一、产品介绍
本系统采用西门子TIA平台架构,硬件搭载S7-1517H系列容错型CPU(热备切换时间≤100ms),支持PROFINET光纤环网(自愈时间≤20ms)。关键模块包括:
• 高速信号采集卡:采集水轮机转速(≤0.01%精度)、导叶开度(16位分辨率)、推力瓦温(±0.5℃)
• 水力专用模块:集成协联控制器(实现水头-流量-功率闭环)
• 冗余通信模块:双网口支持IEC 61850 MMS协议
系统满足IP65防护等级及IEC 61800-5抗扰度标准,通过SIL3安全认证(可编程安全模块F-CPU),-25℃~60℃宽温运行环境适应水电站潮湿、振动工况。
二、工作原理
1. 数据驱动层
• 实时采集水力参数:
o 核心量:水头(0.1m精度)、流量(超声波±1.0%)、水库水位(雷达±1mm)
o 机械量:机组摆度(≥80μm报警)、轴位移(≥0.3mm跳机)
o 电气量:有功功率(0.2S级)、励磁电压(±0.5%)
2. 控制执行层
• 调速器闭环控制:
o 基于改进PID算法(含前馈补偿)调节导叶开度
o 频率调节范围:45~55Hz(响应时间≤2s)
• 闸门联动控制:
o 多闸门开度同步调节(液压缸位移偏差≤0.5mm)
o 防洪泄流模式:按入库流量自动计算最优开度组合
3. 安全保护层
• 三取二保护逻辑(2oo3表决机制):
o 抬机量>0.4mm → 紧急停机
o 轴承温度>80℃ → 联动冷却系统
o 振速>4.5mm/s → 自动降负荷
• 硬接线后备保护:
机组过速115%Ne时机械液压系统直接动作
4. 协调优化层
• 按电网调度指令优化负荷分配(厂内经济调度)
• 基于水位预测的库容优化调度(误差≤2%)
三、主要功能及特点
1、核心控制功能
• 机组全自动启停
o 启动序列:技术供水投运→刹车解除→励磁投切→转速跟踪→并网(≤180s)
o 停机序列:卸负荷→逆变灭磁→导叶关至空载→机械制动(≤300s)
• 功率精准调节
o AGC响应:功率阶跃±10%Pe的调节时间≤15s
o 一次调频:死区±0.05Hz,永态转差率2%~6%可调
• 闸门智能联动
o 防洪调度:根据降雨预报提前泄洪(提前量≥3小时)
o 生态流量保障:按最小下泄流量自动控制弧形门开度
2、水电专属特性
• 水力模型融合
o 协联控制器:存储16组水头-导叶-桨叶关系曲线
o 空化裕度保护:根据吸出高度自动限负荷
• 振动保护体系
o 摆度频谱分析:识别转子不平衡/轴线偏移故障
o 压力脉动监测:尾水管涡带频率自动避振控制
3、可靠性与维护
• 西门子冗余机制
o CPU冗余:故障切换时间≤100ms
o PROFINET环网:断线自愈≤20ms
o 电源冗余:AC220V+DC220V双回路
• 智能诊断工具
o 振动趋势预测:基于Hilbert-Huang变换预警轴承劣化
o 设备健康报告:自动生成导叶间隙/密封磨损评估
• 远程维护支持
o PCS7 WebNavigator远程组态修改
o 离线仿真测试(PLCSIM高级版)
4、行业扩展能力
• 泵站调度控制
o 多泵并联防汽蚀控制:按净正吸头自动启停泵组
o 节能优化:根据扬程变化调整叶片角度(节电≥8%)
• 流域集控集成
o IEC 61850通信支持梯级电站协同调度
o OPC UA协议对接水情测报系统
四、获取水电/泵站专用PLC控制系统专属方案与报价
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