三菱FX2N PLC系统在田坝电站拦污栅上的应用

一、超声波物位计没测量水位概况
　　拦污栅位于进水口前，其作用为拦住杂物，防止杂物进入水轮机蜗壳，影响机组正常运行。机组长期运行后，必然导致拦污栅前渣滓堵塞，使栅前、栅后水位产生差值，对栏污栅形成一定的水压力。当压力超过拦污栅所能承受的限度时，将发生拦污栅压塌的重大事故。为避免该事故的发生，水电厂一般采用测量拦污栅前、后水位差，来判断拦污栅目前承受的压力，是否超出警界线，来决定是否需要排除拦污栅前渣滓，缓解拦污栅所承受压力。
　　田坝电站位于云南省漫湾发电厂大坝左岸，装有一台105MW的混流式机组，在汛期利用漫湾发电厂的弃水发电，在系统中承担腰荷。由于其进水口位于江水拐弯处，容易聚集江水中漂来的渣滓，又由于离漫湾发电厂表孔泄洪门较远，渣滓不容易排走，而长时间滞留于进水口门拦污栅前，造成堵塞，使得栅前、栅后水位产生差值。对拦污栅形成较大的压力。电厂必须对该压力进行实时监测，防患于未然。但目前拦污栅水位测量准确、可靠性低，实际运行中，需要运行班人员定期到现地测量。这样既不能达到实时监测，又给“无人值班，少人值守”的电站提出了一个严峻的问题。
　　带着问题，我们进行了大量调研，目前水电站多采用浮子式液位计或投入式液位计来进行水位测量。其缺点为：测量精度低，不可靠，经常出现浮子卡死不动和传感器堵塞导致测不准；维护工作量大，安装、调试不便，采集到的仅是模拟告警信号，不能直接进入电厂计算机监控系统。对无人值班电厂不实用。
　　我们对拦污栅水位测量系统进行了反复对比，优化得出最后的方案设计，采用超声波物位计对栅前、栅后水位进行实时准确监测，用PLC对采集量进行处理。并且把实时水位和压差数据送到中控室，显示和越限报警。同时采用RS422/RS232接口，又把实时数据送到大坝集中控制室工控机，处理成计算机通信报文，最终将采集量送到电厂计算机监控系统上位机。
　　该项目实施后不仅满足栏污栅栅前、栅后水位及压差的多点实时监测，及报警功能，而且结束了拦污栅测量系统独立工作，无法与电厂计算机监控系统通讯的局面。实现与闸门系统的监视功能、控制功能以及故障时ON-CALL寻呼系统功能的集成。满足了无人值班电站的需要。该技术在云南省电力系统还是第一家。
今后，我们打算将拦污栅栅前水位（即坝前水位）送给水轮机调速器系统，实现自动调整水头，使机组在最优工况下运行。
二、超声波物位计测量水位的原理以及安装要求
　　超声波物位计工作时，高频脉冲声波由换能器（探头）发出，遇被测物体（水面）表面被反射，折回的反射回波被同一换能器（探头）接收，转换成电信号。脉冲发送和接收之间的时间（声波的运动时间）与换能器到物体表面的距离成正比，声波传输的距离S与声速C和传输时间T之间的关系可以用公式表示：S=　CⅹT/2
例如：声速C=344m/s，传输时间为50ms，即可算出传输的距离为17.2m，测定距离为8.6m。
系统如下：

如上图可以看出新系统由超声波物位计（两个换能器和一块控制表）、数模转换模块（型号为：FXON-3A）、可编程控制器（即PLC）、七段管码显示器和两块“上润”仪表组成。具体工作原理如下：

物位计具有强劲发射力的换能器，微处理器程序控制，智能信号处理技术，可实现多种典型工况软件处理模式，使物位计能适应固体、液体、粉尘、蒸汽、泡沫等复杂工况。红外线遥控编程调节、操作简单方便，并带有液晶显示。物位计可以配单通道、双通道、多通道三种型号控制表，各种控制表都有各通道相对应的4　-　-20mA的电流信号输出。　
　　安装换能器时应使换能器发出的声波垂直于被测物体，使换能器能接收到较多的物体反射回来的声波，使测量更精确。在被测物体与换能器之间不能存在任何物体，以免使声波被遮拦物反射给换能器，造成实测距离为换能器与遮拦物之间的距离。另外，为防止电磁干扰，换能器到控制表之间的传输线务必使用屏蔽电缆。　
三．可编程超声波式拦污栅水位测量系统在田坝电站应用产生的效果
　　用超声波物位计测量大坝水位目前在国内尚不普遍，技术上尚无经验可以借鉴。在这样的情况下，我们充分利用PLC与超声波物位计这一领域的先进技术，按照总体规划，长远考虑，一次到位，避免重复改造，重复投资的这一原则，对该项目进行自行设计，全面顺利地完成了这一课题。在该领域取得了较有价值的经验。为目前我国国内水电站实现对大坝水位监测系统提供了一个可以借鉴的范例。
　　目前能够成功实现拦污栅水位远方实时监测的电厂并不多，漫湾发电厂的这一课题项目已实现这一目标。从应用的效果看，能够满足电厂对拦污栅栅前、栅后水位及前后压差的实时监测和报警。提高了防洪渡讯的应变能力和坝区水位控制的自动化手段，该项目在国内处于先进行列。
　　可编程超声波式拦污栅水位测量系统投入2万余元，在云南省漫湾发电厂田坝电站使用中,已取得了很好的效益。杜绝了过去由于值班人员在中控室不能实时监测压差，造成当压差快越限时，不能及时调整机组和闸门的运行方式，使得压差继续增大，被迫停机清渣，给企业带来经济损失，和拦污栅压塌的事故隐患。
四、结束语
　　可编程超声波式拦污栅水位测量系统研制成功及运用,提高了漫湾发电厂田坝电站的运行可靠性，安全性。将进一步提高漫湾发电厂自动化水平，为防洪渡汛提供技术支持，为进一步巩固无人值班（少人值守）奠定了基础。