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[摘要] 针对由普通继电器和接触器构成的油压装置系统在运行中存在的主要问题,结合某水电厂实际情况,提出了以可编程逻辑控制器( PLC) 和软启动器为核心的油压装置系统改造方案。本文主要是介绍了系统的基本配置和软、硬件设计。实践表明,该系统可靠性高、成本低、易于安装和维护，还可推广应用于水电厂其它辅机设备或其它领域的自动控制中。
[关键词]水电厂油压装置可编程逻辑控制器软启动器
中图分类号：TM622文献标识码： A
前言：
油压装置是水电厂重要的水力机械辅助设备,其作用是产生并贮存高压油,是机组启动、停止、调节出力的动力源。因此,无论水力机组处于运行或停机状态,必须保证油压装置处于正常的油压状态。在水电厂中,为了确保油压装置的自动投入,一般在压力油槽油罐上安装压力控制器,提供压力信号并控制油压。而该水电厂A厂机组油压装置的压力油泵电机采用常规继电器和接触器来控制,存在接线复杂、误动拒动、电机启动电流大等缺陷,严重影响电厂的安全运行。本文就是以该水电厂为例,介绍了采用可编程逻辑控制器（PLC）和软启动器改造油压装置的控制系统的设计方法。
1、控制原理及存在的问题
某水电厂分A厂和B厂，其中A厂共装设了四台45MW水轮发电机组，每台机组安装有两台22.5KW压力油泵电动机，且互为备用。当压油槽油罐油压低于下限2.35MPa 時,启动工作油泵;低于下下限2.30 MPa 时,启动备用油泵并发报警信号;达到正常油压2.50 MPa 则停泵。当油压装置发生各种罕见故障而造成压油槽油压下降至事故低油压1.6MPa 时,则应迫使水轮发电机组事故停机。其控制系统采用常规继电控制，这种控制二次接线复杂，维护工作量大，且可靠性不高，时常发生拒动误动、自动化程度水平低，不能满足电厂无人值班（少人值班）的要求。具体表现在：
1)由于压力油泵启动频繁,常规继电器触点经常烧坏,维护成本较高且维修工作量大。
2)只能人工手动定期切换2台油泵的自动和备用状态,增加了员工的劳动强度。
3)压力油泵全压启动，启动电流很大，对0.4KV厂用电系统冲击很大。首先，由于电动机功率较大并在厂用电负荷中占较大比重，起动时产生很大的冲击电流，造厂厂用电电压瞬时降低，影响其它厂用电其它负荷的正常运行。
设计中，为了能有效解决上述问题，提出了用PLC和软启动器来改造原有系统，以实现2 台油泵自动轮换、手自动随意控制、电机平缓启动、维护和检修方便等要求。
2、系统的硬件设计
整个油压装置系统主要由PLC 完成压力油罐压力数据的采集、判断以及对软启动器、电机的控制,系统结构如图1 所示。
图1
2.1 PLC 硬件设计
PLC 为整个油压装置控制系统的核心控制元件,我们选用的是施耐德公司生产的TSX Micro系列的3722101型可编程控制器，该系列PLC 采用模块化设计,可以根据实际应用的需要,自由添加模块。系统配置了一块CPU模块TSX3722101、一块开关量输入/输出模块TSXDMZ64DTK、一块模拟量输入/ 输出模块TSXAMZ600、一块通信模块 ,设计中考虑20%裕量,要求开关量输入信号21 路,实际32路、开关量输出17路,实际32路、模拟量输入1 路，实际2路、模拟量输出1路。
2.2 软启动器控制设计
软启动器是一种集电机软启动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置,采用三相反并联晶闸管作为调压器,接入电源与电动机定子间。我们选用施耐德电气公司的ATS 48D47Q型,这种型号的软启动器适用15KW以上的电机起动设备。
图2 为1 号压力油泵控制接线,2 号压力油泵控制亦相同。
图2
工作原理如下:PLC开出信号使中间继电器J1动作,其常开接点闭合,接触器KM11动作,其接点闭合；同时PLC发出命令使中间继电器J7动作，其常开接点闭合，软启动器启动,这时晶闸管的输出电压逐渐增加,电动机逐渐加速,直到晶闸管全导通,电动机工作在额定电压的机械特性上,实现平滑启动,降低启动电流,避免启动过流跳闸。待电动机达到额定转数时,启动过程结束,软启动的一副控制接点动作，使中间继电器J21动作，同时PLC发出命令使继电器J2动作，其常开接点动作，接触器KM12动作，软启动器接通旁路,取代已完成任务的晶闸管,为电动机正常运转提供额定电压,以降低晶闸管的热损耗,延长软启动器的使用寿命,提高其工作效率,同时使电网避免了谐波污染。此外,软启动器还具有过载、缺相、过热保护功能。
