1、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
2、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
3、。 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
4、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
5、 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
6、”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
7、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
8、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。4.3 采用软启动器，解决了由于油泵启动冲击而引起的电气、机械故障等问题。4.4 系统通用性好，只要对开关设定值稍加修改，即可用于其他中小型水电站的油压系统。参考文献1 水电站设计手册编写组.水电站机电设计手册水力机械.水利电力出版社，1986
