PLC和软启动器在水电厂油压装置控制系统设计中的应用
摘要: 针对由普通继电器和接触器构成的油压装置系统在运行中存在的主要问题,结合白石窑水电厂实际情况,提出了以可编程逻辑控制器（ PLC） 和软启动器为核心的油压装置系统改造方案。介绍了系统的基本配置和软、硬件设计。实践表明,该系统可靠性高、成本低、易于安装和维护。
关键词: 水电厂; 油压装置; 软启动器; 可编程逻辑控制器
0 引言
油压装置是水电厂重要的水力机械辅助设备,其作用是产生并贮存高压油,是机组启动、停止、调节出力的动力源。因此,无论水力机组处于运行或停机状态,必须保证油压装置处于正常的油压状态[1 ] 。在水电厂中,为了确保油压装置的自动投入,一般在压力油槽罐上安装压力控制器,提供压力信号并控制油压。而大多数水电厂油压装置的压力油泵电机采用常规继电器和接触器来控制,存在接线复杂、误动拒动、电机启动电流大等缺陷,严重影响电厂的安全运行。本文以广东英德市白石窑水电厂为例,采用可编程逻辑控制器（ PLC） 和软启动器改
造油压装置控制系统。
1 控制原理和存在的问题
每台机组安装有2台55 kW 的压力油泵电机,互为备用。当压油槽罐油压低于下限3. 6 MPa 时,启动工作油泵;低于下下限3. 4 MPa 时,启动备用油泵并发报警信号;达到正常油压4. 0 MPa 则停泵。当油压装置发生各种罕见故障而造成压油槽油压下降至事故低油压3. 0 MPa 时,应迫使水轮发电机组事故停机。
原系统设计存在以下几个问题:
1） 由于压力油泵启动频繁,常规继电器触点经常烧坏,维护成本较高。
2） 只能人工手动定期切换2 台油泵的自动和备用状态,增加了员工的劳动强度。
3） 压力油泵电机全压启动时,启动电流很大,对0. 4 kV厂用电系统冲击大。设计中, 为了能有效解决上述问题, 提出用PLC 和软启动器来改造原有系统,以实现2台油泵自动轮换、电机平缓启动、维护和检修方便等要求。
2 系统的硬件设计
整个油压装置系统主要由PLC 完成压力油罐压力数据的采集、判断以及对软启动器、电机的控制,系统结构如图1 所示。
工作原理如下:软启动器根据PLC 命令启动电动机时,晶闸管的输出电压逐渐增加,电动机逐渐加速,直到晶闸管全导通,电动机工作在额定电压的机械特性上,实现平滑启动,降低启动电流,避免启动过流跳闸。待电动机达到额定转数时,启动过程结束,软启动器自动接通旁路接触器1 KM ,取代已完成任务的晶闸管,为电动机正常运转提供额定电压,以降低晶闸管的热损耗,延长软启动器的使用寿命,提高其工作效率,同时使电网避免了谐波污染。此外,软启动器还具有过载、缺相、过热保护功能。
3 系统的软件设计
考虑到油压装置系统的重要性和安全性,避免压力控制器由于硬接点有时接触不良的缺陷,设计时增加了压力控制器模拟量输入,并经PLC 计算得到实际的压力值,也作为控制判据。本系统程序设计采用模块化、功能化结构,便于调试和扩展,主要由控制主程序、模拟量采集和计算、电机运行时间统计、工作泵和备用泵轮换、报警等子程序组成,重点在于控制主程序和轮换判断程序,确保工作泵和备用泵的启/ 停及相互间的轮换。程序中,把2台油泵的运行时间作为工作泵和备用泵轮换的判据,运行时间较短的作为工作泵,运行时间较长的作为备用泵。图3 给出了工作泵和备用泵轮换流程。
4 结语
1 年多的应用表明,以PLC、软启动器为核心设计的水电厂油压装置控制系统安全、可靠、使用方便,为电厂的安全运行提供了强有力的保障。
参考文献
[1 ] 武汉长江控制设备研究所. 水轮机调速器与油压装置标准汇编. 北京:中国标准出版社,2001.
