  關(guān)鍵詞  油壓裝置   PLC   自動(dòng)控制

1 引言

    機(jī)組油壓裝置是為水電站水輪發(fā)電機(jī)組提供動(dòng)力油源的裝置，是水利機(jī)械設(shè)備的重要組成部分。作為水輪發(fā)電機(jī)組起動(dòng)停止、負(fù)荷調(diào)節(jié)等工況轉(zhuǎn)換以及其它液壓操作設(shè)備的操作能源，它的工作品質(zhì)關(guān)系到機(jī)組的安全運(yùn)行。

  為保證和維護(hù)機(jī)組操作所需要的工作能力，壓力油槽內(nèi)壓縮空氣和透平油要適當(dāng)成比例，壓力油槽容積的60%～70%是壓縮空氣，30%～40%為透平油。因?yàn)閴嚎s空氣具有良好的彈性，能儲(chǔ)存一定的機(jī)械能力，使壓力油槽在因機(jī)組操作等原因油容積減少時(shí)仍能維持一定的壓力，所以自動(dòng)、可靠地保持氣、油一定的比例，實(shí)際上是保證操作能源的可靠和穩(wěn)定所需要的，是目前水電站實(shí)現(xiàn)“無人值班”(少人值守)亟待解決的技術(shù)問題。

  近年來，隨著可編程控制器的普遍應(yīng)用，由機(jī)組現(xiàn)地控制單元的PLC對(duì)油壓裝置進(jìn)行自動(dòng)控制成為發(fā)展必然。

2 控制系統(tǒng)要求

2.1 機(jī)組油壓裝置的組成

  壓力油槽：配有壓力變送器、液位變送器、壓力控制器、液位控制器以及液位指示器。

    油泵：2臺(tái)18.5kW油泵三相異步電動(dòng)機(jī)。

  集油槽：配有液位控制器。

  漏油箱：配有液位控制器，1臺(tái)1.1kW油泵三相異步電動(dòng)機(jī)。

  補(bǔ)氣裝置：電磁閥(AC220V)。

2.2 控制要求

    壓力的控制：壓油槽內(nèi)的壓力P應(yīng)保持在3.6～4.0MPa之間。P＜3.6MPa時(shí)，工作泵起動(dòng)；P＜3.4MPa時(shí)，備用泵起動(dòng)；P＜3.2MPa時(shí)，事故停機(jī)信號(hào)；P＞4.0MPa時(shí)，所有泵停機(jī)。

  自動(dòng)補(bǔ)氣控制：一般壓油槽內(nèi)的油氣體積比為1∶2。

  漏油箱油位控制：采用位式控制來控制漏油箱油位。當(dāng)液位控制器L2接點(diǎn)(液位高)閉合，起動(dòng)漏油泵；當(dāng)液位控制器L1接點(diǎn)(液位低)閉合，漏油泵停止；當(dāng)液位控制器L3接點(diǎn)(液位過高)閉合，發(fā)出漏油箱油位過高報(bào)警信號(hào)。

  以上控制均要求設(shè)有方式選擇切換開關(guān)，切換開關(guān)設(shè)自動(dòng)、切除、手動(dòng)3檔。

3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案及組成

  系統(tǒng)采用油壓控制為主，輔以油位控制方式。由PLC根據(jù)壓力油槽自動(dòng)化元件所提供的壓力、油位信號(hào)對(duì)油泵、電磁空氣閥、電磁排油閥進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力油槽自動(dòng)補(bǔ)油、自動(dòng)排油、自動(dòng)補(bǔ)氣、自動(dòng)排氣控制以及漏油泵控制，從而使壓力油槽內(nèi)的油壓、油位保持在正常的范圍內(nèi)，整個(gè)水輪機(jī)組得以正常運(yùn)行。

  控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

  考慮到對(duì)輸入輸出的要求及系統(tǒng)模塊的擴(kuò)展，選用德國(guó)西門子公司的S7—200系列PLC中的CPU216及擴(kuò)展模塊EM235和EM222。該系統(tǒng)用了20個(gè)離散輸入點(diǎn)，2個(gè)模擬輸入點(diǎn)，14個(gè)離散輸出點(diǎn)。

  2臺(tái)油泵電機(jī)采用施耐德公司的ATS—46系列軟啟動(dòng)器；漏油泵采用交流接觸器直接啟動(dòng)控制。當(dāng)2臺(tái)壓油泵都設(shè)置為自動(dòng)方式時(shí)，由PLC完成2臺(tái)泵的工作/備用方式設(shè)置和切換(根據(jù)運(yùn)行時(shí)間)。

