【正文】 量甚微，系統(tǒng)技術(shù)先進(jìn)，PLC使控制達(dá)到數(shù)字化要求，能與后臺機(jī)通信，實現(xiàn)遠(yuǎn)方控制功能。 LCU分為五個系統(tǒng)：油系統(tǒng)控制系統(tǒng)、公用LCU控制系統(tǒng)。 1．水力發(fā)電站油系統(tǒng)控制系統(tǒng)油系統(tǒng)控制系統(tǒng)示例如圖下圖所示。 (1)控制功能 當(dāng)壓力油槽油壓降至1DJ的下限時，主用油泵向壓力油槽罐供油；當(dāng)壓力油槽油壓高于1DJ的上限時，主用油泵停止；當(dāng)油槽油壓降至2DJ的下限時，備用油泵向壓力油罐供油；當(dāng)壓力油槽的油壓高于2DJ的上限時，備用油泵停止；當(dāng)油槽的油壓降至3U的下限時，發(fā)報警信號；當(dāng)油壓下降至工作油壓下限，同時油槽泊面高于油面上限，開啟電磁補(bǔ)氣閥補(bǔ)氣。油系統(tǒng)控制系統(tǒng)電動機(jī)起動電路采用軟起動電路。 (2)通信功能 PLC將電源狀況、油泵運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備LCU將這些信號傳送給控制中心，2． 水力發(fā)電站氣系統(tǒng)控制系統(tǒng)氣系統(tǒng)控制系統(tǒng)示例如圖下圖所示 1)控制功能 補(bǔ)氣閥狀態(tài)、油位狀況傳送給公用設(shè)備LCU從而使控制中心完成對油系統(tǒng)的監(jiān)控。 當(dāng)主干管的壓力降至1DJ的下限時，主用空氣壓縮機(jī)冷卻系統(tǒng)起動，主用空氣壓縮機(jī)的電磁閥打開，示流信號器接通，主用空氣壓縮機(jī)起動；當(dāng)主干管的壓力降至2DJ的下限時，備用空氣壓縮機(jī)冷卻系統(tǒng)起動，備用空氣壓縮機(jī)的電磁閥打開，示流信號器接通，備用空氣壓縮機(jī)起動；當(dāng)主十管的壓力升至2DJ的上限時，備用空氣壓縮機(jī)停止；當(dāng)主干管的壓力升至lDJ四的上限時，主用空氣壓縮機(jī)停止；當(dāng)主干管的壓力降至3DJ的下限時，發(fā)出壓力過低信號，當(dāng)主干管的壓力升至3DJ四的上限時，發(fā)出壓力過高信號，空氣壓縮機(jī)停機(jī)并報警。4DJ是用來監(jiān)視制動儲氣罐中氣壓的，氣壓過高過低都會發(fā)信號，為了防止空氣壓縮機(jī)的溫度過高，專門在每個空氣壓縮機(jī)的出口處分別設(shè)置了溫度信號器，如果空氣壓縮機(jī)過熱，溫度信號器就會發(fā)出信號，即空氣壓縮機(jī)停機(jī)，氣系統(tǒng)控制系統(tǒng)電動機(jī)起動電路也采用軟起動電路。 (2)通信功能 PLC將電源狀況、空氣壓縮機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、氣壓狀況、空氣壓縮機(jī)起動狀態(tài)傳送給公用LCU，公用設(shè)備將這些信號傳送給控制中心，從而使控制中心完成對氣系統(tǒng)的監(jiān)控。 注意：采用這種系統(tǒng)不能連續(xù)監(jiān)測儲氣罐的壓力，如果要提高控制性能，連續(xù)監(jiān)測貯氣罐的壓力，可以將電觸點壓力表更換成壓力變送器和壓差變送器。3．