CN113701312A - 一种水电站地下厂房通风***智能化改造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水电站地下厂房通风***智能化改造方法，包括，根据现场实际情况分析***需求；搭建硬件设备中的控制***和变送器；构建下位机程序，开发上位机软件，再与所述硬件设备联合调试；对整套***进行联合调试，编写在线监测***的施工方案，进行现场施工和调试。本发明具有造价低、功能完善，自动化和智能化程度高的特点，可以满足水电站生产运行要求，有利于实现水电站“远程集控、少人维护”的生产管理模式。

Description

一种水电站地下厂房通风***智能化改造方法
技术领域
本发明涉及水电站通风***改造的技术领域，尤其涉及一种水电站地下厂房通风***智能化改造方法。
背景技术
近年来，随着我国经济可持续发展，我国水电能源开发也正处于高速发展期，目前我国已修建水电站五万座以上，其中大中型水电站已有230多座，国家能源局统计，截止2019年底，我国水电总装机容量约3.56亿千瓦、年发电量约1.3万亿千瓦时，占全社会用电量的17.8％，在电力***中占有重要地位。
水电站厂房作为电站重要的水工建筑物，用于安装容纳水轮机、水轮发电机以及各种辅助设备，因地理条件和工程建设的需要而建造在地下，地下式水电站埋深一般在一百米以上，建筑结构复杂，且由于其功能的特殊性，厂房内部安装有大量水轮机主辅设备，而且地下潮湿环境和设备散热易造成厂房闷热、潮湿，导致厂房内部分层室夏季温度高达40℃以上，机械设备锈蚀、电器设备绝缘降低、漏电、击穿等问题，严重影响设备的安全运行及工作人员的人身安全；因此，开展地下电站厂房通风研究，设计一套良好的地下厂房智能化通风***，对厂房内的湿热负荷等不良因素进行调控，对厂房内机电设备安全稳定运行具有十分重要的作用。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明解决的技术问题是：水电站地下厂房常年潮湿闷热、通风方式传统单一、通风效果较差。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：包括，根据现场实际情况分析***需求；搭建硬件设备中的控制***和变送器；构建下位机程序，开发上位机软件，再与所述硬件设备联合调试；对整套***进行联合调试，编写在线监测***的施工方案，进行现场施工和调试。
作为本发明所述的水电站地下厂房通风***智能化改造方法的一种优选方案，其中：所述硬件设备采用分布式架构，分为三层，包括管理层、中间层和现场层；所述中间层的PLC之间采用以太网或光纤连接，每个PLC负责指定的固定区域，而所述中间层和所述管理层之间采用以太网连接，形成分布式在线监测***。
作为本发明所述的水电站地下厂房通风***智能化改造方法的一种优选方案，其中：所述管理层包括，运行在工控机中在线监测的上位机软件***，组态软件作为开发工具，设计人机交互界面以实现实时监控、远程控制和故障报警。
作为本发明所述的水电站地下厂房通风***智能化改造方法的一种优选方案，其中：所述中间层包括，数据传输和风机控制；采用PLC对各风机启停，将不同的环境参数变送器采集到的实时数据，传输到所述管理层的工控机上，同时，主站PLC配有触摸屏，通过触摸屏读取环境参数实时数据和实现风机的远程控制。
作为本发明所述的水电站地下厂房通风***智能化改造方法的一种优选方案，其中：所述现场层为底层，其包括布置各类变送器、风机和继电器；所述变送器可分为温湿度型、风速型、氧气型和空气质量型；在线测试采用的传感器均选用工业级变送器，传感器由能将规定的被测量按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。
作为本发明所述的水电站地下厂房通风***智能化改造方法的一种优选方案，其中：还包括，当传感器的输出为规定的标准信号时，则称为变送器，送/排风机将以数字输出信号来传输其运行状态信号，若送/排风机采用变频控制，则将以模拟输出信号来传输其运行状态信号。
作为本发明所述的水电站地下厂房通风***智能化改造方法的一种优选方案，其中：包括，分析送/引风机控制策略，确定环境监测的对象；分别进行PLC选型和变送器选型；编写运行程序并进行调试，若满足运行要求，则结合在线监测***进行联级调试；若不满足运行要求，则修改所述运行程序，再次进行调试，直至满足联级调试要求。
