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摘 要：某电站大坝LCU系统升级改造后，因溢流门不具备实际动作的条件，只进行了动作逻辑的调试，为一次溢流门动作后停止时出现较长延迟埋下了隐患。现结合此次异常，重点阐述了闸门开度的测量原理和闸门升降的逻辑，分析了导致闸门停止时发生较长延迟的原因，提出了解决方法并成功实施。
关键词：大坝LCU;溢流门;开度测量
0 引言
进入5月后，某电站所处流域的降水开始增大，库区来水变得充沛。在用电负荷增加不多的情况下，特别是夜晚负荷下降时，库区水位上涨较快，此时需要开启溢流门对水位进行一定的调节。
运行人员发现，在通过大坝LCU对溢流门进行开度调节的过程中，溢流门出现了停止延迟的现象。即当闸门需要提升到某个开度值时，比如上位机设置30 cm，闸门实际会提升到35 cm才停止;当需要关闭溢流门时，比如上位机设置开度为0 cm，闸门实际会下降到-7 cm才停止，钢绳下垂厉害。
1 大坝LCU介绍
该电站原大坝LCU系统于2006年投入使用，采用施耐德PL7系列控制器。因无法与电站集控新改造的监控系统进行可靠通信，且大坝LCU上位机组态软件占用系统资源严重，响应迟缓，存在与集控新监控系统上位机操作权限不清、操作记录不全等問题，影响了设备安全可靠运行。鉴于以上问题，对大坝LCU进行了升级改造和完善，采用施耐德M580系列控制器和FameView上位机组态软件。
改造完成后，正处于冬季枯水期，水资源宝贵，为了避免弃水，在对溢流门进行调试时，采用了断开电机动力电源的办法，即不实际动作闸门，只检查动作的逻辑性。所以，未能在调试时发现本次发生的异常。
2 溢流门开度测量原理
溢流门可在现地控制柜的HMI人机界面上进行升降操作，也可在中央控制室通过大坝LCU控制溢流门现地控制柜内的PLC，对其进行升降操作，即溢流门都需要通过其现地控制柜的PLC来控制电机正转或反转，并带动滚筒上的钢绳上升或下降，从而提升或落下闸门。
在钢绳上升或下降的极限位置分别安装有一限位开关，作为全开或全关的位置信号。在滚筒的轴端伸长处安装有一圆形齿盘，随滚筒一起同轴转动;另外，在齿盘的侧面安装有一NPN型接近开关，对齿盘转过的齿牙进行计数，从而计算闸门的开度。
圆形齿盘一共有84个齿牙，溢流门最大提升开度6 620 mm，最大开度时齿盘转动总圈数9.92圈，每齿对应开度7.94 mm。当溢流门PLC测得闸门全开或全关信号后，会对高速计数模块进行清零。
当齿盘的齿牙对着接近开关时，接近开关的主回路感应出高电平，其内部的NPN三极管导通，高速计数模块的光电三极管也导通，输入计数信号P1;当齿盘的齿槽对着接近开关时，接近开关的主回路感应出低电平，其内部的NPN三极管截止，高速计数模块的光电三极管也截止，不输入计数信号。接近开关计数原理如图1所示。
3 故障原因分析
3.1 抱闸松动
当抱闸系统制动不良时，由于闸门运动的惯性，可能会导致闸门停止延迟。通过对电机抱闸系统的检查发现，当电机抱闸线圈失电后，其衔铁在弹簧拉力作用下与铁芯迅速分开，制动器的闸瓦紧紧抱住闸轮，电机被制动而立即停转[1]。由此排除了抱闸松动的嫌疑。
3.2 电气回路检查
如果控制闸门起升和下降的中间继电器出现掉电延时断开的情况，也会造成闸门停止延迟。为此，对起升中间继电器KA5和下降中间继电器KA6进行了校验，如表1所示。
另外，在现地控制柜的HMI人机界面上进行了溢流门升降操作，即不是通过大坝LCU进行的操作。当提升溢流门开度到30 cm时，按下“停止”按钮，闸门没有继续上升，开度停止在30 cm;当关闭溢流门开度到0 cm时，按下“停止”按钮，闸门没有继续下降，开度停止在0 cm。
3.3 LCU程序检查
结合故障现象及以上检查和试验可知，造成溢流闸门停止延迟的情况，是在大坝LCU对溢流门进行控制时发生的。为此，对大坝LCU程序进行了以下分析和研判，以闸门下降程序段为例进行说明。
3.3.1 闸门下降动作的原理
当控制方式在自动位置YLZ_ZD=：True，下降条件满足YLZ_TJ_DROP=：True，操作人员在控制室上位机发出“下降”令LCU_OP=：True，闸门下降线圈YLZ_DO16_DROP通电。2 s后，“下降”令会自动复归LCU_OP=：False，但由于线圈YLZ_DO16_DROP能通过自身的接点实现自保持，线圈持续带电;其对应PLC上的开出点%Q0.6.16有24 V正电开出，下降继电器KA6动作，下降接触器动作，电机通电，落下闸门。