水力發(fā)電站排水系統(tǒng)控制系統(tǒng)排水系統(tǒng)控制系統(tǒng)示例如圖下圖所示(1)控制功能 當(dāng)水位上升至FX3調(diào)定值時，工作泵起動，起動水泵前先打開相應(yīng)的電磁閥，示流信號器動作，起動水泵；當(dāng)水位上升至FX3配調(diào)定值時，備用泵起動，起動水泵前先打開相應(yīng)的電磁閥，示流信號器動作，起動水泵；當(dāng)水位上升至FX1調(diào)定值時，發(fā)報警信號；當(dāng)水位下降至FX2調(diào)定值時，備用泵停止，水泵停止后延時關(guān)閉電磁閥；當(dāng)水位下降至FX3調(diào)定值時，主用泵停止，泵停后延時關(guān)閉電磁閥，水泵運(yùn)行后，如果出水管無水．示流器不動，延時關(guān)閉水泵。排水系統(tǒng)控制系統(tǒng)的電動機(jī)起動電路也采用軟起動電路。 (2)通信功能 PLC比將電源狀況、水泵運(yùn)行狀態(tài)、水位狀況、水泵起動狀態(tài)傳送給公用設(shè)備比LCU，公用LCU將這些信號傳送給控制中心，從而使控制中心完成對排水系統(tǒng)的監(jiān)控。 4．水力發(fā)電站供水系統(tǒng)控制系統(tǒng) 供水系統(tǒng)控制系統(tǒng)示例如圖所示。 (1)控制功能 供水泵、示流信號器動作時發(fā)信早給機(jī)組LCU，機(jī)組停機(jī)后發(fā)信號給電磁閻使其關(guān)閉。機(jī)組開機(jī)前發(fā)命令給自流供水電磁閥，如果白供水無水，就發(fā)命令給主供水泵；如果清水池水位過低，發(fā)報警信號；如果示流信號器中斷就投入備用泵，向機(jī)組發(fā)故障信號；機(jī)組中的熱交換流器差壓計和濾水器差壓計的壓差過高就發(fā)報管信號。供水系統(tǒng)控制系統(tǒng)的電動機(jī)起動電路也采用軟起動電路。 (2)通信功能 PLC比將電源狀況、水泵運(yùn)行狀態(tài)、態(tài)、示流器狀態(tài)傳送給機(jī)組設(shè)備比LCU，控制中心完成對供水系統(tǒng)的監(jiān)控。 5．水力發(fā)電站公用LCU控制系統(tǒng)水位狀況、水泵起動狀態(tài)、電磁閥狀態(tài)、差壓計狀機(jī)組設(shè)備LCU將這些信號傳送給控制中心，從而位水力發(fā)電站控制系統(tǒng)可采用分布式結(jié)構(gòu)，分為上位管理層和現(xiàn)地控制層，現(xiàn)地控制單元(油系統(tǒng)、氣系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、供水系統(tǒng))即可脫離上位管理層獨立運(yùn)行，具有現(xiàn)地操作和監(jiān)控功能，也可由上位管理層(公用LCU系統(tǒng))統(tǒng)一控制。公用LCU系統(tǒng)采用觸摸屏對各個現(xiàn)地單元進(jìn)行控制，用S7—300 PLC與各個現(xiàn)地控制單元內(nèi)的S7—200PLC進(jìn)行通信。該通信方式采用PROFIBUSDP現(xiàn)場總線的形式.。S7—300PLC還可通過串口通信模塊和工業(yè)以太網(wǎng)模塊與水力發(fā)電站自動化監(jiān)控系統(tǒng)通信。 第三章S7200PLC水電站技術(shù)供水系統(tǒng)中的應(yīng)用 水力發(fā)電站技術(shù)供水系統(tǒng)是各種機(jī)電運(yùn)行設(shè)備，主要如水輪發(fā)電機(jī)組、水冷變壓器等的輔助設(shè)備。