在水电厂的日常运营中,水位测控系统是至关重要的,它确保水库水位维持在安全和有效的运行水平。由于水电厂的特殊环境和运行条件,需要一个高可靠性、配置灵活且易于安装和维护的水位测控系统。为了满足这些要求,本文介绍了基于可编程逻辑控制器(PLC)的水位测控装置的开发与应用,该系统使用了模块化的PLC硬件、浮子式水位测量装置以及多圈绝对值编码器。 系统功能结构包括水东水电站的上游、#1拦污栅后、#2拦污栅后、下游四个水位测量井,每个测量井都配备了浮子式水位测量装置。这种装置利用浮子的升降来测量水位,并通过多圈绝对值光电编码器将液位变化转换为数字信号。此设计特别考虑到了系统在防雷和抗干扰方面的需求,因此传感器与中央控制室之间的通信采用了光纤传输。此外,系统采用了RS485串行口来采集编码器的水位数据,并通过模拟量输出模块将信号转换为4~20mA的电流信号,用于向远动RTU装置和机组调速器电气调节装置输出。 软件设计方面,PLC程序采用了模块化设计,具有很好的可读性和可维护性。PLC硬件配置和控制程序均使用施耐德公司的UnityPro编程软件包完成。程序包括初始化、传感器通信、计算、信号输出、数据上传等子程序。PLC与编码器之间的通信采用了Modbus RTU通信协议,这是一种广泛应用于工业领域的标准通信协议,有助于系统的维护和扩展。通信时,PLC作为主站,编码器作为从站,并根据编码器手册中的信息帧结构来读取水位测量值。 在实现原理中,浮子式水位测量装置的设计十分巧妙,它利用浮子随着水位变化而升降来驱动线轮旋转,进而带动与线轮同轴的多圈绝对值编码器输出对应的数字信号。该编码器的绝对值编码技术确保了信号的唯一性和可靠性,即使在停电或受到干扰的情况下也能准确读取位置信息。 所选编码器为现场总线型输出的多圈绝对值编码器,其信号输出不仅包括模拟量4~20mA输出,还包括并行格雷码、串行SSI输出以及总线型输出。这些输出方式各有特点,例如,并行格雷码和模拟量输出适合于短距离传输,而串行SSI输出则多用于与特定品牌的PLC模块配套。现场总线型编码器采用RS485物理格式进行通信,具有较少的连接线和较长的传输距离。 该水位测控装置PLC选用了施耐德公司的M340模块化PLC,该PLC因其高性能和大内存而闻名,在工业控制领域得到了广泛应用。CPU模块选用的是BMXP342020,它具备100M以太网端口和一个RS485串行口。输入输出模块可根据现场实际需求灵活配置,软件设计不仅优化了硬件配置,还通过模块化设计保证了程序的高可读性和可维护性。 在该系统的开发过程中,确保了系统的高可靠性、配置灵活性和便于安装与维护的特点,以满足水电厂对水位测控的具体要求。通过PLC的高精度控制和实时监测,系统能够持续提供准确的水位信息,并通过计算机监控系统实现远程操作和故障报警,确保了水电站运行的安全和高效。这种基于PLC的水位测控系统的设计和应用为水电行业提供了一个可靠的自动化解决方案。
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