水力发电机组轴承过热保护PLC的程序设计

本文通过对西津水力发电厂机组轴承过热保护PLC程序设计的分析，充分了解和掌握程序设计的思路，对水电厂机组的安全维护具有现实的意义。

西津水电厂属于低水头河床式水电站，从20世纪90年代开始，逐步将历史经验沉淀的机组自动化信号元件配置改造成为具有现代高技术含量的计算机监控系统。在技术改造过程中，将几十年积累的经验与现代高技术相结合，在现地控制单元PLC程序设计中，形成一套比较完善的机组自动化控制程序。

水力机械事故保护程序是PLC程序设计重要模块，其中机组轴承过热保护是关键。水力发电机组的上导、推力、下导和水导轴承，均改造为塑料轴瓦。发信采样点数分别为上导2点、推力4点、下导2点和水导2点，温度升高报警值为55ºC，温度过高事故停机值为65 ºC。各测点的PLC编程都是类似的，为了避免重复，下面仅对典型的推力轴承过热保护PLC程序设计作简要分析。

PLC硬件、软件配置

PLC采用美国通用电气的GE90-70系列，通过通讯模块直接上以太网；感温元件采用PT100铂电阻。PLC编程软件使用GE公司开发的windows平台下的Proficy Machine Edition V5.60。

在编程前，根据现场设备确定开关量（包含中断量、输入和输出量）、模拟量和RTD量等外围信号的点数，先完成硬件配置，接下来就是统筹考虑，分配各功能模块的软元件，对每个软元件定义别名，并做一些简要的描述。做好了前期定义配置工作，就可以根据用户的应用流程进行PLC编程。表1仅为推力轴承RTD第一点过热保护设计所需要的软元件定义分配表，为便于阅读，已对原程序的软元件的定义作了适当的修改。

表1

PT100断线和阻值突变检测设计

PT100感温信号经过屏蔽电缆引至现地控制单元（LCU）的RTD模块，其回路中间可能经过部分端子转接。PT100在机组的长期运行过程中，信号回路有可能出现开路或接触不良，阻值出现很大或突变现象。为此，在编程时，必须首先考虑如何检测这些不正常的情况，避免温度保护误动，引发事故停机。具体编程思路见图1。

图1

对于1 Rung :PLC在扫描过程中，先判断AI0001的数值是否-1200~1200（1位小数点，以下同）之间，在这个区间外，就可以判断PT100断线，中间变量M01000线圈失能，“PT100故障”光字牌点亮，信号上送报警；如果AI0001的数值在这个区间内，则判断PT100不断线，中间变量M01000线圈使能，开接点接通。

对于2 Rung : M03000为通道故障，在其他模块定义。首先在PT100不断线的情况下，M01000开接点接通，经过定时器15s，M01001线圈瞬间接通又由于回路中串有自身闭接点而断开，同时AI0001的数值写入变量R02000中。

下一次扫描，在通道不故障的情况下，M03000开接点接通，判断AI0001与R02000的差值是否在-50~50，若在这个区间内，说明轴瓦温度在正常范围内递增或递减，没有出现突变现象，M01001线圈使能，AI0001的数值再次写入变量R02000中，为后续回路做准备。

温度升高和过高检测处理设计

在判断PT100正常的条件下，下一步就是进行温度升高和过高检测处理设计。这一步设计的指导思想是，温度升高仅发信，引起运行人员的注意，温度过高应在温度升高的基础上判断，并设置一个迂回值，防止在临界点抖动；停机开出驱动两两串接（即1和2、2和3、3和4，4和1），以提高判断的准确性和可靠性，防止误动。根据这个设计思想，具体编程思路见图2。

图2

对于3 Rung : 在PT100正常的条件下，M01001开接点接通。如果AI0001的数值超过550时，M01002线圈使能，点亮“推力轴承温度升高”光字牌，并上送故障信号；同理，在温度升高的基础上，如果AI0001的数值超过650时，M01003线圈使能，点亮“推力轴承温度过高”光字牌，并上送该点事故信号，而另一支路为嵌位回路，AI0001的数值在645~710时，M01003线圈一直使能，防止M01003抖动。

对于4 Rung : 在PT100正常的条件下，如果第一、二点RTD测温均超过65 ºC，并经定时器8s后，Q01000线圈使能,程序认为机组推力轴瓦温度过高，则由后面的回路驱动出口事故停机。推力轴瓦RTD 测点共有四点，每相邻两点两两串接，形成四条支路并联驱动Q01000。

开关量和光字牌输出设计

为保证机组的安全，PT100故障、轴瓦温度升高应发信，轴瓦温度过高必须发信并驱动出口事故停机。各点信号均点亮相应的光字牌，所有信息应上送上位机。事故出口回路一般设有压板和事故复归按钮，方便运行人员投切保护回路或事故解除后复归保护回路和信号。具体编程思路见图3。

