可编程控制器在调相压水控制系统中的应用.pdf

第 0 2期 总第 3 6 9期 吉 林 水利 2 0 1 3年 0 2月 [ 文章编号】1 0 0 9 2 8 4 6 2 0 1 3 0 2 -- -0 0 2 7 -．- 0 3 可编程控制器在调相压水控制系统中的应用 杨秀伟 哈 尔滨电机厂有限责任公 司，黑龙江 哈 尔滨 1 5 0 0 4 0 [ 摘 要]调 相压水是抽水蓄能机 组工况转换过程 中及 调相稳定运行 的一个重要 的组成 部分。 阐述 了用可编程控 制 器实现调相压水控制 的设计和方法 。并给 出了控制 系统 的流程 图，该系统 为抽 水蓄能机组调相压水的4 g, l 提 供 借 鉴 。 [ 关键词 ]抽水蓄能 电站； 调相 压水； 可编程控制 器 [ 中图分类号]T V 7 3 4 ． 4 [ 文献标识码]B 安徽 响水涧抽 水蓄能电站机 组基本 由静止 、 旋转备用、发电、抽水 、发电调相 、抽水调相等 6个稳定运行工况组成 ．其 中机组从停机到抽水 必须通过调相压水 ．发 电调相是在机组发 电工况 经压水后以满足工况要求。其工况转换如图 1 。 调相压水的控制是通过向机组转轮室 内注入 压缩空气， 将转轮室 内的水 位压至转轮 以下。 以满 足机组转 轮在空气 中旋转． 利用气体 的可压缩特 征． 大 大降低机 组在拖动过程和调相运行 时的阻 力， 减小机组 的振动． 是抽水 蓄能机组工况转换过 程控制 及调相稳定 运行 中的一个重要 的组成 部 分。 可编程控制器 简称 P L C是 以微处理器为 核心 ，将微型计算机技术 、自动化技术及通信技 图 1 抽水蓄能机组工况转换框 图 术融为一体的一种新型的高可靠性的工业 自动化 控制装置。它具有控制能力强、可靠性高 、配置 灵活 、编程简单 、使用方便 、易 于扩展等优点 ． 被广 泛地 应用 在各 种控 制 中。 2 调相压水控 制系统的结构及 工作原理 调相压水机械液压系统 图如图 2 ．包括尾水 管水位测量装置和控制阀组 尾水管水位测量装置布置于尾水锥管段 ．一 般利用开放容器 的液位平衡原理利用上下引出平 衡管液位反映尾水管内的实际水位 ．其主要作用 是为机组调相启 动和运行时提供尾水水位信号 ． 控制调相压气和补气 调相压水 控制 阀组包括 压气 阀．补气 阀． 增压 阀，排气 阀 ，蜗壳增压 阀 ，消水环 电磁 阀， 上下止漏环 电磁 阀等 抽水蓄能机组做抽水运行时 ．为防止发电电 动机的启动电流过大 ．采用压缩空气将转轮室的 水 位压下 。使 转轮在 空气 中启 动 ．降低 启动力 矩 因此用电磁配压 阀和液压操作阀及示流水位 信号计来实现此控制过程 在电动发电机拖动水泵水轮机转动前 ．通过 压缩空气操作管路 向转轮室内充入压缩空气 ．转 轮室内水位下降至转轮以下 ．电动发 电机通过变 频启动装置与电网相联 ．并拖动水泵水轮机在空 [ 收稿 日期 ]2 0 1 2 一 l 1 一 o 6 [ 作者简介 ]杨 秀伟 1 9 7 4 一 ，女 ，辽宁人 ， 2 0 0 5年毕业于天津科技 大学检测技 术及 自动化装置专业， 硕 士，工程师， 从事水轮机组 自动 化 产 品 及 调 速 系统 的 设计 研 发 工作 。 一 2 7 吉林水利 可编程控制器在调相压水控制系统中的应用 杨 秀伟 2 0 1 3年 o 2月 气 中转动达到额定转速。然后通过排气控制管路 将转轮 室空气排掉 ．转轮室水位 上升至水 位上 限 ，并形成 水压 ，而后通过调速 器把导 叶按扬 程一 开度 曲线开到规定开度 。使水泵正常抽水。 图 2 调 相 压 水 机械 液 压 系统 图 3 调相压水控制 系统 的设计 3 ． 1控 制 系统 的硬件构 成 控 制 系统 由调 相压 水 控制 柜组 成 ．采用 考 虑 到对输入输出的要求及系统模块的扩展 ．调相压 水 控 制柜 选用 S c h n e i d e r M3 4 0可 编程 控 制器 进 行 数据 的处理 ．