3、系统的软件设计
考虑到油压装置系统的重要性和安全性,因此我们采集了油压油压开关量信号2个，油压模拟量信号1个，油位模拟量信号1个。压力开关的作用主要是用来断控制回路的，而模拟量的信号主要是做为控制软启动器启动和停止依据的。PLC将采集的模拟量信号经PLC程序处理转换成实际的压力值,并将其作为控制判据，同时PLC又将其模拟量及一些开关信号，比如一些接触器运行的情况、软启动器运行状况等以通信的方式上送上位机，向运行人员提供相应的运行参数。本系统程序设计采用模块化、功能化结构,便于调试和扩展,主要由控制主程序、1号油泵正常起动子程序、2号油泵正常起动子程序、工作泵和备用泵轮换子程序等子程序组成,重点在于控制主程序和轮换判断程序,确保工作泵和备用泵的启/ 停及相互间的轮换。程序中,把2 台油泵的运行时间作为工作泵和备用泵轮换的判据,以七天为了一周期，自动进行主备用泵轮换；当然，如果这期间主泵存在故障，则自动将备用泵切换为主泵。图3 给出了主程序工作流程图
图3
从流程图我们可以看出，该程序采用模块化设计，每一个模块实现一个功能，这种方式就方便程序调试和日常维护。
4、改造后的运行情况
改造后的油压控制系统投入运行后，从运行情况看效果良好，很好的解决了原控制系统存在的的问题。表1对改造前后电动机电流情况进行了比较。
注：In为电动机额定电流
表1
技改后油压控制系统具有以下控制功能和特点：
a）能可靠的根据压力油罐气压高低和运行要求自动启动、停止油泵；
b）可以根据要求，对油压装置的运行方式进行灵活的手动和自动循环切换；
c）通过微处理技术来实现油泵电机的保护，这些保护包括有过载保护、欠载保护、缺相及电压不平衡保护等，当油泵电机有故障时能可靠的停泵并退出运行且报警；
d）油压装置的运行状态可以现场显示，同时通过通信方式实现智能控制系统和计算机监控系统的连接，加强了运行的监控系统；
e）外部接线及PLC编程简单，使用方便、可靠，减少了检修维护的工作量。
5、结束语
实践证明,以PLC、软启动器为核心设计的水电厂油压装置控制系统安全、可靠、使用方便,为电厂的安全运行提供了强有力的保障。这种控制模式的成功运用不仅可以用在其它机组辅机控制设备，还可以为其它自动化控制装置服务。
参考文献：
[1] 陈杰,朱俊,刘冉.基于现地控制单元的油压装置控制系统[J]. 水电厂自动化. 2010(01)
[2] 吴华,蔡军.ABB软启动器在电机控制系统中的应用[J]. 安装. 2010(07)
[关键词]水电厂油压装置可编程逻辑控制器软启动器
中图分类号：TM622文献标识码： A
前言：
油压装置是水电厂重要的水力机械辅助设备,其作用是产生并贮存高压油,是机组启动、停止、调节出力的动力源。因此,无论水力机组处于运行或停机状态,必须保证油压装置处于正常的油压状态。在水电厂中,为了确保油压装置的自动投入,一般在压力油槽油罐上安装压力控制器,提供压力信号并控制油压。而该水电厂A厂机组油压装置的压力油泵电机采用常规继电器和接触器来控制,存在接线复杂、误动拒动、电机启动电流大等缺陷,严重影响电厂的安全运行。本文就是以该水电厂为例,介绍了采用可编程逻辑控制器（PLC）和软启动器改造油压装置的控制系统的设计方法。
1、控制原理及存在的问题
某水电厂分A厂和B厂，其中A厂共装设了四台45MW水轮发电机组，每台机组安装有两台22.5KW压力油泵电动机，且互为备用。当压油槽油罐油压低于下限2.35MPa 時,启动工作油泵;低于下下限2.30 MPa 时,启动备用油泵并发报警信号;达到正常油压2.50 MPa 则停泵。当油压装置发生各种罕见故障而造成压油槽油压下降至事故低油压1.6MPa 时,则应迫使水轮发电机组事故停机。其控制系统采用常规继电控制，这种控制二次接线复杂，维护工作量大，且可靠性不高，时常发生拒动误动、自动化程度水平低，不能满足电厂无人值班（少人值班）的要求。具体表现在：
1)由于压力油泵启动频繁,常规继电器触点经常烧坏,维护成本较高且维修工作量大。
2)只能人工手动定期切换2台油泵的自动和备用状态,增加了员工的劳动强度。
3)压力油泵全压启动，启动电流很大，对0.4KV厂用电系统冲击很大。首先，由于电动机功率较大并在厂用电负荷中占较大比重，起动时产生很大的冲击电流，造厂厂用电电压瞬时降低，影响其它厂用电其它负荷的正常运行。
设计中，为了能有效解决上述问题，提出了用PLC和软启动器来改造原有系统，以实现2 台油泵自动轮换、手自动随意控制、电机平缓启动、维护和检修方便等要求。
