基于PLC的水電站空壓機控制系統(tǒng)

 空壓機系統(tǒng)是水電站的必備設(shè)備， 其工作過程并不復(fù)雜， 但啟動和停車過程有嚴(yán)格的要求。隨著電子技術(shù)、 軟件技術(shù)、 控制技術(shù)的迅速發(fā)展，PLC(可編程邏輯控制器)也迅速發(fā)展， 性能優(yōu)越，與原繼電器的控制電路相比具有較大優(yōu)勢。PLC具有高可靠性、 豐富的I/O接 口模塊、 模塊化結(jié)構(gòu)、編程簡單易學(xué)、安裝維護方便等特點。隨著水電站自動化水平的不斷提高， 有必要對空壓機工作過程采用 PLC全自動控制， 并在遠程操作室設(shè)置監(jiān)控和報警裝置， 以實現(xiàn)現(xiàn)場無人值守和遠程監(jiān)控、 報警。  

 1、控制系統(tǒng)的總體要求 
    水電站空壓機采用 P L C自動控制系統(tǒng)應(yīng)滿足如下要求 ： 
    (1)控制系統(tǒng)電源為交直流在線式切換，以保證 PLC數(shù)據(jù)處理和控制在異常情況時( 電源切換) 能可靠進行工作。 
    (2)高低壓氣機 PLC控制屏，以壓力反饋作為判據(jù)實現(xiàn)現(xiàn)地 PLC自動啟?？諌簷C。 
    (3)控制系統(tǒng)應(yīng)配有I/O模塊、中央處理模塊、通信模塊、電源模塊、模擬量模塊等運行所需設(shè)備，全部模塊均為固態(tài)插入式標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)組件，應(yīng)符合工業(yè)控制級以上標(biāo)準(zhǔn)。 
    (4)必須滿足電廠現(xiàn)場運行條件，具有高穩(wěn)定性和抗干擾性能。

  
 2、控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 
    2、1 系統(tǒng)方案
    根據(jù)電站空氣壓縮設(shè)備的技術(shù)要求，設(shè)計的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 l 所示。

    2、2 控制系統(tǒng)的硬件配置
    (1)TSX   3721   CPU模塊。具有實時時鐘，帶 2 0 K字 R AM、1 6 K字備份F l a s h   RO M， 允許增加應(yīng)用存儲器容量，并可連接通訊模塊，I/O點數(shù)最大可達248個。自帶一個顯示模塊， 可將控制、診斷和維護 PLC及其模塊所需的所有數(shù)據(jù)加以歸類總結(jié)和顯示， 提供了一個簡單的人機界面。 
    (2)TSXAEZ 一 8 0 2模擬量模塊。8個高精度多范圍電流通道， 每個輸入可選擇 0 ～2 0 mA 或4 - 2 0 mA的輸入范圍。模塊使用穩(wěn)態(tài)多路技術(shù)掃描輸入通道(普通或快速)，以獲取數(shù)值12位A／D轉(zhuǎn)換。除了上述功能外，PLC處理器還可進行輸入溢 出監(jiān)控、測量值過濾。 
    (3)TSXDMZ - 2 8 DT開關(guān)量模塊。16路開關(guān)量輸入，12 路開關(guān)量輸出，供電電源 24   VDC。 
    (4)傳感器。溫度傳感器提供 4 ～20 mA電流信號、 量程范圍為 0 ～120 ％。壓力傳感器采用MPM／MDM580系列電子式壓力傳感器，供電電源24 VDC，提供輸出4 ～2 0 mA電流信號， 量程范圍為 0 ～10   MP a 、 0 ～1 .0   MP a 。 
    根據(jù)以上的模塊要求， PLC硬件配置如圖 2所示。 

    2、3 控制軟件的流程框 圖 
    PLC程序控制圖見圖3 。

 3、P L C控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 
    3、1 控制策略
    (1)如圖 1所示的氣罐壓力 P1、 P2、 P3、 P4，PLC控制系統(tǒng)按照壓力采集信號所處的壓力區(qū)間， 自動啟動主備空壓機。
    (2)兩空壓機互為熱備用。 
    (3)每臺空壓機累計工作 30  rain ， 啟動排污閥 15  S。 
    (4)所有的啟?？諌簷C及異常信號送入中控室 。 
    (5)可在控制屏上選擇手動、自動、遠控三種控制方式。 
    3、2 PLC和中控 室通訊數(shù)據(jù)表
    PLC和中控室通訊采用 MB+網(wǎng)絡(luò)接口， 表1列出了部分通訊數(shù)據(jù)表。

  
 4、應(yīng)用 
    本文介紹的 PLC空壓機控制系統(tǒng)已應(yīng)用于Mollsadra 水電站。Mo l l s a d r a水電站位于伊朗伊斯蘭共和國法爾斯省 ( F a r s ) 境內(nèi)的 Ko r 河主要支流 Tang-e-Boragh河上。空壓機控制系統(tǒng)包括兩臺高壓壓縮空氣系統(tǒng)和兩臺低壓壓縮空氣系統(tǒng)，均采用一主一備工作方式。水電站空壓機系統(tǒng)主要是為水電站調(diào)速器油壓裝置、 工業(yè)及制動設(shè)備提供用氣 。 
    在此系統(tǒng)中， 高壓空壓機的額定排氣量0.822／mi n 、 排氣壓力 7 ．0   MP a ； 低 壓空壓機 的額 定排氣量 2 ． 8   m。 ／ mi n 、 排氣壓力 0 ． 8   MP a ； 額定容積均 為 2  m。 。在 設(shè) 計 中，P  一 6.3  MP a 、P2= = = 6.4   MPa、 P3— 6.5  M Pa、P4— 6.8  M Pa、P5 —6.9   MPa、 T一 1 00℃ 。
    經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)試驗收， 此設(shè)備已在現(xiàn)場運行 1  a 多， 運行可靠 ， 對水電站的安全穩(wěn)定運行起到了重要作用。

  
 5、結(jié)語 
    a ．P L C空壓機控制系統(tǒng)已成功應(yīng)用于 Mo l l —s a d r a 水電站， 運行安全可靠、 智能化程度高， 良好的實時調(diào)節(jié)可以克服由人為因素造成的調(diào)節(jié)滯后等不利因素， 操作簡單、 可實現(xiàn)無人值守。
    b ．在系統(tǒng)實施過程中， 還可引入故障檢測和故障診斷的處理程序， 能夠提高系統(tǒng)的智能化程度， 有利于進一步改善 自控系統(tǒng)的有效性和可靠性。 通過優(yōu)化調(diào)度策略、 軟件連鎖保護等 自動控制功能模式的應(yīng)用， 有望將自動化水平提升到更高層次， 可為確定空壓機設(shè)備狀態(tài)檢修點提供依據(jù)， 并由此獲得更大的效益。