If （LCU_OP AND YLZ_ZD） OR YLZ_DO16_DROP
**线圈动作条件和自保持接点**
If YLZ_TJ_DROP **闸门下降条件满足**
Then YLZ_DO16_DROP：=True
**闸门下降线圈动作**
End If
End If
当YLZ_PJ_KD溢流门开度平均值>YLZ_NEED_KD溢流门开度需求值时，闸门下降条件线圈YLZ_TJ_DROP通电，其常开接点YLZ_TJ_DROP闭合，闸门下降条件满足。
溢流门开度需求值YLZ_NEED_KD取自上位机下发的目标值。 If YLZ_PJ_KD > YLZ_NEED_KD **闸门需要下降**
Then YLZ_TJ_DROP：=True
**闸门下降条件线圈动作**
End If
3.3.2 闸门下降停止延迟的原因
运行人员操作闸门落下，在程序的“动态数据表”中监视溢流门开度平均值YLZ_PJ_KD和溢流门开度实测值YLZ_SC_KD，发现当溢流门开度实测值YLZ_SC_KD到0 cm后，闸门并没有停止下降，而溢流门开度平均值YLZ_
PJ_KD仍有5 cm，经过大约2 s后才缓慢变为0 cm，闸门停止下降，而此时闸门实测开度YLZ_SC_KD已到-7 cm。
由此可见，正是闸门开度平均值比闸门实测开度值滞后了一段时间到0 cm，才导致了闸门实际落下时的停止延迟。
3.3.3 闸门开度平均值滞后实测值的原因
分析闸门开度平均值YLZ_PJ_KD和闸门开度实测值YLZ_SC_KD的关系，发现程序中有一段执行堆栈功能操作的子程序，采集了10个各自间隔200 ms的闸门开度实测值DD01，DD02，…，DD10，然后把这10个数加起来求其平均值，所得数据即为闸门开度平均值[2]，如下所示：
R_TRIG（CLK：=TON_200， Q=>Puls_200 ）
**TON_200每200 ms动作一次**
If Puls_200 Then **堆栈操作条件满足**
DD10：=DD09 **闸门下降条件线圈动作**
DD09：=DD08
DD08：=DD07
DD07：=DD06
DD06：=DD05
DD05：=DD04
DD04：=DD03
DD03：=DD02
DD02：=DD01
DD01：=YLZ_SC_KD
**将闸门开度实测数据复制给DD01**
YLZ_PJ_KD=：（DD01+DD02+…+DD10）/10
**闸门开度平均值被赋值**
End If
每隔200 ms，DD01重新获得闸门开度实测值，DD02则被赋值200 ms前的闸门开度实测值，DD03被赋值400 ms前的闸门开度实测值，依次类推，DD10被赋值1.8 s前的閘门开度实测值。
当闸门开度实测值到0 cm后，DD01被赋值0 cm，但DD02，DD03，…，DD10不会是0 cm，所以闸门开度平均值不是0 cm。假设DD02为1 cm，DD03为2 cm，…，DD10为9 cm，每200 ms闸门实测开度变化1 cm。只有当1.8 s后，DD01，DD02，…，DD10都被赋值0 cm时，闸门开度平均值才会输出0 cm，这时，闸门下降线圈YLZ_DO16_DROP才会失电，下降接触器复归，闸门电机掉电，闸门动作停止，如表2所示。
4 异常处理
开度实测值取自闸门现地控制柜中PLC开出的模拟量值，其已做了相应的滤波防抖动处理，因此没有必要再在大坝LCU程序中进行平均计算。
删除大坝LCU程序中的开度平均计算子程序，直接将闸门开度实测值用于闸门的控制。修改程序并下载到LCU后，请运行人员进行了多次升降操作，均动作正常，没有再出现闸门停止时延迟的情况。
5 结语
大坝LCU程序存在较多的输入、输出信号，其逻辑也有一定的复杂性，导致程序可能存在一些隐患。要消除这些隐患，不但需要模拟检验闸门动作的逻辑性，还需要让闸门实际动作，在真实的情况下去检验LCU程序。
本文结合一起闸门动作后停止时发生较长延迟的实例，详细分析了异常发生的过程及原因，对同类型问题的分析及解决具有一定的借鉴意义。
[参考文献]
[1] 邱国强.水利工程闸门起升与制动机构维护检修策略研究[J].机电信息，2019（21）：81-82.
[2] 陈亚林.PLC编程及应用实战[M].北京：电子工业出版社，2011.