技術(shù)供水的主要任務(wù)足為了運(yùn)行設(shè)備的冷卻和潤滑，供水對象如發(fā)電機(jī)冷卻器或發(fā)電機(jī)內(nèi)冷卻用水、推力軸承冷卻器、上或下導(dǎo)軸承冷卻器、水導(dǎo)軸承冷卻和潤滑用水、水冷變壓器等，有時也均作如高水頭水電站主閥的操作能源。技術(shù)供水內(nèi)水源、管道和控制器件等組成，根據(jù)用水設(shè)備的技術(shù)要求，應(yīng)能保證一定水量、水壓和水質(zhì)。技術(shù)供水系統(tǒng)是保證水力發(fā)電站安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行不可缺少的組成部分。某大型水力發(fā)電廠采用水泵直接供水方式，設(shè)備配置方式為單元供水，每臺機(jī)組都設(shè)一套供水系統(tǒng)，有四臺供水泵，三臺工作，一臺冗余，上作水泵隨水輪發(fā)電主機(jī)組的開停而開停。考慮到：①水電廠(站)環(huán)境及未運(yùn)行水力發(fā)電機(jī)組溫度較低；②水輪發(fā)電機(jī)組起動過程中無定于繞組損耗、無鐵損耗、太高次諧波附加損耗；③水輪發(fā)電機(jī)末投勵前無勵磁損耗；④技術(shù)供水系統(tǒng)水泵用異步電動機(jī)起動電流很大，不宜多臺同時起動；⑤水輪發(fā)電機(jī)組起動時間與產(chǎn)生熱量遞增關(guān)系，及供水水泵用異步電動機(jī)起動時間等問題。決定水輪發(fā)電機(jī)組起動時技術(shù)供水系統(tǒng)1.2.3水泵電動機(jī)組按順序依次起動，時間間隔取90 s。下面首先給出S7—200 PLC I/O信號地址分配如表3—l所示，然后利用S7—200PLC移位寄存器指令來編寫順序控制程序。 表31 技術(shù)供水PLC控制系統(tǒng)I/O 信號地址分配序號I/O信號內(nèi)存地址序號I/O信號內(nèi)存地址01 水輪發(fā)電機(jī)組開機(jī)信號重復(fù)05n1 D加電源02水輪發(fā)電機(jī)組停機(jī)復(fù)歸信號重復(fù)06n2 D加電源03冷卻水管閥開07n3 D加電源04冷卻水管閥關(guān)08n4 D加電源 主程序 LD = LD XORB VB20,VB20 S ,1 LD CALL SBRO,SBR0 LD MOVW AIW0,VW0 MOVW AIW0,VW2 MOVW AIW0,VW4 MOVW AIW0,VW6 /I VW2,VW4 *I VW4,VW4 LDW= VW0,VW6 = LD R ,1 R ,4 R ,4 = 子程序 LDN T37 TON T37,+900 LD EU O T37 SHRB ,4 LD S ,1 LD S ,1 LD S ,1 LD CRET最后對此程序做一簡要說明：水輪發(fā)電機(jī)組獲得開機(jī)指令后，=1打開冷卻供水總管閥門。在PLC第一個掃描周期內(nèi)進(jìn)行初始化，VB20清零，之后調(diào)用子程序SBR—0，起動90s定時器，移位寄存器每90s移位一次，第一次移位后，＝1，副．1＝1，第一臺水泵電動機(jī)組起動；第二次移位后，＝1，＝1，第二臺水泵電動機(jī)組起動；第三次移位后，＝1，＝l，第三臺水泵電動機(jī)組起動；第四次移位后，＝1，返回主程序，把技術(shù)供水總管水流量實際值從AIW0傳送至存儲單元VWO，，＝1，第四臺備用水泵電動機(jī)組起動(注意要定期輪換擔(dān)負(fù)備用任務(wù)，保證一年中各泵總工時大致相等)。