作为本发明所述的水电站地下厂房通风***智能化改造方法的一种优选方案，其中：还包括，搭建自控***接线图和控制柜；安装自控***和变送器；与所述运行程序进行联级调试，若满足要求，则编写通风***的改造方案，进行现场安装和调试；若不满足要求，则进行硬件调试，直至满足要求，能够编写通风***的改造方案。
本发明的有益效果：本发明具有造价低、功能完善，自动化和智能化程度高的特点，可以满足水电站生产运行要求，有利于实现水电站“远程集控、少人维护”的生产管理模式。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明一个实施例所述的水电站地下厂房通风***智能化改造方法的在线监测***的设计流程示意图；
图2为本发明一个实施例所述的水电站地下厂房通风***智能化改造方法的控制***拓扑示意图；
图3为本发明一个实施例所述的水电站地下厂房通风***智能化改造方法的主站PLC控制柜***示意图；
图4为本发明一个实施例所述的水电站地下厂房通风***智能化改造方法的分站PLC控制柜***示意图；
图5为本发明一个实施例所述的水电站地下厂房通风***智能化改造方法的软件功能结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
参照图1～图4，为本发明的第一个实施例，提供了一种水电站地下厂房通风***智能化改造方法，包括：
S1：根据现场实际情况分析***需求。
S2：搭建硬件设备中的控制***和变送器。
S3：构建下位机程序，开发上位机软件，再与硬件设备联合调试。
S4：对整套***进行联合调试，编写在线监测***的施工方案，进行现场施工和调试。
参照图2，硬件设备采用分布式架构，分为三层，包括管理层、中间层和现场层；中间层的PLC之间采用以太网或光纤连接，每个PLC负责指定的固定区域，而中间层和管理层之间采用以太网连接，形成分布式在线监测***。
具体的，管理层包括，运行在工控机中在线监测的上位机软件***，组态软件作为开发工具，设计人机交互界面以实现实时监控、远程控制和故障报警。
进一步的，中间层包括，数据传输和风机控制；采用PLC对各风机启停，将不同的环境参数变送器采集到的实时数据，传输到管理层的工控机上，同时，主站PLC配有触摸屏，通过触摸屏读取环境参数实时数据和实现风机的远程控制。
再进一步的是，现场层为底层，其包括布置各类变送器、风机和继电器；变送器可分为温湿度型、风速型、氧气型和空气质量型；在线测试采用的传感器均选用工业级变送器，传感器由能将规定的被测量按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置；当传感器的输出为规定的标准信号时，则称为变送器，送/排风机将以数字输出信号来传输其运行状态信号，若送/排风机采用变频控制，则将以模拟输出信号来传输其运行状态信号。
较佳的，本实施例还需要详细说明的是：
分析送/引风机控制策略，确定环境监测的对象；
分别进行PLC选型和变送器选型；
编写运行程序并进行调试，若满足运行要求，则结合在线监测***进行联级调试；
若不满足运行要求，则修改运行程序，再次进行调试，直至满足联级调试要求；
搭建自控***接线图和控制柜；
安装自控***和变送器；
与运行程序进行联级调试，若满足要求，则编写通风***的改造方案，进行现场安装和调试；
若不满足要求，则进行硬件调试，直至满足要求，能够编写通风***的改造方案。
不难理解的是，在线监测***控制的主要设备为风机和变送器，风机有启动、停止、复归和故障四个反馈信号，以及风机启动、停止、故障复归三个输出信号；变送器只有环境数据的输出信号。
参照图3,主站PLC的***设备控制选配的三菱Q系列，由于水电站供电采用的是双电源切换，因此控制***工作电源也需采用AC220V+DC220V并行工作，自动无扰切换，每台PLC配备一台逆变电源，主站PLC控制柜***图如图3所示(注：H0XX表示动力电缆；H1XX表示网线(双绞线)；H2XX表示信号电缆；H3XX表示通讯电缆)。
参照图4，分站PLC#1和分站PLC#2功能只有模拟量的输入输出，控制柜***图类似于主站PLC，而分站PLC#3需要控制风机和软启动器；其中，每台送/引风机的软启动器需要一个启动信号，一个故障信号和一个输出启停信号，以及需要配置一个故障复位信号对6台软启动器发生故障时进行复位操作。
优选地，在线监测***对厂房内各层室温湿度、O2浓度、PM2.5浓度及风速进行实时监测，在机组正常运行时，测得60s内厂房内各典型层室的环境参数及风速大小等监测指标的平均值如表1所示。
表1：机组额定工况下地下厂房内部监测结果。
