中小型水电厂调速器油压装置的自动控制
凌 霄,蔡 波
(国网电力科学研究院/南京南瑞集团公司,江苏省南京市210003)
摘要:调速器油压装置是水电厂重要的辅助设备之一,中小型水电厂一般采用可编程逻辑控制器(PLC)对其进行数据采集和控制。从控制原理、主要功能、运行模式等方面介绍了当前较为典型和普遍的2种PLC 控制方式:一种是节约成本、控制内容简单的机组现地控制单元(LCU )直接控制模式;另一种是控制内容复杂、可靠性高的辅机LCU 控制模式。总结了这2种控制方式在实际应用中应注意的问题。
关键词:水电厂;调速器油压装置;PLC;控制方式
收稿日期:2009 07 04;修回日期:2009 10 10。
0 引言
调速器油压装置是水电厂重要的辅助设备之一,为机组启停、调整负荷以及液压操作设备提供操作能源。对调速器油压装置实现自动启停控制,是水电厂实现 无人值班 (少人值守)目标的重要一环。
随着水电厂自动化技术的进步和控制观念的更新,国内越来越多的中小型水电厂现地控制单元(LCU )采用可编程逻辑控制器(PLC),对调速器油压装置进行数据采集,实现状态控制及事故报警功能。对调速器油压装置的控制,根据各电厂的具体情况和设计布局,既可以作为机组LCU 的PLC 程序的组成部分进行控制,也可以设置独立的辅机LCU ,给调速器油压控制配备专门的PLC 和相应的辅助设施。本文对这2种控制方式进行举例说明。
1 机组LCU 控制方式
调速器油压装置的机组LCU 控制方式在小型水电厂的应用相当广泛,这种控制方式主要采集表示油压装置状态的开关量信号和模拟量信号,并在机组LCU 的PLC 程序中根据流程图实施相应控制。其主要优点在于节约设备成本,控制简单可靠。1.1 主要控制原理
作为重要的辅机设备,油压装置在发电过程中必须保持正常运行,同时满足实时监控、实时报警、
事故快速动作的要求[1]
,所以必须依靠在PLC 主程序中循环扫描油压装置控制子程序的方式来缩短PLC 对油压装置的监控周期,同时,油压装置的故障与事故信息应作为重要的事件顺序记录(SOE)
量,放在定时中断子程序中以毫秒级的分辨率给予处理。
图1是一个典型的油泵控制流程,主要通过对调速器油压变化的监控进行相应的控制,基本控制模式为:在判断没有故障和事故信号量的前提下,根据油压给定值与当前值(4mA~20mA 模拟量)的比较,
动作相应的开出量。
图1 油泵控制流程
1.2 控制中需注意的要点
在PLC 控制过程中,依据PLC 本身的逻辑特性和油压装置自身的运行特点,为了使控制系统安全可靠运行,需要注意以下几点:
1)在子程序中使用的寄存器和定时器,必须在初始化和控制过程结束之后按照要求清零或者置相应的值;同时,这些内部地址不得在PLC 程序的其他地方重复使用,以免导致不可预料的控制结果[2]。例如:假设当油压降低到油泵启动油压a 值时油泵开始补油,如果持续补油t 时间后油压已正常,但信号依然没有反馈,那么程序应当自动停止补油以免发生意外;此时如果计时t 所用寄存器被程序其他地方调用,在t 时间内被清零,那么就无法停止补油,可能会造成严重事故。
2)由于开出继电器、限位开关、压力变送器、补油阀等元器件本身的问题会导致控制失效和信号误动作的情况出现,因此必须在PLC 程序中对此进行
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容错性编程,即在控制命令发出后必须以反馈信号出现为执行下一个控制步骤的前提条件,并且在每个控制环节都设置控制失败后跳出并报错的功能,以免造成程序死循环的情况。
3)确定油压装置控制子程序的运行优先级和投退条件。虽然在PLC 程序循环运行过程中需要周期性扫描油压控制程序以保证控制的实时性,但必须有充分必要的条件判断作为执行控制前的闭锁条件。比如当控制启动信号出现时,必须检查各种事故信号是否已复归,是否没有异常情况,确认无误后再执行相应的控制流程;同时,在执行流程的过程中如果出现紧急停机或者事故停机信号,应当设置相应的程序强行退出,保证尽量快速、安全地进入紧急停机或事故停机流程。1.3 常见问题和解决方法
1)依靠调速器油压模拟量进行启泵、停泵等控制时,要有合理的模拟量设定值作为判断标准。在实际调试过程中,由于缺乏经验或者其他因素造成不合理的设定值,会引起油泵频繁动作等,对于电子
元器件和电厂安全运行将产生不利影响[3]
。因此,应选择合适的、动作准确的压力控制器,其动作应按油压装置生产厂和GB/T 8564的规定进行整定。
2)由于调速器油压装置启停比较频繁,所以应在日常运行中注意定期检查负责开出的继电器是否
正常,并及时更换损坏的继电器[4],避免因为控制命令无法顺利到达油压装置而造成事故。
3)为了延长调速器油压装置的正常使用时间,应建立定时或者按次油泵主备切换机制,并能在主泵故障的情况下自动启动备泵。
2 辅机LC U 控制方式
辅机LCU 控制调速器油压装置自动运行方式的突出优点是:可靠性高、控制功能较强,可以适应对调速器油压装置比较复杂的控制要求。用独立的PLC 采集和处理调速器油压装置的有关数据(包括数字输入输出量、模拟量等),通过独立的通信方式直接上送给上位机,可以监控更多的数据信息,完成更多的控制功能,从而提高整个电厂的自动化程度。2.1 主要控制原理
辅机LCU 由于具有独立的供电装置、PLC 和各种开关(必要时还可以配合软启动等辅助设备),形成了一套采集数据量大、可靠性高且控制功能复杂的监控系统。一般,独立的辅机LCU 对调速器油压装置的控制主要具备以下功能:按照客户的要求进行手动/自动、主泵/备泵的自动切换,自动补油(补气),自动执行启泵流程,自动执行停泵(事故停
泵)流程[5]
。图2为比较典型的辅机LCU 控制油压
装置的自动化配置。
图2 油压装置自动化元件配置
2.2 辅机LCU 控制要点和常见问题
1)独立辅机LCU 控制的调速器油压装置一般具有相对完整的控制要求,并且考虑到程序的可靠性和容错性,必须增加许多闭锁条件控制,因此,中间变量的使用十分必要。例如:程序使用N 1个开入量状态通过一定的 与 、 或 逻辑判断,确定中间变量M 1的状态;使用N 2个开入量状态通过一定的 与 、 或 逻辑判断,确定中间变量M 2的状态;同时,M 1和M 2之间须互为闭锁或者通过一定的逻辑方式控制LCU 的开出动作,因而形成了较复杂的
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