收稿日期：2021-05-14
作者简介：马浚舰（1988—），男，四川梓潼人，助理工程师，从事水电站机电设备运行维护工作。
关键词：大坝LCU;溢流门;开度测量
0 引言
进入5月后，某电站所处流域的降水开始增大，库区来水变得充沛。在用电负荷增加不多的情况下，特别是夜晚负荷下降时，库区水位上涨较快，此时需要开启溢流门对水位进行一定的调节。
运行人员发现，在通过大坝LCU对溢流门进行开度调节的过程中，溢流门出现了停止延迟的现象。即当闸门需要提升到某个开度值时，比如上位机设置30 cm，闸门实际会提升到35 cm才停止;当需要关闭溢流门时，比如上位机设置开度为0 cm，闸门实际会下降到-7 cm才停止，钢绳下垂厉害。
1 大坝LCU介绍
该电站原大坝LCU系统于2006年投入使用，采用施耐德PL7系列控制器。因无法与电站集控新改造的监控系统进行可靠通信，且大坝LCU上位机组态软件占用系统资源严重，响应迟缓，存在与集控新监控系统上位机操作权限不清、操作记录不全等問题，影响了设备安全可靠运行。鉴于以上问题，对大坝LCU进行了升级改造和完善，采用施耐德M580系列控制器和FameView上位机组态软件。
改造完成后，正处于冬季枯水期，水资源宝贵，为了避免弃水，在对溢流门进行调试时，采用了断开电机动力电源的办法，即不实际动作闸门，只检查动作的逻辑性。所以，未能在调试时发现本次发生的异常。
2 溢流门开度测量原理
溢流门可在现地控制柜的HMI人机界面上进行升降操作，也可在中央控制室通过大坝LCU控制溢流门现地控制柜内的PLC，对其进行升降操作，即溢流门都需要通过其现地控制柜的PLC来控制电机正转或反转，并带动滚筒上的钢绳上升或下降，从而提升或落下闸门。
在钢绳上升或下降的极限位置分别安装有一限位开关，作为全开或全关的位置信号。在滚筒的轴端伸长处安装有一圆形齿盘，随滚筒一起同轴转动;另外，在齿盘的侧面安装有一NPN型接近开关，对齿盘转过的齿牙进行计数，从而计算闸门的开度。
圆形齿盘一共有84个齿牙，溢流门最大提升开度6 620 mm，最大开度时齿盘转动总圈数9.92圈，每齿对应开度7.94 mm。当溢流门PLC测得闸门全开或全关信号后，会对高速计数模块进行清零。
当齿盘的齿牙对着接近开关时，接近开关的主回路感应出高电平，其内部的NPN三极管导通，高速计数模块的光电三极管也导通，输入计数信号P1;当齿盘的齿槽对着接近开关时，接近开关的主回路感应出低电平，其内部的NPN三极管截止，高速计数模块的光电三极管也截止，不输入计数信号。接近开关计数原理如图1所示。
3 故障原因分析
3.1 抱闸松动
当抱闸系统制动不良时，由于闸门运动的惯性，可能会导致闸门停止延迟。通过对电机抱闸系统的检查发现，当电机抱闸线圈失电后，其衔铁在弹簧拉力作用下与铁芯迅速分开，制动器的闸瓦紧紧抱住闸轮，电机被制动而立即停转[1]。由此排除了抱闸松动的嫌疑。
3.2 电气回路检查
如果控制闸门起升和下降的中间继电器出现掉电延时断开的情况，也会造成闸门停止延迟。为此，对起升中间继电器KA5和下降中间继电器KA6进行了校验，如表1所示。
另外，在现地控制柜的HMI人机界面上进行了溢流门升降操作，即不是通过大坝LCU进行的操作。当提升溢流门开度到30 cm时，按下“停止”按钮，闸门没有继续上升，开度停止在30 cm;当关闭溢流门开度到0 cm时，按下“停止”按钮，闸门没有继续下降，开度停止在0 cm。
3.3 LCU程序检查
结合故障现象及以上检查和试验可知，造成溢流闸门停止延迟的情况，是在大坝LCU对溢流门进行控制时发生的。为此，对大坝LCU程序进行了以下分析和研判，以闸门下降程序段为例进行说明。
3.3.1 闸门下降动作的原理
当控制方式在自动位置YLZ_ZD=：True，下降条件满足YLZ_TJ_DROP=：True，操作人员在控制室上位机发出“下降”令LCU_OP=：True，闸门下降线圈YLZ_DO16_DROP通电。2 s后，“下降”令会自动复归LCU_OP=：False，但由于线圈YLZ_DO16_DROP能通过自身的接点实现自保持，线圈持续带电;其对应PLC上的开出点%Q0.6.16有24 V正电开出，下降继电器KA6动作，下降接触器动作，电机通电，落下闸门。
If （LCU_OP AND YLZ_ZD） OR YLZ_DO16_DROP
