[摘 要] 本文設(shè)計(jì)了水電廠油壓裝置PLC控制系統(tǒng)并編制了控制程序。 [關(guān)鍵詞] 油壓裝置自動化 PLC SWAP指令 Abstract This paper introduces that design’s course of PLC cortrol system about the automaticized device of compressive oilcan of waterpower plant and writed the control program. Key Words: the automaticized device of compressive oilcan PLC the SWAP instruction １．油壓裝置自動化的必要性與控制要求 　　油壓裝置在水電廠是重要的水力機(jī)械輔助設(shè)備，其作用是產(chǎn)生并貯存高壓油，是機(jī)組啟動、停止、調(diào)節(jié)出力之能源；若水輪機(jī)蝸殼進(jìn)口之前設(shè)有蝴蝶閥，也是其操作能源；壓力油槽油壓事故降低時(shí)水輪發(fā)電機(jī)組將危險(xiǎn)地失控，應(yīng)有防護(hù)措施。油壓裝置的特別重要性與現(xiàn)代化滾滾洪流決定了油壓裝置用高新技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動化的必要性。 油壓裝置自動化，應(yīng)滿足下列要求； 　?、偎啓C(jī)組在正常運(yùn)行或在事故情況下，均應(yīng)保證有足夠的壓力油量供機(jī)組及蝴蝶閥操作之用，應(yīng)考慮在廠用電消失時(shí)有一定能源儲備。此要求可通過選擇足夠的壓油槽容積與適當(dāng)?shù)目刂瞥绦騺斫鉀Q。 　?、诓徽撍C(jī)組處于運(yùn)行還是停機(jī)狀態(tài)，油壓裝置均應(yīng)處于準(zhǔn)備工作狀態(tài)，亦即油壓裝置的自動控制是獨(dú)立進(jìn)行的，是由本身?xiàng)l件――壓油槽中油壓信號來實(shí)現(xiàn)自動化的。 　?、墼谒C(jī)組操作過程中，油壓裝置的投入是自動進(jìn)行的，不需值班人員的參與。具體地說，當(dāng)壓油槽油壓下限(例如3.75MPa)時(shí)，啟動工作鏍桿油泵補(bǔ)油，壓力提升至油壓額定值(例如4.00MPa)時(shí)停止工作油泵。 　　④油壓裝置應(yīng)設(shè)有用的油泵電動機(jī)組，當(dāng)工作鏍桿油泵發(fā)生故障或者操作用油量急劇增長而造成壓油槽油壓過低(例如3.60MPa)時(shí)，啟動備用鏍桿油泵補(bǔ)油，壓力提升至油壓額定值(例如4.00MPa)時(shí)停止備用油泵，壓油槽油壓過低要備用油泵投入時(shí)應(yīng)發(fā)出報(bào)警信號。 　　⑤當(dāng)油壓裝置發(fā)生各種罕見故障而造成壓油槽油壓下降至事故低油壓(例如2.70MPa)時(shí)，應(yīng)迫使水輪發(fā)電機(jī)組事故停機(jī)，事故停機(jī)時(shí)應(yīng)發(fā)出報(bào)警信號（在主機(jī)控制程序中也應(yīng)考慮）。注意這里啟動主機(jī)事故停機(jī)之壓油槽事故低油壓值的整定應(yīng)比可操作水輪機(jī)組的最小油壓值大出一定量值，確保水輪機(jī)導(dǎo)葉在油壓“崩潰”前能夠全關(guān)，另外負(fù)曲率導(dǎo)葉的采用有利于這一問題的改善。 　?、抻蛪貉b置壓油槽應(yīng)選擇合適的油氣體積比Ｋ，經(jīng)驗(yàn)證明一般?。薄茫玻@是因?yàn)椋酥荡髸r(shí)，由于操作放出等體積的油量后會造成壓油槽油壓更大的下降：今設(shè)壓油槽容積為Ｖ，其中油占ＫＶ/（１＋Ｋ）；氣體占Ｖ/（１＋Ｋ），又設(shè)P、（P-ΔP）是放出ΔV體積油量前后的壓油槽油壓，代入玻意耳定律得：PＶ/（１＋Ｋ）＝（P-ΔP）[Ｖ/（１＋Ｋ）+ΔV]，從而ΔP=PΔV／［Ｖ/（１＋Ｋ）+ΔV]，顯然K越大，ΔP將越大。另一方面，K太小，將沒有足夠的壓力油量，此處可結(jié)合第①點(diǎn)考慮。在油壓裝置運(yùn)行中，由于微量氣體不斷地“溶”于油中，較長時(shí)間后會造成K值增大，為此我們應(yīng)引用高壓空氣自動實(shí)行缺失補(bǔ)氣(為相對“干燥”故，可考慮多級壓力供氣)。