基于PLC控制的水電站輔助設備控制系統技術改造

摘要：隨著計算機技術的高速發展，各種計算機技術在水電站綜合自動化控制方面得到了很大的應用。其中可編程邏輯控制器PLC在控制方面有著得天獨厚的優勢，因此在水電站機電設備控制領域有非常廣闊的應用空間。本文主要對PLC在水電站輔助設備控制系統的技術改造進行了初步的探討。

關鍵詞：PLC；水電站；輔助設備控制系統

可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）是一種新型的專門為工業控制而設計的數字運算操作的自動控制裝置，它將傳統的繼電器控制技術、計算機技術和通信技術融為一體，具有功能強、通用性好、靈活、可靠性高、環境適應性好、編程簡單、使用和維護方便，以及體積小、重量輕、功耗低等一系列優點，因此被廣泛應用于水電站機電設備控制領域。PLC為水電站的安全經濟運行帶來了保障，為電站實現“無人值班、少人職守”奠定了良好的基礎。下文主要闡述PLC在水電站輔助設備控制系統技術改造中的應用。

1、PLC 的工作原理

第一階段，輸入處理階段。在這一階段，可編程邏輯控制器用掃描的方式來讀取采樣數據，并將這些數據存儲于輸入映像寄存器中所對應的單元。在這過程中，即使輸入的數據狀態發生了變化，輸入映像寄存器中的處理單元所接收的數據也不會被改變，直到下一個掃描周期到來，才進行輸入采樣，重新進入可輸入狀態。

第二階段，程序處理階段。在用戶程序執行的過程中，可編程邏輯控制器的執行順序總是自上而下地對用戶程序進行掃描，在掃描的過程中，按照固定的順序和路線進行運算，其中掃描順序也是由左至右、自上而下，從0步開始順序運算，得出運算結果并將該結果寫入映像寄存器中，最終確定是否執行用戶程序中的處理指令。

第三階段，輸出處理階段。在全部程序執行完畢，輸出映像器中的輸出繼電器的通斷狀態轉存到輸出鎖存器中，成為PLC的輸出，驅動外部負載。這一階段中的輸出，才是可編程邏輯控制器所要完成的真正任務。

2、PLC 在油壓裝置控制中的應用

2.1 油壓裝置控制系統的基本要求

油壓裝置是水電站不可缺少的重要輔助設備，它產生并貯存高壓油，供機組操作之用，是機組起動、停止、調整負荷等操作的動力，不論機組是處于運行還是停機狀態，油壓裝置都應處于準備狀態，當有一臺油泵發生故障時，一定要能起動備用油泵，并及時發出故障信號，便于檢查和維修，并且要求2臺泵都能夠互為主備用，確保機組安全。

2.2 傳統的油壓裝置控制系統的不足

傳統的有觸點控制線路需要大量的中間繼電器，回路也需要許多閉鎖條件，導致接線復雜化、可靠性差，時常發生中間繼電器線圈燒毀、壓力接點和中間繼電器觸點粘連燒毀，甚至發生燒毀電動機等事故，導致整個系統基本不能自動和安全運行。原因有以下幾點：

（1）圖1是改造前油壓裝置油泵電動機操作結線圖，采用直流220V或交流380V強電控制是造成中間繼電器觸點、壓力接點粘連燒毀的主要原因。

（2）輪換中間繼電器1（2）ZJ長期帶電（交流380V）是造成繼電器線圈燒毀的主要原因。

（3）當主用泵起動時，如果輪換到的主用泵剛好有故障，不能馬上起動備用泵，而要等到備用起動線路來起動備用泵，并且故障油泵不能發出故障信號。

（4）電動機主回路保護過于簡單，熱繼電器只能保護過流，不能很好地保護缺相運行的電動機。而實際運行中，大部分電動機燒毀都因缺相所引起。縱使更換了交流固態控制器，雖然在起動過流、運行過流、過電壓等保護方面有比較可靠的作用，但對電動機的缺相保護仍然存在著問題。

