水轮机制动系统的设计

苏州工业园区职业技术学院毕业项目毕业项目2016 届13 年 5 月 18 日2016 年 5 月 19 日项目类别： 毕业设计 项目名称： 水轮机制动系统的设计 专业名称： 机电一体化技术 姓 名 ： 学 号 ： 班 级： 指导教师： 苏州工业园区职业技术学院毕 业 项 目 任 务 书 （ 个 人 表 ）系 部 ： 机 电 工 程 系 毕业项目类别：毕业设计毕业项目名称：水轮机制动系统的设计校内指导教师： 职称：高级工程师 类别：专职学 生： 专业：机电一体化技术 班级：毕业项目的主要任务及目标主要任务：结合顶岗实习岗位的工作内容以及专业知识，设计一份水轮机制动系统。目标：按照学院毕业项目的要求，完成一篇不少于 5000 字的项目报告，包括：1.完成电气原理图的设计 2.完成 PLC 编程3.完成气动控制设计 4.提交一份项目报告毕业项目的主要内容 1项目选题依据及说明 2水轮机制动系统介绍 3系统的设计图及要求4相关说明 3、主要参考文献（若不需要参考文献，可注明，但不要空白）1秦曾煌，电工学简明教程第 2 版，高等教育出版社2吴卫荣，传感器与 PLC 技术，中国轻工业出版社3闫照粉，机械制图（理论部分），苏州大学出版社4彭芳，电气图的识读与绘制项目式教程，国际工业出版社5殷建国，工厂电气控制技术，经济管理出版社4、进度安排毕业项目各阶段任务 起止日期1资料搜集与整理 2016 年 1 月至 2 月2确定控制要求 4 月 4 日至 5 日3完成电气控制设计 4 月 6 日至 16 日4完成气动控制设计 4 月 17 日至 27 日5完成 PLC 编程设计 4 月 28 日至 5 月 8 日6. 答辩准备 5 月 20 日注 ： 此 表 在 指 导 老 师 的 指 导 下 填 写 。诚 信 声 明本人郑重声明：所呈交的结业项目报告/论文 水轮机制动系统的设计 是本人在指导老师的引导下，自立研究、写作的成果。论文中所引用是他人的无论以何种方式发布的文字、研究结果，均在论文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人独自承担。作者签名： 年 月 日 摘 要为了紧缩水轮机发电机停止运行时刻，预防推力瓦毁坏，在停止的时间中必需在较低转动速度区对运行的水轮机组进行持续刹车。本文起首先容了电气制动的基本道理，然后通过一系列的推理获得电气制动的数学模子。接着，简要的介绍了 PLC 的最基础的运行原理，侧重探讨了以 PLC 为核心的电气制动停止的控制方式。本文规划了一套基于 PLC 控制的水轮机电气制动系统，根据该系统的开关逻辑，在细致的分析了操作逻辑的根本上，研究了基于 PLC 控制的电气制动操作的逻辑控制单位。本设计主要应用三菱 FX2N 系列的 PLC 进行控制。首先通过基于 PLC 控制动作的电磁阀,电磁阀的动作使气缸的上、下腔充气或排气，气缸的空气或排气从而使涡轮实现制动功能。 关键词 ： 电气制动，水轮机，PLC 目 录1、绪论 .11.1、选题的依据及说明 .11.2、国内外研究状况以及发展 .32、水轮机电气制动系统原理 .42.1、电气制动理论的提出 .42.2、电气制动的基本理论依据 .42.3、电器制动力矩的控制理论 .53、水轮机制动系统 PLC 设计 .73.1、电气制动配置方案 .73.2、PLC 的选型 .93.3、硬件设计 .103.3.1、PLC 输入/输出控制电路设计 .103.4、软件设计 .123.4.1、I/O 信号地址分配 .123.4.2、电气制动运行控制流程 .133.4.3、PLC 梯形图程序 .13总结 .14参考文献 .15致谢 .16附录 .17苏州工业园区职业技术学院 2016 届毕业项目第 1 页1、绪论在随着科学技术的发展，提高生产过程的自动化水平，需要控制越来越先进手段的现在。为了满足现代以及先进技术接轨的要求，凭借其简单的电气控制，无污染，无噪音，易于控制的传播，已被广泛应用到各个领域。流体制动技术包括它的快速，可靠，成本低的，它已经成为现代生产不可缺少的作为与时代同步的技术，与其并行的先进的 PLC 技术也是各界人士的青睐。电气控制和 PLC 技术联合应用的设计，解决生产中的实际问题。