图3

对于5 Rung : Q01000开接点经过轴承过热压板I00101驱动Q01001、Q01002，Q01001开接点与事故复归按钮I00100串联作为自保持回路。由Q01001驱动开出继电器，外围操作回路事故电磁阀1DPK动作，机组事故停机。事故解除后，Q01000复归，可由运行人员按下事故复归按钮，I00100闭接点断开一下，Q01001、Q01002线圈失能，再由其他回路驱动外围操作回路复归事故电磁阀1DPK。

对于6 Rung、7 Rung、8 Rung：这三步均为相应的光字牌点亮回路。由M01000闭接点驱动Q01003，点亮“PT100故障”光字牌；由M01002开接点驱动Q01004，点亮“推力轴承温度升高”光字牌；由M01003开接点驱动Q01005，点亮“推力轴承温度过高”光字牌。所有信息应上送上位机报警。

经验总结

西津水电厂机组自动化经过技术改造后，几十年的运行维护经验在高技术的光环下大放光彩，凸显了勃勃生机。完善成熟的机组PLC控制程序是计算机监控系统最重要的应用程序之一，经过十几年运行实践证明，西津水电厂机组PLC控制程序是安全可靠的，特别是水机事故保护并没有出现过因PLC编程而误动的现象。

（摘编自《电气技术》，原文标题为“水力发电机组轴承过热保护PLC程序设计分析”，作者为杨献。）

水利自动化系统可搭配我们PLC

水利自动化系统是一个综合性的供水信息管理平台，能够对水泵站、水源井、自来水厂、加压泵站、供水管网等供水单元纳入全方位的监控和管理系统中，有助于我们使用上干净方便的自来水。

这么多的供水单元，还要统一的监控和管理，如果单凭人力肯定是做不到的，我们需要高性能的PLC来应对。一台高性能的PLC，集成的各类IO数量众多，CPU运算速度快，可长时间稳定的处理数据。如果想要扩展PLC的控制范围，还应该考虑到总线连接以及IO耦合器的问题。

我们家的PLC支持codesys编程，可以通过CANopen以及modbus总线通讯，可以扩展IO接口，能够应用到水利自动化系统中，欢迎前来咨询。

相关问答

plc在农业上的应用有哪些?

在工业控制领域,只要是需要用到逻辑控制的设备上,都可以用PLC来实现。比如冶金,塑料,木工,水处理,化工,石油,建材,电力,家电等等,几乎所有领域,只要...就这个图...

PLC在工业控制中的应用主要有哪些方面?

PLC全名是可编程逻辑控制器的英文简称,在台湾地区简称为“可程器”,根据名称它的作用主要是用来实现工业上的逻辑控制。早期自动化分为工业电气自动化,自动控...

河南PLC控制柜在污水处理中的作用有哪些想知道

[回答]水是生命之源,水资源对于我们来说弥足珍贵,因此我们要保证水的质量,同时也得考虑水资源的节约,PLC污水控制柜能够满足集中管理、分散控制、数据共享...

谁能给我说一下 山东微灌工程中砂石过滤器的使用？

[回答]砂石过滤器应用于微灌工程中,既能前进微灌的农业质量,又能确保微灌设备的完好性及杰出的运用性,削减作物的病虫害发生,有利于农业的稳产、增产。过...

郑州PLC控制柜在污水处理中的作用有哪些

[回答]plc污水控制柜的功能特点有:1、能够更好地处理污水,提升效率;2、能耗低;3、自动化水平高,降低了运行成本;4、可以远程操控,不用现场看守,提高了工作...

电气自动化基础知识有哪些-Fengyejiao的回答-懂得

电工基础、模电/数电、低压电器、PLC、单片机,我在学校学的就是这些。电力行业,电气工程及其自动化专业名词解释:1、三相交流电:由三个频率相同、...

电力大学就业方向?

电力相关专业,主要有机电一体化,电气工程及其自动化,电力工程与管理,热能与动力工程,水利水电工程等等。各专业就业方向如下:1.机电一体化。该专业,主要...

求指教！！农业自动化灌溉系统都涉及到哪些方面？，自动化灌...

[回答]伸强度低,耐压差,刚性差,成型加工时尺寸稳定性差,并且连接困难,不适宜作为给水压力管的材料。控制器具有断电保护功能,农户在使用时,如果...控制器...

DTU和RTU有什么区别?

RTU产品在石油天然气、水利、电力调度、市政调度等行业SCADA系统中广泛应用。7、数据传输单元DTU(DataTransferunit),是专门用于将串口数据转换为IP数据或将...

在线的各位知道吗，PLC柜在污水处理中的作用有哪些

[回答]水是生命之源,水资源对于我们来说弥足珍贵,因此我们要保证水的质量,同时也得考虑水资源的节约,PLC污水控制柜能够满足集中管理、分散控制、数据共享...