SDM200技术说明书.docx
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SDM200技术说明书
国电南自
Q/GDNZ.J.10.27-2000
SDM200
水电站闸门监控系统
技术说明书
国电南京自动化股份有限公司
GUODIANNANJINGAUTOMATIONCO.,LTD
SDM200型
水电站闸门监控系统
技术说明书
编写施婷婷
审核史恒
批准郭效军
2001年3月23日
目次
1.概述………………………………………………………………………1
1.1研制背景……………………………………………………………………1
1.2系统特点……………………………………………………………………2
1.3系列产品构成………………………………………………………………2
2.系统结构设计………………………………………………………………3
2.1现地集中式控制单元……………………………………………………3
2.2现地分布式控制单元……………………………………………………4
2.3分层分布式控制系统……………………………………………………4
3.系统功能……………………………………………………………………6
3.1监控功能……………………………………………………………………6
3.2远程调度功能…………………………………………………………………6
3.3事件顺序记录（SOE）功能…………………………………………………6
3.4操作记录功能………………………………………………………………6
3.5故障报警功能………………………………………………………………6
3.6系统自诊断功能………………………………………………………………6
3.7实时控制功能………………………………………………………………6
4.系统特点……………………………………………………………………7
4.1上位机实时监控………………………………………………………………8
4.2现地操作面板………………………………………………………………8
4.3现场总线的使用………………………………………………………………8
4.4实时监控软件………………………………………………………………8
4.5自检功能……………………………………………………………………8
4.6丰富的网络功能………………………………………………………………8
4.7传感器的驱动方式……………………………………………………………8
4.8闸门开度的输入………………………………………………………………8
4.9闸门开度显示…………………………………………………………………8
5.开度传感器的结构和安装方式………………………………………………9
5．1采用联轴器的安装方式………………………………………………………9
5．2采用弹力卷筒的安装方式……………………………………………………9
5．3采用测绳、挂轮、重锤的安装方式………………………………………10
5．4传感器零点调整……………………………………………………………10
6.SDM201微机闸位计………………………………………………………11
6．1SDM201微机闸位计概述…………………………………………………11
6．2主要特点…………………………………………………………………11
6．3主要技术指标………………………………………………………………11
6．4安装及开孔尺寸……………………………………………………………12
7.系统软件简介………………………………………………………………13
7．1基本组成…………………………………………………………………13
7．2系统软件特点………………………………………………………………14
7．3系统软件清单及简要说明…………………………………………………14
8.定货要求……………………………………………………………………15
8.1系统结构…………………………………………………………………15
8.2供货范围…………………………………………………………………15
8.3闸门数目和类型……………………………………………………………15
8．4启闭系统的类型……………………………………………………………15
8．5设备布置方式………………………………………………………………15
8．6控制流程…………………………………………………………………15
9．产品业绩…………………………………………………………………16
1．SD200系统概述
1.1.研制背景