2、系统的硬件设计
整个油压装置系统主要由PLC 完成压力油罐压力数据的采集、判断以及对软启动器、电机的控制,系统结构如图1 所示。
图1
2.1 PLC 硬件设计
PLC 为整个油压装置控制系统的核心控制元件,我们选用的是施耐德公司生产的TSX Micro系列的3722101型可编程控制器，该系列PLC 采用模块化设计,可以根据实际应用的需要,自由添加模块。系统配置了一块CPU模块TSX3722101、一块开关量输入/输出模块TSXDMZ64DTK、一块模拟量输入/ 输出模块TSXAMZ600、一块通信模块 ,设计中考虑20%裕量,要求开关量输入信号21 路,实际32路、开关量输出17路,实际32路、模拟量输入1 路，实际2路、模拟量输出1路。
2.2 软启动器控制设计
软启动器是一种集电机软启动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置,采用三相反并联晶闸管作为调压器,接入电源与电动机定子间。我们选用施耐德电气公司的ATS 48D47Q型,这种型号的软启动器适用15KW以上的电机起动设备。
图2 为1 号压力油泵控制接线,2 号压力油泵控制亦相同。
图2
工作原理如下:PLC开出信号使中间继电器J1动作,其常开接点闭合,接触器KM11动作,其接点闭合；同时PLC发出命令使中间继电器J7动作，其常开接点闭合，软启动器启动,这时晶闸管的输出电压逐渐增加,电动机逐渐加速,直到晶闸管全导通,电动机工作在额定电压的机械特性上,实现平滑启动,降低启动电流,避免启动过流跳闸。待电动机达到额定转数时,启动过程结束,软启动的一副控制接点动作，使中间继电器J21动作，同时PLC发出命令使继电器J2动作，其常开接点动作，接触器KM12动作，软启动器接通旁路,取代已完成任务的晶闸管,为电动机正常运转提供额定电压,以降低晶闸管的热损耗,延长软启动器的使用寿命,提高其工作效率,同时使电网避免了谐波污染。此外,软启动器还具有过载、缺相、过热保护功能。
3、系统的软件设计
考虑到油压装置系统的重要性和安全性,因此我们采集了油压油压开关量信号2个，油压模拟量信号1个，油位模拟量信号1个。压力开关的作用主要是用来断控制回路的，而模拟量的信号主要是做为控制软启动器启动和停止依据的。PLC将采集的模拟量信号经PLC程序处理转换成实际的压力值,并将其作为控制判据，同时PLC又将其模拟量及一些开关信号，比如一些接触器运行的情况、软启动器运行状况等以通信的方式上送上位机，向运行人员提供相应的运行参数。本系统程序设计采用模块化、功能化结构,便于调试和扩展,主要由控制主程序、1号油泵正常起动子程序、2号油泵正常起动子程序、工作泵和备用泵轮换子程序等子程序组成,重点在于控制主程序和轮换判断程序,确保工作泵和备用泵的启/ 停及相互间的轮换。程序中,把2 台油泵的运行时间作为工作泵和备用泵轮换的判据,以七天为了一周期，自动进行主备用泵轮换；当然，如果这期间主泵存在故障，则自动将备用泵切换为主泵。图3 给出了主程序工作流程图
图3
从流程图我们可以看出，该程序采用模块化设计，每一个模块实现一个功能，这种方式就方便程序调试和日常维护。
4、改造后的运行情况
改造后的油压控制系统投入运行后，从运行情况看效果良好，很好的解决了原控制系统存在的的问题。表1对改造前后电动机电流情况进行了比较。
注：In为电动机额定电流
表1
技改后油压控制系统具有以下控制功能和特点：
a）能可靠的根据压力油罐气压高低和运行要求自动启动、停止油泵；
b）可以根据要求，对油压装置的运行方式进行灵活的手动和自动循环切换；
c）通过微处理技术来实现油泵电机的保护，这些保护包括有过载保护、欠载保护、缺相及电压不平衡保护等，当油泵电机有故障时能可靠的停泵并退出运行且报警；
d）油压装置的运行状态可以现场显示，同时通过通信方式实现智能控制系统和计算机监控系统的连接，加强了运行的监控系统；
e）外部接线及PLC编程简单，使用方便、可靠，减少了检修维护的工作量。
5、结束语
实践证明,以PLC、软启动器为核心设计的水电厂油压装置控制系统安全、可靠、使用方便,为电厂的安全运行提供了强有力的保障。这种控制模式的成功运用不仅可以用在其它机组辅机控制设备，还可以为其它自动化控制装置服务。
参考文献：
[1] 陈杰,朱俊,刘冉.基于现地控制单元的油压装置控制系统[J]. 水电厂自动化. 2010(01)
[2] 吴华,蔡军.ABB软启动器在电机控制系统中的应用[J]. 安装. 2010(07)