具體地說，當(dāng)壓力油槽油位上升至34%刻度并且油壓下降至3.95 MPa時(shí)，打開可控氣閥向壓油槽補(bǔ)氣；當(dāng)油壓上升至4.05 MPa、或者壓力油槽油位降至31%刻度時(shí)關(guān)閉可控氣閥停止補(bǔ)氣。 　?、摺把a(bǔ)油”與“補(bǔ)氣”兩個(gè)進(jìn)程互相聯(lián)鎖，即“補(bǔ)油”時(shí)不“補(bǔ)氣”；“補(bǔ)氣”時(shí)不“補(bǔ)油”。 　?、酁槭沟谩肮ぷ饔捅谩?、“備用油泵”的總運(yùn)行時(shí)間不致相差懸殊，引入“輪崗”思想，考慮工作油泵運(yùn)行次數(shù)多于備用油泵運(yùn)行次數(shù)達(dá)88次后輪換“工作油泵”與“備用油泵”的角色，此可巧妙利用西門子SWAP指令實(shí)現(xiàn)。 ２．可編程控制器控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 　　可編程控制器簡稱PLC（Programmable Logic Controller）經(jīng)過世界各國近40年的發(fā)展與完善，已成為最重要、最可靠、應(yīng)用場合最廣泛的工業(yè)控制微型計(jì)算機(jī)。它是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)；它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、記數(shù)和算術(shù)操作等面向用戶的指令；并通過數(shù)字式或模擬式輸入／輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。PLC具有諸多優(yōu)點(diǎn)：（1）可靠性高；（2）編程方便、易于使用；（3）控制功能極強(qiáng)，除基本的邏輯控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)、算術(shù)運(yùn)算等功能外，配合特殊功能模塊還可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)位控制、PID運(yùn)算、過程控制、數(shù)字控制等功能，為方便工廠管理又可以與上位機(jī)通信，通過遠(yuǎn)程模塊可以控制遠(yuǎn)方設(shè)備。（4）的擴(kuò)展及與外部聯(lián)接極為方便。基于此，我們用PLC控制水電廠油壓裝置，西門子（中國）有限公司參與了三峽工程一些重要的子項(xiàng)目：如左岸發(fā)電站6臺發(fā)電機(jī)和水輪機(jī)組勵磁調(diào)速裝置和50萬伏主變壓器，其中西門子（中國）有限公司自動化與驅(qū)動部與國內(nèi)系統(tǒng)集成商和設(shè)備制造商合作，參與了臨時(shí)船閘、永久船閘、大壩和電站廠房二期工程中的液壓啟閉機(jī)現(xiàn)地控制站和部分門橋機(jī)以及左岸電站廠房、泄洪壩段和永久船閘低壓配電系統(tǒng)等項(xiàng)目，西門子（中國）有限公司提供了先進(jìn)、安全、可靠的技術(shù)和控制設(shè)備，包括復(fù)雜的雙線永久船閘控制系統(tǒng)自2003年6月投入以來，一直運(yùn)行正常，從未發(fā)生過任何系統(tǒng)控制上的問題，充分體現(xiàn)了西門子高級控制系統(tǒng)的高質(zhì)量、高可靠性和高穩(wěn)定性[1]，在此我們選用西門子PLC。 　　系統(tǒng)控制兩臺補(bǔ)油鏍桿油泵電動機(jī)組（一臺工作一臺備用）、一只補(bǔ)氣電磁閥(其ZT電磁鐵有開啟和關(guān)閉兩個(gè)線圈，可不帶電工作)、一只油壓過低報(bào)警指示燈、一只油壓事故低報(bào)警指示燈。系統(tǒng)有1個(gè)壓油槽油壓測量輸入點(diǎn)（模擬量輸入）、1個(gè)壓油槽油位測量輸入點(diǎn)（模擬量輸入）、1個(gè)啟動按鈕SB1的輸入（開關(guān)量）、1個(gè)停止按鈕SB2的輸入（開關(guān)量）；2個(gè)補(bǔ)油油泵電動機(jī)組的輸出（開關(guān)量）、１個(gè)補(bǔ)氣電磁閥開啟線圈的輸出（開關(guān)量）、１個(gè)補(bǔ)氣電磁閥關(guān)閉線圈的輸出（開關(guān)量）、１個(gè)油壓過低報(bào)警指示燈的輸出（開關(guān)量）、１個(gè)油壓事故低報(bào)警指示燈的輸出（開關(guān)量）。