水电自动化是水电建设的一部分，在２０世纪２０年代的美国、瑞士等国家即己出现，４０年代，水电站运行采用在中控室和机旁两级值班；５０年代后期，开始实现无人值班，由上级调度所或梯级调度所遥控。
计算机和相应自动化配套装置和元件的应用使水电站自动化进入一个新的发展阶段，计算机监控是水电站自动化今后的发展方向。
在工业发达国家，无人值班或少人值守的水电站已占绝大多数，而在我国却只有很少几个，多数电厂还保留着两级值班的模式，这使我国水电厂的劳动生产率比国际水平低许多。
虽然我国水电自动化水平距国际水平还有差距，但是，自８０年代后期，我国水电自动化的发展很快。
特别是国家实行业主负责制、流域滚动开发以来，由于业主在集资建设、自主经营、卖电还贷的机制中唱主角、负主要的责任，因此提高劳动生产率必然地成为业主追求的目标，自动化可以将发电机层、水轮机层、公用设备及前池尾水的测量、信号、操作控制等均集中到控制室进行，不设就地值班,达到少人值守或无人值班的目的，帮助业主实现减人增效、“少办社会”的目标。
随着“无人值班，少人职守”这一控制模式的提出，水电厂、水利枢纽的自动控制迫切要求生产厂家能够设计生产出可靠性高、性价比好的闸门控制系统。
传统的、继电器式的闸门控制装置，接线复杂，可靠性差，维修困难，控制逻辑一旦确定就不可更改；现有的闸门控制系统，有的缺乏主控计算机的支持，不能联网进入电站全面监控系统；有的系统，闸门开度数据仍以数字量或模拟量的方式采集，传感器仍然延用传统的重锤方式驱动，使得系统既臃肿，又降低了测量的精度。
我们从1992年开始着手研制的新一代闸门控制系统——SDM200型闸门控制系统，以可编程序控制器为控制核心，采用现场总线技术，配置弹力卷筒式开度传感器，使系统的结构简单明了，大大提高了系统的可靠性、可用性，减少了调试、运行、维护的强度，成为“无人值班，少人职守”水电站必不可少的设备。
1.2.系统特点
SDM200型水电站自动化系统采用全开放，模块化结构设计，能实现数据采集与处理，闸门升降和调节功能，采用了当今已成熟的先进技术和器件，如WINDOWSNT系统、CANBUS现场总线技术、以太网技术和INTERNET技术等。
SDM200系统操作方便，配置灵活，适用于新建水电站、泵站、水库的闸门自动化监控,也适合已建水电站、泵站、水利枢纽的闸门自动化监控技术改造。
1.3.SDM200系统系列产品构成
SDM200系统可包括如下系列产品：
●工作站、工控机、打印机、通讯系统等。
●JB系列闸门开度传感器
●SDZ200微机综合采集装置。
●SDM201微机闸位计
●KTJ200宽带多媒体图像监控系统
●FWC-1分散式大坝自动观测系统
●SD200水电厂自动化系统软件平台
●NZD-101直流电源系统
1.系统结构设计
SDM200型闸门控制系统可根据控制对象的特性、电厂对各类闸门自动化运行程度的要求,构建相应的自动化控制系统。
2.1现地集中式控制单元：
简单的控制可以是一个现地控制单元。
采用高性能的可编程序控制器做为控制主体，采集闸门的开度、运行状态、运行方式和库区的水位、流量等实时数据，PLC对采集到的数据进行逻辑判断，完成闸门的提门、落门、停机等各项控制。
闸门的实时开度既可以在闸门旁的现地开度仪上显示，也可以在现地集中式控制单元上的开度显示仪上显示，还可以通过现场总线上传给PLC，由PLC进入电站监控系统。
具体结构参见附图1。
现地控制单元可以根据系统实用和可靠性的要求，采取控制单元的双重化冗余结构、局部双重化冗余结构（如：
PLC的双机热备）、PLC与简化常规设备相结合的结构。
现地控制系统还可以配置一体化工控机，使人机界面更加友好，增强系统的联网、通讯能力和打印功能。
2.2现地分布式控制单元：
当同类型或功能类似的单个闸门之间距离较远时，可以选用分布式控制单元。
采用现场总线技术，将分布于各个闸门的远程I/O站的数据联系起来，由主CPU进行数据处理，构成位置分散的分布式控制单元，完成闸门的升降控制和调节。
具有该总线功能的智能仪表挂在总线上。
参见附图2
2.3分层分布式控制系统
本系统在上述两种方式的基础上，通过计算机网络、现场总线、串行通讯口等方式将分布于各地的闸门控制单元的数据联系起来，上送给主控计算机，运行人员直接在上位机上监视闸门的各种工况，进行闸门的各项控制操作，构成一个分层分布式控制系统。
具体结构参见附图3
2.
3．系统功能
3.1监控功能
可通过主控计算机控制台、现地操作台（屏）完成画面显示、打印制表、设置参数及操作控制等功能，对整个闸门系统主要设备的运行工况实行全面监控。
3.2远程调度功能
可接收远方调度的命令，对闸门进行自动控制和调节。
3.3事件顺序记录功能