对于发电厂水轮发电机制动存在着可靠性差，自动化程度低，泄漏严重，可维护性差和信号不监视的问题，我们要做的就是将制动系统设备全面升级和改造。该设计分为两个部分：电气控部分，PLC 编程部分。1.1、选题的依据及说明水轮机需引用制动系统，原因是水轮发电机组开关机快速且运行灵活，对负荷反应变化快。因此，水轮机启动关闭次数较多，为保证机组的运行安全，停机对机组来说体现得意义重大。在电网运转中，调峰的电站多半为水电站可能是水电站里的当某个水轮机起首停机时。即使是水轮机导水部分一经关上，但因为有转子的庞大滚动惯性。如果不采取有效措施，转子需要很长的时间停止，这将有一个巨大的磨损和撕裂的涡轮机，甚至导致涡轮机在干燥或半干摩擦引起的烧伤。是以需要选择制动措施，以缩小停机期间。常见的水轮机制动样式通常是机械制动，机械刹车普遍使用压缩空气转子，在摩擦力的驱使下旋转（见图 1，图 2）。机械刹车使用广泛，操作起来相对简单，系统相对稳定，它的这些优点，让它得到了大众的广泛认可，但是它的短板也显而易见。1) 制动时，水轮发电机制动器（俗称风闸）与制动环的磨擦会产生高能和应力，一不小心就会形成制动环变形。2) 制动时，风闸和制动环的磨擦生成出巨量金属颗粒物，随油污吸附在电机绕组端，长时间的积累，会对发电机组的冷却成效产生反作用，干扰散热，破坏了绝缘程度，大大提高了维修机组的工作量。3) 刹车国臣越快工件磨损越大，更换制动块工块又显得。苏州工业园区职业技术学院 2016 届毕业项目第 2 页图 1 制动器外观图 图 2 制动器结构图电气制动运用同步电机的电枢反应和能耗制动发电机的制动原理。当机组停机后，涡轮导向叶片已经接近于零，发电机后的磁死后，发电机母线只有少量的残余电压。在这种情况下，发电机出口母线短路，励磁电流和磁场再加直流。根据同步发电机的基本原理，可以知道由交流电枢磁场产生的电磁力对转子电流构成的电磁转矩，这与转子的方向相反，从而产生了对转子的惯性转动产生阻碍作用，因此对转子的惯性转矩起到了刹车功效。电磁制动的特点：1) 停机时段短，关闭了水轮机导水叶后，水轮机机组转速下降到额定转速的 80%上下时就能够进入电磁制动。是以电磁制动的惯性降速区才有 20%左右，传统的机械式制动器需要将制动减速带减速至 30%的速度，减速带逼近 70%，这反映了电磁制动大幅度降低了刹车时间。2) 假如励磁电流稳定，则制动电流就已久保持不变，制动力臂大，可以实现比较满意的制动效果。3） 相对低速制动，低速制动，油膜的冲击力提高，延长了推力盘的使用寿命。4） 电气制动时，无有机械制动的互相磨擦，不可能生成金属粉末，大大延长了水电机组的机械使用年限。水轮机电气制动有着上诉的各种益处，是以展开水轮机的电气制动的探索有着庞大的意旨和价值。苏州工业园区职业技术学院 2016 届毕业项目第 3 页1.2、国内外研究状况以及发展随着电气技术的飞速普及，人们将晶体制动管与电制动能精确地控制制动功率和制动时间，不受限制。以后随着可编程控制器和制动装置的迅速发展，制动问题困扰着各大电厂。最首要的是微型发电厂，因为占地面积小，污染严重。每次出现故障，检验工人都要穿着防油污的工作服，钻到机坑，将每个制动活塞敲落，解决完再安装上，这样极大程度上降低了机组的使用频率，减小了机组正常使用时刻。因为机械制动的巨量弊端，给机械运转和修理传来了巨大的不变，大幅度降低了用电站的经济效益。因为这，水轮机的机械刹车问题引起了社会的热议，因为机械制动的自带缺点很难克服，人们就将视野转移到电气刹车这方面。苏州工业园区职业技术学院 2016 届毕业项目第 4 页2、水轮机电气制动系统原理2.1、电气制动理论的提出水轮机电气刹车的推开，大规模提升了发电机组的运转方式，极大的缩短了刹车时所命令的时间，巨量减少了刹车时的机械消耗。同时清洗了机械组运行的处境，提升了发电机组安全运行的能力。所以说开展水轮机电气制动运转的题目，对提高机组通顺运行的安全效益 操作起着极大的经济利益。2.2、电气制动的基本理论依据电气制动是同步电动机应用的原理，当水轮机分离了系统，让电流通过发电机的转子，对电机的消耗很大。按电气制动原理，机组也会影响刹车的力臂，就是式中： ME电气制动的制动力矩PE铜损功率 W转子角频率 弧度/秒电气制动的目标应该为机组和系统解列后，怎样能稳定可靠的使机组发出电气制动力臂。在此基础上，多种电动制动的优势和劣势也反映了制动转矩随转速变化性质的改变