  關(guān)鍵詞  油壓裝置   PLC   自動控制

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。因為壓縮空氣具有良好的彈性，能儲存一定的機(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仍能維持一定的壓力，所以自動、可靠地保持氣、油一定的比例，實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對油壓裝置進(jìn)行自動控制成為發(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18.5kW油泵三相異步電動機(jī)。

  集油槽：配有液位控制器。

  漏油箱：配有液位控制器，1臺1.1kW油泵三相異步電動機(jī)。

  補氣裝置：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，工作泵起動；P＜3.4MPa時，備用泵起動；P＜3.2MPa時，事故停機(jī)信號；P＞4.0MPa時，所有泵停機(jī)。

  自動補氣控制：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(液位高)閉合，起動漏油泵；當(dāng)液位控制器L1接點(液位低)閉合，漏油泵停止；當(dāng)液位控制器L3接點(液位過高)閉合，發(fā)出漏油箱油位過高報警信號。

  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、切除、手動3檔。

3 控制系統(tǒng)設(shè)計

3.1 控制系統(tǒng)設(shè)計方案及組成

  系統(tǒng)采用油壓控制為主，輔以油位控制方式。由PLC根據(jù)壓力油槽自動化元件所提供的壓力、油位信號對油泵、電磁空氣閥、電磁排油閥進(jìn)行操作，實現(xiàn)對壓力油槽自動補油、自動排油、自動補氣、自動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)，整個水輪機(jī)組得以正常運行。

  控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

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

  2臺油泵電機(jī)采用施耐德公司的ATS—46系列軟啟動器；漏油泵采用交流接觸器直接啟動控制。當(dāng)2臺壓油泵都設(shè)置為自動方式時，由PLC完成2臺泵的工作/備用方式設(shè)置和切換(根據(jù)運行時間)。

3.2 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

    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)備起動之前的初始狀態(tài)管理。本系統(tǒng)主要是對電機(jī)的起動準(zhǔn)備條件、各電磁閥的初始位置進(jìn)行判斷以及對壓力、液位的當(dāng)前值進(jìn)行判斷等。

3.2.2 自動運行選擇控制邏輯

  自動運行指令的控制操作設(shè)備為一個按紐式選擇開關(guān)，可選“自動”和“手動”2個位置，向油壓系統(tǒng)發(fā)出的運行指令也是一個輸入點，用“1”表示自動運行，“0”表示手動運行。在發(fā)出運行指令時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)就緒信號等。另外，選擇開關(guān)如果選擇在手動位置或系統(tǒng)出現(xiàn)急停信號，都應(yīng)立即解除自動運行指令，使系統(tǒng)處于手動運行狀態(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。其中電機(jī)過熱、過流及電機(jī)已壞等故障由軟啟動器檢測，在自動控制中只作為系統(tǒng)運行的初始條件和發(fā)生故障停止的條件。另外，還有一些信號如系統(tǒng)運行指令是否正常，排氣閥是否開啟等信號，則要按運行要求根據(jù)邏輯關(guān)系來判斷，也屬故障檢測之列。

3.2.4運行指令的控制邏輯

    運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、控制對象狀態(tài)和系統(tǒng)運行狀態(tài)等。運行指令信號的發(fā)出控制可由一個基本控制邏輯完成。

  置位條件：第1，啟動操作信號的上升沿；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；第2，系統(tǒng)故障停止信號；第3，緊急停止信號。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/備用切換是以時間為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的。當(dāng)1號泵作工作泵運行一定時間后，由工作轉(zhuǎn)為備用狀態(tài)，2號泵則由備用轉(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，則備用油泵自動轉(zhuǎn)為工作模式，計時器立即復(fù)位，重新開始計時。

3.2.6工作泵起動控制邏輯

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

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

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

4 結(jié)束語

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 實現(xiàn)定期自動“倒泵”，保證每臺油泵年運行小時數(shù)相等，避免了使用率不均而造成部分油泵過磨損或因長期不用而卡澀。

4.3 采用軟啟動器，解決了由于油泵啟動沖擊而引起的電氣、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)計手冊編寫組.水電站機(jī)電設(shè)計手冊——水力機(jī)械.水利電力出版社，1986