可对整个闸门系统主要设备的事故及故障信号、监控系统的故障信号等进行事件顺序记录。
根据故障信号发生的时间顺序，记录发生的故障信号的名称、变位时间，时间包括年、月、日、时、分、秒。
3.4操作记录功能
记录运行人员在人机界面上进行的操作的名称、时间以及操作是否成功。
3.5故障报警功能
当监控对象发生故障时，本系统能自动报警；发生事故时，本系统能自动停止闸门的运行，并报警。
3.6系统自诊断功能
监控系统在线运行时，对本系统内的硬件及软件进行自诊断。
3.7实时控制功能
监控系统按照闸门当前运行控制方式和预定的决策参数进行控制调节，以满足电站、库区各类闸门的实时控制要求。
3.7.1对运行设备控制方式的设置
●远方调度／主控计算机控制方式设置；
●主控计算机／现地控制单元控制方式设置；
●闸门成组／闸门单机运行方式设置；
●运行设备自动／手动控制方式设置。
3.7.2对单孔或成组闸门操作
运行人员通过主控计算机或现地控制单元的操作屏（台）进行操作，完成对闸门的控制与调节，并保持在成组操作过程中，成组运行的各闸门之间的协联性。
3.7.3控制和开度调节功能
可在现地操作界面、主控计算机上进行闸门启闭控制和开度调节功能：
●系统根据预定的原则及运行人员实时输入的命令、进行闸门正常启动、停机，闸门的充水平压和升降操作，发生故障时自动停止闸门的运行。
●系统对操作过程进行校核和监视，并进行操作记录。
在开机过程中，能显示闸门当前实际开度和各主要启闭设备依次推进过程和执行情况,记录操作的时间和检测操作是否成功。
●系统可由升降命令或设给定值的方式进行闸门的自动调节。
4.系统特点
本系统针对电厂、水利枢纽对闸门控制系统提出的高要求，在硬件方面做了相应配置，以可编程序控制器为控制主体，配置网络模块或通讯模块，运用现场总线技术将位置、功能分散的各个闸门联系到一起，上送到主控计算机，进入全厂监控系统。
本系统在控制软件上使用专用编程软件，梯形图编程，模块化编程思路，使得软件易读，易懂，修改方便。
整个系统具有以下特点：
4.1上位机实时监控
通过主控计算机进行画面显示、打印制表、设置参数及操作控制，实现各闸门的运行工况的监控。
4.2现地操作面板
现地控制单元设有现地监控界面，具备独立运行能力，可以根据控制对象和电站对自动化程度的要求，构建相应的监控系统。
4.3现场总线的使用
使得系统结构简单，提高了系统的实时性、可靠性、可维护性、可用性、可扩性。
4.4实时监控软件
实时控制软件变物理界面为软件映射逻辑，简化系统接线和维护，方便设计，进一步提高可靠性。
4.5自检功能
系统具有完善的自检功能，准确定位发生故障的位置；可靠的模块化结构，方便的可扩展性。
4.6丰富的网络功能
可方便地将本装置纳入全电厂的计算机监控系统。
4.7传感器的驱动方式
闸门开度传感器用弹力卷筒替代老式的重锤来驱动，减少了设计、安装的工作量，减轻了维护的强度。
4.8闸门开度的输入
闸门开度的输入采用近年来发展极快的通讯技术，大大减少了电缆的敷设量，克服了采用模拟量输入方法所产生的精度损失。
4.9闸门开度显示
闸门开度可在闸门当地、现地控制柜和远方控制台上同时显示。
5．开度传感器的结构和安装方式
根据启闭机和闸门的不同，选用不同的传感器安装和驱动方式。
5.1采用联轴器的安装方式
传感器测量轴通过联轴器（随机供应）直接与卷扬式启闭机的小齿轮或伸出轴（以下简称安装轴）联接。
5.2采用弹力卷筒的安装方式
传感器的测量系统和驱动装置弹力卷筒安装在同一个机架内，保证测量轴与弹力卷筒的伸出轴完全同轴。
在闸门上方的适当位置安装好传感器后，将弹力卷筒的钢带拉出并固定到闸门上。
如图所示。
5.
5.3采用测绳、挂轮、重锤的安装方式
安装好传感器后，将挂轮固定在传感器的测量轴上；测绳的一端固定在闸门的合适位置，另一端绕过挂轮上的绳槽后固定在重锤上。
要保证在闸门关闭时，在重锤侧的测绳长度约为0.5M。
5.4传感器零点调整
闸门位于全关位置，将开度仪设定为00.00cm即可。
6．SDM201微机闸位计
6．1SDM201微机闸位计概述
SDM201微机闸位开度仪是闸门开度测量的专用设备,它集测量,显示,控制,通讯为一体。
适用于各种水闸，船闸的弧门，人字门，平板门，横拉门等各种闸门的开度监测与自动化控制，同样也适用于其它物体的位移测量显示及控制。
6.2主要特点
6.2.1采用“HL-3恒力数字式传感器”，位移测量的钢带跟踪闸门运动，自动伸缩无需其它附加装置，使用户安装简单，运行可靠，维护方便；
6.2.2能适应多种传感编码信号的输入，用户在订货时须提前申明；
6.2.3传感器信号传输距离达1KM以上；
6.2.4开度预置值可通过按键任意设定，直观清楚，操作简单；