**线圈动作条件和自保持接点**
If YLZ_TJ_DROP **闸门下降条件满足**
Then YLZ_DO16_DROP：=True
**闸门下降线圈动作**
End If
End If
当YLZ_PJ_KD溢流门开度平均值>YLZ_NEED_KD溢流门开度需求值时，闸门下降条件线圈YLZ_TJ_DROP通电，其常开接点YLZ_TJ_DROP闭合，闸门下降条件满足。
溢流门开度需求值YLZ_NEED_KD取自上位机下发的目标值。 If YLZ_PJ_KD > YLZ_NEED_KD **闸门需要下降**
Then YLZ_TJ_DROP：=True
**闸门下降条件线圈动作**
End If
3.3.2 闸门下降停止延迟的原因
运行人员操作闸门落下，在程序的“动态数据表”中监视溢流门开度平均值YLZ_PJ_KD和溢流门开度实测值YLZ_SC_KD，发现当溢流门开度实测值YLZ_SC_KD到0 cm后，闸门并没有停止下降，而溢流门开度平均值YLZ_
PJ_KD仍有5 cm，经过大约2 s后才缓慢变为0 cm，闸门停止下降，而此时闸门实测开度YLZ_SC_KD已到-7 cm。
由此可见，正是闸门开度平均值比闸门实测开度值滞后了一段时间到0 cm，才导致了闸门实际落下时的停止延迟。
3.3.3 闸门开度平均值滞后实测值的原因
分析闸门开度平均值YLZ_PJ_KD和闸门开度实测值YLZ_SC_KD的关系，发现程序中有一段执行堆栈功能操作的子程序，采集了10个各自间隔200 ms的闸门开度实测值DD01，DD02，…，DD10，然后把这10个数加起来求其平均值，所得数据即为闸门开度平均值[2]，如下所示：
R_TRIG（CLK：=TON_200， Q=>Puls_200 ）
**TON_200每200 ms动作一次**
If Puls_200 Then **堆栈操作条件满足**
DD10：=DD09 **闸门下降条件线圈动作**
DD09：=DD08
DD08：=DD07
DD07：=DD06
DD06：=DD05
DD05：=DD04
DD04：=DD03
DD03：=DD02
DD02：=DD01
DD01：=YLZ_SC_KD
**将闸门开度实测数据复制给DD01**
YLZ_PJ_KD=：（DD01+DD02+…+DD10）/10
**闸门开度平均值被赋值**
End If
每隔200 ms，DD01重新获得闸门开度实测值，DD02则被赋值200 ms前的闸门开度实测值，DD03被赋值400 ms前的闸门开度实测值，依次类推，DD10被赋值1.8 s前的閘门开度实测值。
当闸门开度实测值到0 cm后，DD01被赋值0 cm，但DD02，DD03，…，DD10不会是0 cm，所以闸门开度平均值不是0 cm。假设DD02为1 cm，DD03为2 cm，…，DD10为9 cm，每200 ms闸门实测开度变化1 cm。只有当1.8 s后，DD01，DD02，…，DD10都被赋值0 cm时，闸门开度平均值才会输出0 cm，这时，闸门下降线圈YLZ_DO16_DROP才会失电，下降接触器复归，闸门电机掉电，闸门动作停止，如表2所示。
4 异常处理
开度实测值取自闸门现地控制柜中PLC开出的模拟量值，其已做了相应的滤波防抖动处理，因此没有必要再在大坝LCU程序中进行平均计算。
删除大坝LCU程序中的开度平均计算子程序，直接将闸门开度实测值用于闸门的控制。修改程序并下载到LCU后，请运行人员进行了多次升降操作，均动作正常，没有再出现闸门停止时延迟的情况。
5 结语
大坝LCU程序存在较多的输入、输出信号，其逻辑也有一定的复杂性，导致程序可能存在一些隐患。要消除这些隐患，不但需要模拟检验闸门动作的逻辑性，还需要让闸门实际动作，在真实的情况下去检验LCU程序。
本文结合一起闸门动作后停止时发生较长延迟的实例，详细分析了异常发生的过程及原因，对同类型问题的分析及解决具有一定的借鉴意义。
[参考文献]
[1] 邱国强.水利工程闸门起升与制动机构维护检修策略研究[J].机电信息，2019（21）：81-82.
[2] 陈亚林.PLC编程及应用实战[M].北京：电子工业出版社，2011.
收稿日期：2021-05-14
作者简介：马浚舰（1988—），男，四川梓潼人，助理工程师，从事水电站机电设备运行维护工作。