Figure BDA0003237041970000061
参照表1，对于地下厂房内的各典型层室，发电机层的平均温度明显低于其余各层室；而发电机层的平均湿度都高于其他层；此外，在监测过程中容易发现随着通风机开启数量增加，各监测位置的风速逐渐变大。
结合三维流场仿真结果分析，造成这种现象的原因是：发电机层内空间宽敞，各类型机电设备较少，且通过进厂交通洞与外界相通，有良好的通风效果，而其余各层室的进风主要来自于厂房内配置的送排风机，厂房内空气质量及温湿度与通风机通风量的大小与有很大的关联。
优选的是，本实施例设计地下厂房温湿度、速度、烟灰和送排风***的在线监测***，对水电站的老厂房通风***实现全过程环境参数的集中监测，实现地下厂房送排风机的智能控制运行，通过现场不同工况、季节的测量和数值建模研究，提出智能化通风***改造的建议，改善地下厂房内的工作环境，提高机电设备运行的安全可靠性，延长机电设备使用寿命，降低机械设备故障率，提高运行维护人员的工作效率和管理水平，进一步帮助水电厂优化资产运行水平，节省能耗、降低运行费用和强化规范管理。
实施例2
参照图5，为本发明的第二个实施例，该实施例不同于第一个实施例的是，提供了一种水电站地下厂房通风***的在线监测***软件设计，具体包括：
在线监测***软件设计由上位机和下位机两部分构成，上位机是控制对象，一般是工控机或服务器，其作用是直接发出操作命令；下位机是被控制对象，一般是PLC和其他智能模块，其作用是直接控制设备和读取设备状况。
较佳的，对于在线监测***，上位机部分是基于组态王的监控软件，开发人机互动可视化界面，通过连接变送器来获取地下厂房的实时环境数据，如地下厂房内温度、湿度、烟尘和氧气浓度等环境监测参量，实现环境实时数据监测、远程监控、数据管理、报警功能等功能。
进一步的，下位机部分是基于PLC的自动控制***，以风机和监测设备为控制对象，实现对地下厂房在线监测***的控制；其中，PLC程序包括风机控制、数据采集和PLC通讯等，人机交互界面能实时监控厂房环境的数据，根据预先设置的控制策略来调整各风机的启停，实现对地下厂房典型工况的自动调节。
不难理解的是，国内常用的组态软件，主要由亚控公司的组态王和昆仑公司的MCGS为主，组态王除具有界面友好、操作简单、实时性强等优点外，其***升级改造简单，且稳定可靠，已经能满足大多数情况下的控制要求，被广泛应用于工业领域，本***选用组态王作为开发平台，实现风机控制、环境数据采集和故障报警功能。
优选地，本实施例开发一套友好的人机互动可视化操作界面，运维人员和管理人员可直接对其进行环境监测与远程控制，例如读取实时环境监测数据、启停风机、故障报警等功能，通过对组态王的设计，在线监测***的操作界面具备***管理、设备管理、状态监测和数据查询功能。
在***运行时，选择用户名和输入密码后，根据用户根据设定好的权限来操作在线监测***，在点击“进入***”按钮之后，便会直接跳转到***管理中的“快捷菜单”页面，“快捷菜单”页面包含五大功能：风机控制、阈值设置、实时数据、故障报警、历史查询功能。
应当认识到，本发明的实施例可以由计算机硬件、硬件和软件的组合、或者通过存储在非暂时性计算机可读存储器中的计算机指令来实现或实施。所述方法可以使用标准编程技术-包括配置有计算机程序的非暂时性计算机可读存储介质在计算机程序中实现，其中如此配置的存储介质使得计算机以特定和预定义的方式操作——根据在具体实施例中描述的方法和附图。每个程序可以以高级过程或面向对象的编程语言来实现以与计算机***通信。然而，若需要，该程序可以以汇编或机器语言实现。在任何情况下，该语言可以是编译或解释的语言。此外，为此目的该程序能够在编程的专用集成电路上运行。
此外，可按任何合适的顺序来执行本文描述的过程的操作，除非本文另外指示或以其他方式明显地与上下文矛盾。本文描述的过程(或变型和/或其组合)可在配置有可执行指令的一个或多个计算机***的控制下执行，并且可作为共同地在一个或多个处理器上执行的代码(例如，可执行指令、一个或多个计算机程序或一个或多个应用)、由硬件或其组合来实现。所述计算机程序包括可由一个或多个处理器执行的多个指令。