6.2.5有自检功能，传感器传输信道故障时自动报警；
6.2.6抗干扰能力强；
6.2.7装置体积小，结构简单，维修方便；
6.2.8有CAN控制器和CAN接口，开度仪之间用CAN网络通讯，可靠性高，传输距离远（可达10KM）；
6.2.9与PLC通讯可采用RS-232或RS-422串行通讯方式，与上位机连接方便；
6.2.10电源功耗小，电源输入DC24V，电路板上带有DC-DC隔离电源；
6.2.11装置带自复保险丝；
6.2.12装置设硬件、软件两套看门狗。
6.3主要技术指标
6.3.1测量范围：
0-10M/40M/80M
6.3.2分辨率：
1cm；1mm
6.3.3误差：
±1cm；±3mm
6.3.4显示方式：
6位LED
6.3.5远传距离：
10KM
6.3.6工作状态：
连续
6.3.7输出接口：
（1）CAN接口
（2）RS-232接口
（3）RS-422接口
（4）触点输出：
8路OMRON继电器，触点容量AC220V/5A
6.3.8工作环境：
环境温度：
-20―+55℃
相对湿度：
<90%
6.3.9电源:
DC24V
6.3.10外形尺寸:
150×75×183mm
6.4安装及开孔尺寸
微机闸位开度仪装盘时的开孔尺寸为：
智能闸门开度仪装盘时的尺寸为：
微机闸位开度仪装盘时开孔尺寸为：
7、系统软件简介
7.1、基本组成
SDM200系统在硬件选择上以系统的开放性和兼容性为指导思想，具有很大的灵活性，支持异型机联网。
软件方面采用WINDOWSNT为操作系统，采用C++编程，面向对象设计。
具有友善的人机界面，注重系统的可维护性，并提供系统维护工具。
系统软件的上位机部分包含数据管理、操作控制、系统维护、通讯服务等功能，根据系统规模和用户要求可配置一台或多台工作站完成上述功能。
对一些重要部件（如数据库和网络通讯部分）可冗余配置，从而提高系统的可靠性。
SD200系统软件以实时数据库为核心，包括数据管理包、开发包、运行包、通讯管理包。
电站的运行人员、工程师可通过各自的工作站完成画面制作、画面显示、打印制表、参数设置和操作控制等功能。
系统的软件功能构成如图4所示：
图4系统软件的功能配置
7.2.系统软件特点
系统软件采用VisualC++编程，面向对象设计。
采用中文操作环境加上标准的图形化用户界面，使得本系统的操作非常简单直观，很容易掌握。
采用先进的多媒体技术，能及时清晰正确地进行语音报警。
7.3.系统软件清单及简要说明
（1）WindowsNT4.0中文版，用于系统管理和网络服务。
（2）SQLServer6.5及Access，用于数据服务。
（3）VisualC++4.2以上，用于应用软件的开发。
（4）水电站监控软件开发包，用于图形界面和报表的开发、设计。
（5）水电站监控软件运行包，用于实时监控的人机界面。
（6）水电站监控软件数据管理包，用于数据库的维护和管理。
（7）水电站监控软件通信服务包，用于与其他系统的数据通信。
（8）LCU软件，用于现地设备的信息采集和控制。
（9）其他。
包括GPS对时、语音报警、系统诊断等。
8.定货要求
8.1系统结构
确定系统的控制结构：
如主控计算机2台+通讯服务器1台+打印机1台、快速闸门LCU+排沙洞LCU+泄洪闸门LCU；主控计算机1台+闸门LCU1台。
8.2供货范围
定货范围若不包含开度传感器和显示仪，需说明闸门的开度采集方式：
提供每孔闸门的开度输出为模拟量还是开关量？
若为模拟量则提供测量精度，分辨率等；若为开关量则提供开度仪接点表。
8.3闸门数目和类型
提供闸门数目，类型（弧门，平板门等），闸门提升的最大扬程。
若为弧门，需提供有闸门扬程-开度转换关系式。
8.4启闭系统的类型
如：
卷扬式启闭机，液压式启闭机等。
8.5设备布置方式
提供系统各设备的布置方式，即控制台﹑控制柜﹑现地控制箱的位置，各设备之间，相关设备之间，与控制对象之间的距离。
8.6控制流程
提供闸门的运行（控制）流程。
9．产品业绩
1988年10月，葛洲坝大江9孔泄洪冲沙闸集控系统投运
1992年5月，隔河岩4孔快速闸门控制系统投运
1993年，万安19孔泄洪闸门集中控制系统投运
1998年，万家寨6孔快速闸门控制系统投运
1999年，万家寨8孔底孔泄洪闸门控制系统投运
2000年，万家寨5孔底孔冲沙闸门控制系统投运
1999年，四川将军坡6孔闸门群控系统出厂
2000年，四川来复电站5孔闸门群控系统投运
2000年，甘肃靖会泵站监控系统投运
2001年，安徽泥河泵站监控系统投运
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