合計(jì)整個(gè)系統(tǒng)需要開關(guān)量輸入2點(diǎn)，開關(guān)量輸出6點(diǎn)，模擬量輸入２點(diǎn)。 　　從下表1[2]中可找出滿足我們要求的型號，即選擇CPU222主機(jī)（８點(diǎn)開關(guān)量輸入/６點(diǎn)開關(guān)量輸出，能向擴(kuò)展模塊提供的DC5V輸出電流是340mA，DC24V電源所提供的最大電流為400 mA）；參考表2[2]另選擇EM231模擬量輸入模塊（4路模擬量輸入，消耗DC5V電流為10 mA）一塊；再選擇國產(chǎn)AK-4型量程5Mpa、輸出信號4～20mA、輸出接口為RS485的壓力變送傳感器[3]２只（1只投入運(yùn)行1只作物理備用）及承壓油位傳感器1只(例如MSL-A隔離式液位變送器[3]采用進(jìn)口高品質(zhì)的隔離膜片的敏感組件加放大電路，輸出4～20mA二線制標(biāo)準(zhǔn)信號，封裝于不銹鋼外殼中)，共同組成硬件系統(tǒng)，傳感器的電源應(yīng)以不超載為原則作考慮，此處略敘。 表格 1 S7-200PLC中央處理單元參數(shù) 表格 2 S7-200PLC模擬量擴(kuò)展模塊參數(shù) 選擇好硬件以后我們可以來分配輸入輸出點(diǎn)地址(見表3)。 表格 3 S7-200PLC輸入輸出點(diǎn)地址分配 3．可編程控制器控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì) 　　3.1 當(dāng)測得壓力油罐壓力達(dá)到量程頂值5MPa時(shí)，AK-4型壓力變送器的電流為20mA，AIW0的數(shù)值約為32767。每毫安對應(yīng)的A/D值約為32767／20，測得壓力為0.1MPa時(shí)，AK-4型壓力變送器的電流應(yīng)為4mA，A/D值約為（32767／20）×4＝6553.4。被測壓力為0.1～5 MPa時(shí)，AIW0的對應(yīng)數(shù)值約為6553.4～32767，由此得出1KPa對應(yīng)的A/D值大約為（32767－6553.4）／（5000－100）＝5.35，由此得出AIW0的數(shù)值轉(zhuǎn)換為實(shí)際壓力值（單位為KPa）的計(jì)算公式為： VW0的值＝[（AIW0的值－6553）／535]*100＋100 （單位：KPa） 3.2 控制程序流程示意圖見圖1，此圖也可不繪。 3.3 由以上分析得出控制程序如下: LD Ｉ0.0 A SM0.1 MOVB 1，VB2000 MOVB 0，VB2001 LD Ｉ0.1 R Q0.0，2 ＝ Q0.3 LD SM0.1 MOVW 4050，VW4 MOVW 4000，VW6 MOVW 3950，VW8 MOVW 3750，VW10 MOVW 3600，VW12 MOVW 2700，VW14 MOVW 31%油位刻度值，VW18 MOVW 34%油位刻度值，VW20 LD SM0.0 MOVW AIW0，VW0 －I 6553，VW0 ／I 535，VW0 ＊I 100，VW0 ＋I(xiàn) 100，VW0 MOVW AIW2，VW2 LDW＜＝ VW0，VW10 ＝ M30.0 //要求“工作油泵”投入的標(biāo)志 LDW＜＝ VW0，VW12 ＝ M30.1 //要求“備用油泵”投入的標(biāo)志 LD M30.0 A V2000.0 AN Q0.2 ＝ Q0.0 //1#油泵作“工作油泵”投入 LD M30.1 A V2000.0 AN Q0.2 ＝ Q0.1 //2#油泵作“備用油泵”投入 LD M30.0 A V2001.0 AN Q0.2 ＝ Q0.1 //2#油泵作“工作油泵”投入 LD M30.1 A V2001.0 AN Q0.2 ＝ Q0.0 //1#油泵作“備用油泵”投入 LD M30.0 A V2000.0 LD M30.1 A V2000.0 LD V2001.0 CTUD C254，88 LD C254 SWAP VW2000 //VB200