进一步，所述方法可以在可操作地连接至合适的任何类型的计算平台中实现，包括但不限于个人电脑、迷你计算机、主框架、工作站、网络或分布式计算环境、单独的或集成的计算机平台、或者与带电粒子工具或其它成像装置通信等等。本发明的各方面可以以存储在非暂时性存储介质或设备上的机器可读代码来实现，无论是可移动的还是集成至计算平台，如硬盘、光学读取和/或写入存储介质、RAM、ROM等，使得其可由可编程计算机读取，当存储介质或设备由计算机读取时可用于配置和操作计算机以执行在此所描述的过程。此外，机器可读代码，或其部分可以通过有线或无线网络传输。当此类媒体包括结合微处理器或其他数据处理器实现上文所述步骤的指令或程序时，本文所述的发明包括这些和其他不同类型的非暂时性计算机可读存储介质。当根据本发明所述的方法和技术编程时，本发明还包括计算机本身。计算机程序能够应用于输入数据以执行本文所述的功能，从而转换输入数据以生成存储至非易失性存储器的输出数据。输出信息还可以应用于一个或多个输出设备如显示器。在本发明优选的实施例中，转换的数据表示物理和有形的对象，包括显示器上产生的物理和有形对象的特定视觉描绘。
如在本申请所使用的，术语“组件”、“模块”、“***”等等旨在指代计算机相关实体，该计算机相关实体可以是硬件、固件、硬件和软件的结合、软件或者运行中的软件。例如，组件可以是，但不限于是：在处理器上运行的处理、处理器、对象、可执行文件、执行中的线程、程序和/或计算机。作为示例，在计算设备上运行的应用和该计算设备都可以是组件。一个或多个组件可以存在于执行中的过程和/或线程中，并且组件可以位于一个计算机中以及/或者分布在两个或更多个计算机之间。此外，这些组件能够从在其上具有各种数据结构的各种计算机可读介质中执行。这些组件可以通过诸如根据具有一个或多个数据分组(例如，来自一个组件的数据，该组件与本地***、分布式***中的另一个组件进行交互和/或以信号的方式通过诸如互联网之类的网络与其它***进行交互)的信号，以本地和/或远程过程的方式进行通信。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种水电站地下厂房通风***智能化改造方法，其特征在于：包括，
根据现场实际情况分析***需求；
搭建硬件设备中的控制***和变送器；
构建下位机程序，开发上位机软件，再与所述硬件设备联合调试；
对整套***进行联合调试，编写在线监测***的施工方案，进行现场施工和调试。
2.根据权利要求1所述的水电站地下厂房通风***智能化改造方法，其特征在于：所述硬件设备采用分布式架构，分为三层，包括管理层、中间层和现场层；
所述中间层的PLC之间采用以太网或光纤连接，每个PLC负责指定的固定区域，而所述中间层和所述管理层之间采用以太网连接，形成分布式在线监测***。
3.根据权利要求2所述的水电站地下厂房通风***智能化改造方法，其特征在于：所述管理层包括，运行在工控机中在线监测的上位机软件***，组态软件作为开发工具，设计人机交互界面以实现实时监控、远程控制和故障报警。
4.根据权利要求2或3所述的水电站地下厂房通风***智能化改造方法，其特征在于：所述中间层包括，数据传输和风机控制；
采用PLC对各风机启停，将不同的环境参数变送器采集到的实时数据，传输到所述管理层的工控机上，同时，主站PLC配有触摸屏，通过触摸屏读取环境参数实时数据和实现风机的远程控制。
5.根据权利要求4所述的水电站地下厂房通风***智能化改造方法，其特征在于：所述现场层为底层，其包括布置各类变送器、风机和继电器；
所述变送器可分为温湿度型、风速型、氧气型和空气质量型；
在线测试采用的传感器均选用工业级变送器，传感器由能将规定的被测量按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。
6.根据权利要求5所述的水电站地下厂房通风***智能化改造方法，其特征在于：还包括，当传感器的输出为规定的标准信号时，则称为变送器，送/排风机将以数字输出信号来传输其运行状态信号，若送/排风机采用变频控制，则将以模拟输出信号来传输其运行状态信号。
7.根据权利要求6所述的水电站地下厂房通风***智能化改造方法，其特征在于：包括，
分析送/引风机控制策略，确定环境监测的对象；
分别进行PLC选型和变送器选型；
编写运行程序并进行调试，若满足运行要求，则结合在线监测***进行联级调试；
若不满足运行要求，则修改所述运行程序，再次进行调试，直至满足联级调试要求。
8.根据权利要求7所述的水电站地下厂房通风***智能化改造方法，其特征在于：还包括，
搭建自控***接线图和控制柜；
安装自控***和变送器；
与所述运行程序进行联级调试，若满足要求，则编写通风***的改造方案，进行现场安装和调试；
若不满足要求，则进行硬件调试，直至满足要求，能够编写通风***的改造方案。
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