基于PLC的水电机组油压装置电气控制系统设计.doc

基于PLC的水电机组油压装置电气控制系统设计摘 要 提出了一套水轮机组油压装置电气控制系统的实现方案，给出了控制系统的结构图及程序框图。采用西门子公司S7200系列的PLC对油压装置实现自动控制。 关键词 油压装置 PLC 自动控制1 引言 机组油压装置是为水电站水轮发电机组提供动力油源的装置，是水利机械设备的重要组成部分。作为水轮发电机组起动停止、负荷调节等工况转换以及其它液压操作设备的操作能源，它的工作品质关系到机组的安全运行。 为保证和维护机组操作所需要的工作能力，压力油槽内压缩空气和透平油要适当成比例，压力油槽容积的60%70%是压缩空气，30%40%为透平油。因为压缩空气具有良好的弹性，能储存一定的机械能力，使压力油槽在因机组操作等原因油容积减少时仍能维持一定的压力，所以自动、可靠地保持气、油一定的比例，实际上是保证操作能源的可靠和稳定所需要的，是目前水电站实现“无人值班”(少人值守)亟待解决的技术问题。 近年来，随着可编程控制器的普遍应用，由机组现地控制单元的PLC对油压装置进行自动控制成为发展必然。2 控制系统要求2.1 机组油压装置的组成 压力油槽：配有压力变送器、液位变送器、压力控制器、液位控制器以及液位指示器。 油泵：2台18.5kW油泵三相异步电动机。 集油槽：配有液位控制器。 漏油箱：配有液位控制器，1台1.1kW油泵三相异步电动机。 补气装置：电磁阀(AC220V)。2.2 控制要求 压力的控制：压油槽内的压力P应保持在3.64.0MPa之间。P3.6MPa时，工作泵起动；P3.4MPa时，备用泵起动；P3.2MPa时，事故停机信号；P4.0MPa时，所有泵停机。 自动补气控制：一般压油槽内的油气体积比为12。 漏油箱油位控制：采用位式控制来控制漏油箱油位。当液位控制器L2接点(液位高)闭合，起动漏油泵；当液位控制器L1接点(液位低)闭合，漏油泵停止；当液位控制器L3接点(液位过高)闭合，发出漏油箱油位过高报警信号。 以上控制均要求设有方式选择切换开关，切换开关设自动、切除、手动3档。3 控制系统设计3.1 控制系统设计方案及组成 系统采用油压控制为主，辅以油位控制方式。由PLC根据压力油槽自动化元件所提供的压力、油位信号对油泵、电磁空气阀、电磁排油阀进行操作，实现对压力油槽自动补油、自动排油、自动补气、自动排气控制以及漏油泵控制，从而使压力油槽内的油压、油位保持在正常的范围内，整个水轮机组得以正常运行。 控制系统结构图如图1所示。 考虑到对输入输出的要求及系统模块的扩展，选用德国西门子公司的S7200系列PLC中的CPU216及扩展模块EM235和EM222。该系统用了20个离散输入点，2个模拟输入点，14个离散输出点。 2台油泵电机采用施耐德公司的ATS46系列软启动器；漏油泵采用交流接触器直接启动控制。当2台压油泵都设置为自动方式时，由PLC完成2台泵的工作/备用方式设置和切换(根据运行时间)。3.2 控制系统软件设计 根据控制系统所要完成的功能，控制程序框图如图2所示。3.2.1 系统复位逻辑 系统复位逻辑主要完成设备起动之前的初始状态管理。本系统主要是对电机的起动准备条件、各电磁阀的初始位置进行判断以及对压力、液位的当前值进行判断等。3.2.2 自动运行选择控制逻辑 自动运行指令的控制操作设备为一个按纽式选择开关，可选“自动”和“手动”2个位置，向油压系统发出的运行指令也是一个输入点，用“1”表示自动运行，“0”表示手动运行。在发出运行指令时要考虑许多其它连锁条件，如故障状态、急停状态、系统就绪信号等。另外，选择开关如果选择在手动位置或系统出现急停信号，都应立即解除自动运行指令，使系统处于手动运行状态下。3.2.3 故障管理 在油压条件中，一般存在多种故障信号。其中电机过热、过流及电机已坏等故障由软启动器检测，在自动控制中只作为系统运行的初始条件和发生故障停止的条件。另外，还有一些信号如系统运行指令是否正常，排气阀是否开启等信号，则要按运行要求根据逻辑关系来判断，也属故障检测之列。3.2.4运行指令的控制逻辑 运行合闸指令在油压系统中的控制逻辑是比较复杂的，它涉及到操作设备信号、控制对象状态和系统运行状态等。运行指令信号的发出控制可由一个基本控制逻辑完成。 置位条件：第1，启动操作信号的上升沿；第2，系统无故障。二者均为必要条件。复位条件：第1，系统正常停止信号；第2，系统故障停止信号；第3，紧急停止信号。三者均为充分条件。3.2.5工作/备用切换逻辑 根据控制要求，工作/备用切换是以时间为标准进行的。当1号泵作工作泵运行一定时间后，由工作转为备用状态，2号泵则由备用转为工作状态，如此循环下去。若遇到工作油泵已坏的情况，则备用油泵自动转为工作模式，计时器立即复位，重新开始计时。3.2.6工作泵起动控制逻辑 置位条件：自动状态下，第1，油压信号P3.6MPa；第2，排气完成；二者均为必要条件。手动状态下，工作泵手动起动信号输入。 复位条件：自动状态下，第1，达到停泵压力；第2，补气条件输入；第3，紧急停机信号输入。手动状态下，工作泵手动停止信号输入。 另外，备用泵起动控制逻辑、漏油泵控制逻辑、排油阀控制逻辑、排气阀控制逻辑、补气阀控制逻辑的程序设计思路基本相同，这里不再赘述。4 结束语4.1 采用油压、液位双重控制方案，提高了系统的可靠性；4.2 实现定期自动“倒泵”，保证每台油泵年运行小时数相等，避免了使用率不均而造成部分油泵过磨损或因长期不用而卡涩。4.