地下發(fā)電機組，進水時要求水塔上的閘門同時開啟并同步運行。本例共計16孔門槽及16套事故檢修閘門，事故檢修閘門圖中未示出。本例采用固定卷揚式啟閉機，啟閉機的持住力:4500kN，啟門力:2000kN，起升高度:55.0m，起升速度:0.24m/min?2.4m/min，孔口以上啟閉速度按2.4m/min控制，孔口以下啟閉速度按1.2m/min控制，吊點距:單吊點，工作級別:Q2-輕。每8臺啟閉機有一臺控制操作臺控制，安裝在各自的進出水塔10啟閉機房內，每臺啟閉機控制柜安裝在機旁。井式進出水塔10閘門布置見圖1。
[0062]水庫的水經(jīng)過水塔至輸水管道再到地下發(fā)電機組，進水時要求水塔上的閘門同時開啟并同步運行，一旦機組出現(xiàn)問題，進進出水塔10相對對稱的兩扇閘門要同時啟動關閉，每隔30秒鐘再啟動相對對稱布置的另兩扇兩11，每對同時下放的丨I]門在孔口范圍內的不同步誤差要求控制在10mm以內。這就要求相對的2臺啟閉機具有很好的同步控制性能。
[0063]設置I個集中控制臺，內裝PLC上位機作為主控制器12，每臺啟閉機機旁柜設置一個PLC下位機作為分控制器17，PLC之間采用分布式1\0控制器14進行通信控制，以降低布線難度。本方案采用了西門子S7-300PLC控制器及ET200系列遠程分布式1\0控制器。
[0064]開啟閘門:應先打開閘門充水閥充水，充水閥行程250mm，確認閘門前后平壓后，即水位差< 5m，再進行閘門全程開啟至上限位置。
[0065]開啟閘門時:設一臺啟閉機的變頻器為主機，S卩I號啟閉機，其他啟閉機的變頻器設置為從機。根據(jù)絕對值編碼器獲取Al=I號啟閉機卷筒的轉角值，換算成閘門高度值，以下均簡稱為卷筒高度值。A2=2號啟閉機卷筒高度值，A3=3號啟閉機卷筒高度值，依次類推，最后一個啟閉機卷筒高度值為X。運算Z=A1-A2，Z=A1-A3，……Z=A1_AX。當| Z | <設定值時，不調節(jié)；當I Z I >設定值時，將該值作為2至X號啟閉機卷筒調節(jié)值，通過分控制器17的PLC控制變頻器，再控制變頻電動機的轉速，調節(jié)2-X號啟閉機卷筒的運轉速度，達到啟閉機運行一致性，確保閘門的高程誤差在允許的范圍內。通過上述的方法，可以實現(xiàn)所有啟閉機提起閘門的運行高度一致。
[0066]關閉閘門:當隧洞或球閥發(fā)生事故時，閘門在自重和水柱壓力作用下，動水關閉閘門，動水閉門時，相對對稱的兩扇閘門同時啟動，每隔30秒鐘再啟動相對對稱布置的另兩扇閘門，每對相對對稱下放的閘門在孔口范圍內的不同步要求在10mm以內。閘門及啟閉機按順序編號，關閉時順序示例為1-5、3-7、2-6、4-8。正常工況下靜水關閉閘門。
[0067]將相對稱的兩個閘門的啟閉機設置為一組，例如設第一閘門I的啟閉機為主機，另I臺第五閘門5的啟閉機為從機。根據(jù)絕對值編碼器獲取Al=I號啟閉機卷筒高度值，A2=2號啟閉機卷筒高度值，A3=3號啟閉機卷筒高度值，A4=4號啟閉機卷筒高度值，A5=5號啟閉機卷筒高度值，A6=6號啟閉機卷筒高度值，A7=7號啟閉機卷筒高度值，A8=8號啟閉機卷筒高度值，A9=9號啟閉機卷筒高度值，依次類推，最后一個啟閉機卷筒為AX。按相對稱閘門進行控制。所以運算如下:Z=A1-A5，Z=A2-A6，Z=A3-A7，Z=A，4-A8 ……Z=A9_AX。當 |Z| < 設定值時，不調節(jié)；當I Z I >設定值時，作為相對稱的另I臺啟閉機的變頻器的調節(jié)值，通過PLC控制變頻器，再控制變頻電動機的轉速，調節(jié)相對稱的另I臺啟閉機卷筒的運轉速度，達到啟閉機運行一致性。
[0068]本例中，變頻器采用施耐德ATV71系列產(chǎn)品，增量編碼器選用宜科EC58H41024，實行閉環(huán)調速。主回路電氣:見附圖2。
[0069]啟閉機主控裝置采用變頻調速的控制方式。主控制器12采用西門子S7-300。與主控制器12連接的觸摸屏13選用TP270-10，絕對值編碼器采用德國倍加福AVM58系列。PLC網(wǎng)絡配置見圖3。
[0070]上述的實施例僅為本實用新型的優(yōu)選技術方案，而不應視為對于本實用新型的限制，本申請中的實施例及實施例中的特征在不沖突的情況下，可以相互任意組合。本實用新型的保護范圍應以權利要求記載的技術方案，包括權利要求記載的技術方案中技術特征的等同替換方案為保護范圍。即在此范圍內的等同替換改進，也在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種井式進出水塔閘門同步運行裝置，包括設置在進出水塔(10)沿放射狀分布的多個孔口( 11)的閘門，其特征是:在各個閘門中，閘門與啟閉機連接，所述的啟閉機中，變頻電動機通過制動聯(lián)軸裝置與減速器的輸入軸連接，減速器的輸出軸通過連接機構與卷揚裝置連接，卷揚裝置通過滑輪組與閘門連接； 主控制器(12)通過總線(16)與分布式1\0控制器(14)連接，分布式1\0控制器(14)與分控制器(17)連接，分控制器(17)與變頻電動機的變頻器(15)連接； 在變頻電動機中設有增量編碼器，增量編碼器與分布式1\0控制器(14)連接，減速器的低速軸設有絕對值編碼器，絕對值編碼器與分布式1\0控制器(14)連接。2.根據(jù)權利要求1所述的一種井式進出水塔閘門同步運行裝置，其特征是:主控制器(12)通過總線(16)與第一閘門(I)的分布式1\0控制器連接，第一閘門(I)的分布式1\0控制器與第一閘門(I)的分控制器連接，第一閘門(I)的分控制器與第一閘門(I)的變頻電動機的變頻器連接； 第一閘門(I)的分布式1\0控制器與第二閘門(2)的分布式1\0控制器連接，第二閘門(2)的分布式1\0控制器與第二閘門(2)的分控制器連接，第二閘門(2)的分控制器與第二閘門(2)的變頻電動機的變頻器連接； 以此類推，將各個閘門以總線(16)互相連接。3.根據(jù)權利要求1所述的一種井式進出水塔閘門同步運行裝置，其特征是:所述的分布式1\0控制器采用西門子ET200。4.根據(jù)權利要求1所述的一種井式進出水塔閘門同步運行裝置，其特征是:所述的啟閉機設有兩臺變頻電動機，分別位于閘門的兩端，兩臺變頻電動機之間采用機械同步軸連接。
【文檔編號】G05B19/05GK205475133SQ201620248872
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月29日
【發(fā)明人】覃建青, 龐友誼, 李麗麗
【申請人】葛洲壩機械工業(yè)有限公司