3.2 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

    根據(jù)控制系統(tǒng)所要完成的功能，控制程序框圖如圖2所示。

3.2.1 系統(tǒng)復(fù)位邏輯

  系統(tǒng)復(fù)位邏輯主要完成設(shè)備起動(dòng)之前的初始狀態(tài)管理。本系統(tǒng)主要是對(duì)電機(jī)的起動(dòng)準(zhǔn)備條件、各電磁閥的初始位置進(jìn)行判斷以及對(duì)壓力、液位的當(dāng)前值進(jìn)行判斷等。

3.2.2 自動(dòng)運(yùn)行選擇控制邏輯

  自動(dòng)運(yùn)行指令的控制操作設(shè)備為一個(gè)按紐式選擇開關(guān)，可選“自動(dòng)”和“手動(dòng)”2個(gè)位置，向油壓系統(tǒng)發(fā)出的運(yùn)行指令也是一個(gè)輸入點(diǎn)，用“1”表示自動(dòng)運(yùn)行，“0”表示手動(dòng)運(yùn)行。在發(fā)出運(yùn)行指令時(shí)要考慮許多其它連鎖條件，如故障狀態(tài)、急停狀態(tài)、系統(tǒng)就緒信號(hào)等。另外，選擇開關(guān)如果選擇在手動(dòng)位置或系統(tǒng)出現(xiàn)急停信號(hào)，都應(yīng)立即解除自動(dòng)運(yùn)行指令，使系統(tǒng)處于手動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下。

3.2.3 故障管理

  在油壓條件中，一般存在多種故障信號(hào)。其中電機(jī)過熱、過流及電機(jī)已壞等故障由軟啟動(dòng)器檢測(cè)，在自動(dòng)控制中只作為系統(tǒng)運(yùn)行的初始條件和發(fā)生故障停止的條件。另外，還有一些信號(hào)如系統(tǒng)運(yùn)行指令是否正常，排氣閥是否開啟等信號(hào)，則要按運(yùn)行要求根據(jù)邏輯關(guān)系來判斷，也屬故障檢測(cè)之列。

3.2.4運(yùn)行指令的控制邏輯

    運(yùn)行合閘指令在油壓系統(tǒng)中的控制邏輯是比較復(fù)雜的，它涉及到操作設(shè)備信號(hào)、控制對(duì)象狀態(tài)和系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)等。運(yùn)行指令信號(hào)的發(fā)出控制可由一個(gè)基本控制邏輯完成。

  置位條件：第1，啟動(dòng)操作信號(hào)的上升沿；第2，系統(tǒng)無故障。二者均為必要條件。復(fù)位條件：第1，系統(tǒng)正常停止信號(hào)；第2，系統(tǒng)故障停止信號(hào)；第3，緊急停止信號(hào)。三者均為充分條件。

3.2.5工作/備用切換邏輯

  根據(jù)控制要求，工作/備用切換是以時(shí)間為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的。當(dāng)1號(hào)泵作工作泵運(yùn)行一定時(shí)間后，由工作轉(zhuǎn)為備用狀態(tài)，2號(hào)泵則由備用轉(zhuǎn)為工作狀態(tài)，如此循環(huán)下去。若遇到工作油泵已壞的情況，則備用油泵自動(dòng)轉(zhuǎn)為工作模式，計(jì)時(shí)器立即復(fù)位，重新開始計(jì)時(shí)。

3.2.6工作泵起動(dòng)控制邏輯

  置位條件：自動(dòng)狀態(tài)下，第1，油壓信號(hào)P＜3.6MPa；第2，排氣完成；二者均為必要條件。手動(dòng)狀態(tài)下，工作泵手動(dòng)起動(dòng)信號(hào)輸入。

  復(fù)位條件：自動(dòng)狀態(tài)下，第1，達(dá)到停泵壓力；第2，補(bǔ)氣條件輸入；第3，緊急停機(jī)信號(hào)輸入。手動(dòng)狀態(tài)下，工作泵手動(dòng)停止信號(hào)輸入。

  另外，備用泵起動(dòng)控制邏輯、漏油泵控制邏輯、排油閥控制邏輯、排氣閥控制邏輯、補(bǔ)氣閥控制邏輯的程序設(shè)計(jì)思路基本相同，這里不再贅述。

4 結(jié)束語(yǔ)

4.1 采用油壓、液位雙重控制方案，提高了系統(tǒng)的可靠性；

4.2 實(shí)現(xiàn)定期自動(dòng)“倒泵”，保證每臺(tái)油泵年運(yùn)行小時(shí)數(shù)相等，避免了使用率不均而造成部分油泵過磨損或因長(zhǎng)期不用而卡澀。

4.3 采用軟啟動(dòng)器，解決了由于油泵啟動(dòng)沖擊而引起的電氣、機(jī)械故障等問題。

4.4 系統(tǒng)通用性好，只要對(duì)開關(guān)設(shè)定值稍加修改，即可用于其他中小型水電站的油壓系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

1 水電站設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫組.水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)——水力機(jī)械.水利電力出版社，1986