（5）不能隨時或及時遠方起動油壓裝置的油泵。

圖 1 傳統的油壓裝置油泵電動機操作結線

2. 3 對傳統油壓裝置控制系統的改造

針對傳統油壓裝置控制系統中存在的問題，我站在前年冬修期間，對傳統油壓裝置控制系統進行了改造，并取得了滿意的效果。改進有以下幾點：

（1）圖2是改造后的油壓裝置油泵電動機操作結線圖，將以前直流220V或交流380V強電控制改為直流24V弱電控制，有效地解決了壓力接點輔助觸頭粘連和燒毀的情況。

（2）將傳統有觸點油壓裝置控制改為PLC（GE90-30）無觸點可編程邏輯控制器控制，減少了中間繼電器所引起的各種故障。例如：

如圖1所示，以前在油壓正常的情況下，當輪換中間繼電器1（ 2）ZJ的（4、12）這對常閉觸頭接觸不好或者誤動作時，很容易造成2個輪換中間繼電器頻繁跳動，嚴重影響到油泵的正常起動，而且頻繁的跳動，也無法保證油泵的正常運轉。

圖 2 改造后的油壓裝置油泵電動機操作結線

（3）從圖3可以看到，例如： 當輪換到1號泵起動時（%Q0033動作），恰遇該油泵發出故障報警信號，即輸入量（%I0031）已動作，可以通過定時器（TMR）延時3S之后，起動中間變量%M0601，馬上起動2號泵而無需等到備用泵起動時，才起動2號泵，并發出1號泵故障信號。此方法解決了以前在主用泵起動時，由于油泵自身或者交流固態控制器或交流接觸器有問題時，一定要等到備用泵動作，才能夠保證油壓。如果此時正好遇到線路跳閘甩負荷，這樣就會因用油量消耗過大而造成事故低油壓停機，使得機組無法帶上廠用電，嚴重威脅電站運行安全。因為在雷雨天，我站經常會在1天內出現多次跳閘，確實碰到過這種緊急情況，所以改造后徹底消除了這個安全隱患。

圖3 油壓裝置控制流程

（4） 在電動機主回路中，采取（圖2）在交流固態控制器或交流接觸器三相輸出電源之間，加裝4個380 V、5 A的繼電器，每臺油泵各2個，將其常開觸點1ZJ（1， 4）、2ZJ（1，4）或 3ZJ（1，4）、4ZJ（1，4）串聯起來， 作為油泵運行狀態的輸入量（%I0080， %I0081） 引入PLC （圖3） ，如果%Q0033或%Q0034已動作，而%I0080或%I0081未動作，通過延時5S，起動中間變量（%M0494或%M0495）來跳開%Q0033或% Q0034，起到了可靠保護電動機缺相運行的問題。

（5） 在上位機畫面做出起動按鈕通過%M1077、%M1078、%M1079、%M1080 來實現遠方控制，隨時或及時保證油壓。

（6） 引用壓力變送器（模擬量）實現上位機可以觀察實時壓力值，并增加模擬量與開關量并列的報警，實現遠方監視。

3、PLC可編程邏輯控制器的優點

（1） 利用成熟的 PLC技術取消了常規的中間繼電器和時間繼電器，即減少故障點，大大簡化了接線，而且功能更強，可靠性更高。

（2） 實現自動輪換（主、備用泵輪換）。

（3） 用戶可以根據需要方便地改寫這些軟件，并重新存入可編程邏輯控制器的相應存儲器中，從而實現更改操作規則（即控制程序）的目的。

（4） 無觸點接觸，克服了有觸點接觸可靠性差，以及由固定接線所導致的通用性、靈活性差，維修不方便等問題。

4、結束語

目前上述改造已在本站安全可靠地運行了1年多，自投入運行以來，再也沒有出現因繼電器觸頭或壓力接點的粘連，而燒毀電動機的現象。整個油壓裝置控制系統運行可靠，為電站的安全運行做出了貢獻。

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