做和小浪底水库闸门控制系统研究与开发

小浪底水库闸门控制系统研究与开发

小浪底水利枢纽的开发目标是防洪（包括防凌）、减淤为主，兼顾供水、灌溉、发电，蓄清排浑，综合利用。小浪底水库在黄河水量调度、保证下游不断流、河床不抬高等方面的作用十分重要，调水调沙是小浪底水库的主要运用方式。这就决定了枢纽运用以水调为主，电调为辅，正常运行时以发电流量保证下游供水，当出现缺额时开启相应闸门泄水补充水量。为了更好地发挥小浪底水利枢纽的作用，我们对水库闸门控制系统进行了较长时间的研究与开发，1999年9月水库下闸蓄水后现地控制设备投入运行，2000年系统投入正常运行。

1 问题的提出

小浪底水库闸门控制系统开发经历了两个过程，即采用常规继电器逻辑控制和采用可编程逻辑控制器（PLC）控制。用于集控小浪底这样被控对象分散的系统，如采用早期的PLC作为控制核心其投入大、可靠性尚无法保证。随着微电子技术的飞速发展，计算机越来越多地运用于工业控制，PLC也逐渐开发出开放的上产品，在1995年以后着重研究采用PLC取代常规继电器控制逻辑的方案，并展开设备招标及施工详图设计。1997年小浪底水库闸门控制系统招标采购，1998年开始陆续供货并安装。

2 系统特点

小浪底水库闸门控制系统适应水库运用的特点，操作方便，运行安全可靠。主要特点如下：

(1)枢纽洞群系统复杂，各类闸门众多，闸门操作运行可靠性关系水库运用的安全和效益的发挥，在闸门控制系统的设计中充分考虑技术先进性和操作安全可靠性。

(2)黄河水沙条件复杂，为保证泄水洞不被淤堵，平时泄洪排沙洞经常由进水塔内事故闸门下闸挡水，泄水时需先充水平压，然后提事故门，再开工作门，在布置上有一洞两门、一门两（启闭）机等形式及其组合，操作程序相对复杂。

(3)设备布置分散，环境条件差，大尺寸、高水头闸门分别布置在进口、中部和出口处，由设在坝顶控制楼的控制室进行集中控制，控制范围2 km，高差100多m。闸门启闭机有些在洞内，有些在露天，要求现地控制装置有良好的防护性能。

(4)设置了充水平压控制系统，对进水塔内上下左国内有的厂家可以输出5⑹项右贯通的充水平压管路中18个进水电动闸阀和72个分水电动蝶阀进行集中操作。

(5)闸门控制系统是包括1个控制中心、25套现地控制装置，集中控制32扇闸门和90个电动阀门，采用计算机、可编程逻辑控制器、通信络、自动化元件等组成的完整的控制系统。闸门监控系统不仅要进行现地和远方启闭控制；同时还要对这些闸门和阀门的工作状态及其参数进行监视，并与电站计算机监控系统、水库调度系统进行信息交换。

(6)闸门开度采集采用德国Ifm公司的绝对型多圈光电编码器，为控制系统提供了准确的闸门位置信息，使远方控制成为可能，提高1个弹性元件某1点的应变与弹性元件所受的力成正比了闸门运行的安全性和可靠性。

(7)在系统开发方面，上位机应用UNIX操作系统下的C语言程序，现地控制单元采用PLC梯形图语言。梯形图语言具有简单易用、方便直观的优点，既可进行离线程序开发，也可进行的显示、更改。

3 监控对象

闸门系统监控对象包括10座进水塔、孔板洞中间闸室、排沙洞出口、溢洪道的工作闸门和事故闸门共计32扇以及闸门充水平压系统电动阀门90个，其具体分布如下：

3.造纸企业利润总额由2017年837.8亿降至2018年的766.4亿1 进水塔

(1）明流洞事故闸门控制。4台卷扬启闭机，分别控制1号明流洞2扇平面闸门和2、3号明流洞各1扇平面闸门。

(2）孔板洞事故闸门控制。6台卷扬启闭机，分别控制3条孔板洞6扇平面闸门。

(3）排沙洞事故闸门控制。6台卷扬启闭机，分别控制3条排沙洞6扇平面闸门。

(4）明流洞工作闸门控制。3台油压启闭机，分别控制3条明流洞3扇弧形闸门。

(5）灌溉洞事故闸门控制。1台卷扬启闭机控制1扇灌溉洞平面闸门。

3.2 孔板洞中间闸室

孔板洞工作闸门为偏心铰弧形闸门，每扇闸门配主、副油压启闭机各一台，主机操作闸门的升降，副机操作偏心铰带动闸门前进或后撤，2台油压启闭机共用1套蓄能器。共有3个孔板洞中间闸室，每个中间闸室布置2套油压启闭机，控制2扇工作闸门。

3.3 排沙洞出口闸室

排沙洞工作门布置在排沙洞出口闸室，有3个出口闸室，每个出口闸室布置1套油压启闭机，控制1扇工作闸门。排沙洞工作闸门为偏心铰弧形闸门。

3.4 溢洪道

3条溢洪道分别设置3扇弧形闸门，每扇闸门配置1套油压启闭机。

3.5 充水平压系统

平面闸门运行要求静水开启，为此，设置F 剪切面积 单位为平方毫米（mm2）了1套充水平压系统，即在开启事故门或检修门之前需向门后洞内充水，待闸门前后水位差达到设计允许值时才能开启闸门。本系统9个进水塔(除灌溉塔)内均设置了阀门室。其