关键词: 水电厂; 油压装置; 软启动器; 可编程逻辑控制器
0 引言
油压装置是水电厂重要的水力机械辅助设备,其作用是产生并贮存高压油,是机组启动、停止、调节出力的动力源。因此,无论水力机组处于运行或停机状态,必须保证油压装置处于正常的油压状态[1 ] 。在水电厂中,为了确保油压装置的自动投入,一般在压力油槽罐上安装压力控制器,提供压力信号并控制油压。而大多数水电厂油压装置的压力油泵电机采用常规继电器和接触器来控制,存在接线复杂、误动拒动、电机启动电流大等缺陷,严重影响电厂的安全运行。本文以广东英德市白石窑水电厂为例,采用可编程逻辑控制器（ PLC） 和软启动器改
造油压装置控制系统。
1 控制原理和存在的问题
每台机组安装有2台55 kW 的压力油泵电机,互为备用。当压油槽罐油压低于下限3. 6 MPa 时,启动工作油泵;低于下下限3. 4 MPa 时,启动备用油泵并发报警信号;达到正常油压4. 0 MPa 则停泵。当油压装置发生各种罕见故障而造成压油槽油压下降至事故低油压3. 0 MPa 时,应迫使水轮发电机组事故停机。
原系统设计存在以下几个问题:
1） 由于压力油泵启动频繁,常规继电器触点经常烧坏,维护成本较高。
2） 只能人工手动定期切换2 台油泵的自动和备用状态,增加了员工的劳动强度。
3） 压力油泵电机全压启动时,启动电流很大,对0. 4 kV厂用电系统冲击大。设计中, 为了能有效解决上述问题, 提出用PLC 和软启动器来改造原有系统,以实现2台油泵自动轮换、电机平缓启动、维护和检修方便等要求。
2 系统的硬件设计
整个油压装置系统主要由PLC 完成压力油罐压力数据的采集、判断以及对软启动器、电机的控制,系统结构如图1 所示。
2. 1 PLC 硬件设计
PLC 为整个油压装置控制系统的核心控制元件,现在市场上有许多品牌的小型PLC 可供选择。结合水电厂的实际情况,采用了调速器技改时换下来的三菱A 系列PLC ,一来充分利用了闲置设备,二来也可节省一笔开支。A 系列PLC 采用模块化设计,可以根据实际应用的需要,自由添加模块。系统配置了一块A2AS 系列CPU 、一块开关量输入模块A1SX41 、一块开关量输出模块A1SY41 、一块模拟量输入/ 输出模块63ADA、一块通信模块A1SJ 71242R2 ,设计要求开关量输入信号11 路、开关量输出4 路、模拟量输入2 路。
2. 2 软启动器控制设计
软启动器是一种集电机软启动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置,采用三相反并联晶闸管作为调压器,接入电源与电动机定子之间。根据水电厂使用经验,选用性价比较高的国产雷诺尔软启动器JJ R2000 系列。图2 为1 号压力油泵控制接线,2 号压力油泵控制亦相同。
图2 1 号压力油泵控制接线
工作原理如下:软启动器根据PLC 命令启动电动机时,晶闸管的输出电压逐渐增加,电动机逐渐加速,直到晶闸管全导通,电动机工作在额定电压的机械特性上,实现平滑启动,降低启动电流,避免启动过流跳闸。待电动机达到额定转数时,启动过程结束,软启动器自动接通旁路接触器1 KM ,取代已完成任务的晶闸管,为电动机正常运转提供额定电压,以降低晶闸管的热损耗,延长软启动器的使用寿命,提高其工作效率,同时使电网避免了谐波污染。此外,软启动器还具有过载、缺相、过热保护功能。
3 系统的软件设计
考虑到油压装置系统的重要性和安全性,避免压力控制器由于硬接点有时接触不良的缺陷,设计时增加了压力控制器模拟量输入,并经PLC 计算得到实际的压力值,也作为控制判据。本系统程序设计采用模块化、功能化结构,便于调试和扩展,主要由控制主程序、模拟量采集和计算、电机运行时间统计、工作泵和备用泵轮换、报警等子程序组成,重点在于控制主程序和轮换判断程序,确保工作泵和备用泵的启/ 停及相互间的轮换。程序中,把2台油泵的运行时间作为工作泵和备用泵轮换的判据,运行时间较短的作为工作泵,运行时间较长的作为备用泵。图3 给出了工作泵和备用泵轮换流程。
图3 工作泵和备用泵轮换流程
4 结语
1 年多的应用表明,以PLC、软启动器为核心设计的水电厂油压装置控制系统安全、可靠、使用方便,为电厂的安全运行提供了强有力的保障。
参考文献
[1 ] 武汉长江控制设备研究所. 水轮机调速器与油压装置标准汇编. 北京:中国标准出版社,2001.
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