收到水輪發(fā)電機(jī)組停機(jī)復(fù)歸信號后，復(fù)位，、V20．、供水水泵全停，冷卻供水總管閥門關(guān)閉。 第四章S7200 PLC在水電站油壓裝置中的應(yīng)用 油壓裝置自動化的必要性與控制要求 油壓裝置在水電廠是重要的水力機(jī)械輔助設(shè)備，其作用是產(chǎn)生并貯存高壓油，是機(jī)組起動、停止、調(diào)節(jié)出力之能源。若水輪機(jī)蝸殼進(jìn)口之前設(shè)有蝴蝶閥，也是蝴蝶閥的操作能源。壓力油槽油壓事故降低時，水輪發(fā)電機(jī)組將危險地失控，應(yīng)有防護(hù)措施。油壓裝置的特別重要性與現(xiàn)代化的要求決定了泊壓裝置用高新技術(shù)實現(xiàn)自動化的必要性。 油壓裝置自動化，應(yīng)滿足下列要求； 1)水輪機(jī)組在正常運(yùn)行或在事故情況下，均應(yīng)保證有足夠的壓力油量供機(jī)組及蝴蝶閥操作之用，應(yīng)考慮在廠用電消失時有一定的能源儲備*此要求可通過選擇足夠的壓力油槽容積與適當(dāng)?shù)目刂瞥绦騺斫鉀Q。 2)不論水力機(jī)組處于運(yùn)行還是停機(jī)狀態(tài)，泊樂裝置均應(yīng)處廠準(zhǔn)備工作狀忠，亦即油壓裝置的自動抨制是獨立進(jìn)行的，是由本身條件——壓力油槽巾油壓信號來實現(xiàn)白動化的。 3)在水力機(jī)組操作過程中，泊壓裝置的投入是自動進(jìn)行的，不需值班人員的參與。具體地說，當(dāng)壓力油槽油壓達(dá)到下限()時，起動丁作螺桿油泵補(bǔ)油，壓力提升至油壓額定值()時，停止工作油泵。 4)油壓裝置應(yīng)設(shè)有備用的油泵電動機(jī)組，當(dāng)丁作螺桿油泵發(fā)生故障或者操作用油量想劇增長而造成樂力泊槽洲壓過低()時，啟動備用螺桿油泵補(bǔ)油，壓力提升至油壓額定值()時，停止備用油泵，壓力油槽油壓過低要備用油泵投入時，府發(fā)出報警信號。 5)當(dāng)油壓裝置發(fā)牛各種罕見故障而造成壓力油槽汕壓下降至事故低油壓(如2．70MPs)時，應(yīng)迫使水輪發(fā)電機(jī)組事故停機(jī)，事故停機(jī)時應(yīng)發(fā)出報警信號(在主機(jī)控制程序中也應(yīng)考慮)。注意，這里起動主機(jī)事故停機(jī)之壓油槽事故低油壓值的整定，應(yīng)比可操作水輪機(jī)組的最小池壓值大出一定量值，確保水輪機(jī)導(dǎo)葉在油壓“崩潰”前能夠全關(guān)，另外負(fù)曲率導(dǎo)葉的采用有利于這一問題的改善。6) 油壓裝置壓力油槽應(yīng)選擇合適的油氣體積比K，經(jīng)驗證明一般取1：2，這是因為K值大時，由于操作放出等體積的油量后會造成壓力油槽油壓更大地下降。今設(shè)壓力油槽容積為V，其中油占KV/(1+K)，氣體占V/(1+K)，又設(shè)P,(P?P)是放出體積油量前后的壓力油槽油壓，代入玻意耳定律得：PV/(1+K)=(P?P)[V/(1+K)+?V]，從而?P=P?V/[V/(1+K)+?V],顯然K越大，?P將越大,另一方面，K的大小，將沒有足夠的壓力油量，此處可結(jié)合第1點考慮。在油壓裝置運(yùn)行中，內(nèi)于微量氣體不斷地“溶”1：油中(溶解速度與油壓成正比)，較長時間后會造成K佰增大，為此我們應(yīng)引用尚壓空氣自動實行缺失補(bǔ)氣(因相對“干燥”，可考慮多級壓力供氣)。