S c h n e i d e r M3 4 0可编程控制器具有 体积小 、扩展模块类型多、可实现 MO D B U S通讯 等特点 。该系统用了 2 4个离散输入点 、8个离散 输 出 点 ，P L C 硬 件 组 态 表 1所 示 。 S c h n e i d e r M3 4 0可编程控制器在实现调相 压水 的运行 和管 理的同时．还将故障信息和相关 的采样值数据 等 通过 MO D B U S通讯传送到远程 L C U上 ．以便 于 系统分析、运行管理和维护。 表 1 硬 件 组态 表 3 ． 2控 制 系统软件 设计 控 制 系统 的软 件是 基 于 S c h n e i d e r的 U n i t y P r o 程 序软件开发的。程序采用 分块结构 。分为 一 28一 通讯子程序 。I ／ O诊 断和故障处理子程序 ．命令 子程序 。控制子程序和启停子程序 ．各子程序功 能解释如图 3 Un i t y P r o程序为开发者提供 了梯形图 L D ， 结构 化文本 S T ，指令 表 I L ，功 能块 图表 F B D 或者顺序功能图 S F C 等编程方式 ，且在 一 个程序中可以采用不 同的方式 ．还可以互相调 用。在本系统 中，考虑到结构化文本f S T 编程 具有占用周期短 。相应快等优点 ，采用结构化文 本I s 编程 。以下控制子程序的一段代码 开关蜗壳平压阀 1 TMR _G Y S 4 I N C MD _ l 0 4 D C F G ， P T T 2 0 o O MS ． Q D O _ l 0 4 DC F G ； I F DI _4 YYFG THEN D0_ 1 0 4 DC F G F AL S E； l 0 4 DCF G F AL S E； END I F I 。MR _KYS 4 I N - -_ 1 0 4 DC F K， P T T 钵 2 0 o 0 MS ． Q D O 一 1 0 4 D C F K ； I F DI _4YYFK THEN DO 一1 O 4 DC F K F AL S E； END I F； 在 机组 由抽 水 转抽 水 调相 和 由发 电转 发 电调 相时 ，发送调相压水命令 ．调相压水启动流程图 如图 4 。 调相压水控制程序接到调相压水命令后 ．由 于调相运行时机组需要在转轮上冠处 的止漏环和 转轮下环处 的止漏环投入润滑冷却水 【 ” ．需要打 开上下止漏环冷却水 电磁阀 为 了防止水环过厚 将导致机组振动加大．温度上升 ．在调相压水时 打开消水环 电磁 阀同时发令打开主压气阀、补 气阀来实现压水 ．补气阀和压气阀根据尾水管水 位进行控制 第一次压水完成后 ．补气 阀根据尾水 管水位 高低信号来实现尾水水位保持的功能 ．为了防止 尾水位测量故障造成补气过度 ．程序设计 一个 固 定延时 。当补气阀打开 3 0 s ．尾水水位低信号未 能收到 ．则程序 中止补气 ．并发送调相压水故障 信号。 充气压水完成后 ．机组根据工况转换 条件发 吉林水利 可编程控制器在调相压水控制系统中的应用 杨秀伟 2 0 1 3年 0 2月 图 3 调相压水程序框 图 图 4调相压水启动流 程图 送充气压水结束命令 。停止流程如图 5 。充气压 水停 止时 ，首先关 闭增压阀 ，补气 阀，压气 阀， 上下止漏环 电磁 阀和消水环电磁阀 ，同时 ，打开 图 5调 相压 水 停 止 流 程 图 气阀和蜗壳阀，延时关 闭。 L C U可根据机组实际运行要求远方开关排气 ．且具有优先 权 。蜗壳排气 阀又称蜗壳 平压 ．其作用是在机组调相运行时将转轮室 内通过 叶间隙逸向蜗壳 的高压气排到下库 ．当机组转 水时蜗壳内就无大量气体 ．保证机组转抽水 的 定性 结语 调相运行 是抽水 蓄能机组 一个 重要 运行 工 ．用可编程控制器可实现调相压水控制系统的 自动控制 ，且运行稳定 ，性能 良好 ，可为抽水蓄 能机组调相压水的流程设计提供借鉴。口 参考文献 [ 1 1韦应发． 水轮 机调相压 水过程 分析及 其水伍 测量 【 J j． 通 用 电 气 ．2 0 0 9 1 ． 一 2 9．_