具體地說，當(dāng)壓力油槽油位上升至34％刻度，打開可控氣閥向壓力油槽補(bǔ)氣。，或者壓力油槽油位降至31％刻度時，關(guān)閉可控氣閥停止補(bǔ)氣。 7)“補(bǔ)油”與“補(bǔ)氣”兩個進(jìn)程互相聯(lián)鎖，即“補(bǔ)油”時不“補(bǔ)氣”，“補(bǔ)氣”時不“補(bǔ)油”。 8)為使得“工作油泵”、“備用油泵”的總運(yùn)行時間不致相差懸殊，引入“輪崗”思想，考慮工作油泵運(yùn)行次數(shù)多于備用油泵運(yùn)行次數(shù)達(dá)88次后，輪換“工作油泵”與“備用油泵”，此可巧妙妙利用兩門子SWAP指令實現(xiàn)。 PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 系統(tǒng)控制兩臺補(bǔ)油螺桿油泵電動機(jī)組(1臺工作l臺備用)、1只補(bǔ)氣電磁閥(其盯電磁鐵有開啟和關(guān)閉2個線圈，可不帶電工作)、1只油壓過低報警指示燈、1只油壓事故低報警指示燈。系統(tǒng)省1個壓力油槽油壓測量輸入點(模擬量輸入)、1個壓力油槽油位測量輸入點(模擬量輸入)、1個啟動按鈕SB1的輸入(數(shù)字量)、1個停止按鈕SB2的輸入(數(shù)字量)、2個補(bǔ)油油泵電動機(jī)組的輸出(數(shù)字量)、1個補(bǔ)氣電磁閥開啟線圈的輸出(數(shù)字量)、1個補(bǔ)氣電磁閻又閉線圈的輸出(數(shù)字量)、1個泊壓過低報警指示燈的輸出(數(shù)字量)、1個油壓事故低報警指示燈的輸出(數(shù)字量)。合計整個系統(tǒng)需要好關(guān)量輸入2點，數(shù)字量輸出6點，模擬量輸入2點。 從表4—1中可找出滿足我們要求的型號，即選擇CPU222主機(jī)(8點數(shù)字量輸入6點數(shù)字量輸出，能向擴(kuò)展模塊提供的毗5v輸出電流是340rnJL，DC24V電源所提供的最大電流為400 mA)，參考表42另選擇EMz31模擬量輸入模塊(4路模擬量輸入，消耗DC5V電流為10 mA)l塊，再選擇國產(chǎn)AK—4型量程5MPa、輸出信號4—20mA、輸出接口為陽485的壓力變送傳感器2只(1只投入運(yùn)行、1只作物理備用)及承壓油位傳感器1只(如MSLA隔離式液位變送器，采用進(jìn)口高品質(zhì)的隔離膜片的敏感組件加放大電路，輸出4—20mA二線制標(biāo)難信號，封裝于不銹鋼外殼中)，共同組成硬件系統(tǒng)，傳感器的電源應(yīng)以不超載為原則作考慮，此處略敘。 表41 S7200 PLC中央處理單元參數(shù)S7200 PLCCPU 221CPU 222CPU 224CPU 226集成數(shù)字量輸入/輸出6入/4出8入/6出14入/10出24入/16出可連接的擴(kuò)展模塊數(shù)量（最大）不可擴(kuò)展2個7個7個最大可擴(kuò)展的數(shù)字量（輸入/輸出范圍）不可擴(kuò)展78點78點248點最大可擴(kuò)展的模擬量不可擴(kuò)展10點10點35點每條二進(jìn)制語句執(zhí)行時間 表42 S7200 PLC模擬量擴(kuò)展模塊參數(shù)S7200PLCEM231EM232EM235尺寸(WHD/mm)80624680628062重量/g183148186功耗/W222點數(shù)4路模擬量輸入2路模擬量輸出4路模擬量輸入，2路模擬量輸出 表43 S7200 PLC 輸入輸出點分配模塊號輸入端子號輸出端子號地址