智能工业PLC的水电站空压机控制系统的设计方案

空压机系统是水电站的必备设备， 其工作过程并不复杂， 但启动和停车过程有严格的要求。随着电子技术、 软件技术、 控制技术的迅速发展，PLC(可编程逻辑控制器)也迅速发展， 性能优越，与原继电器的控制电路相比具有较大优势。PLC具有高可靠性、 丰富的I/O接 口模块、 模块化结构、编程简单易学、安装维护方便等特点。随着水电站自动化水平的不断提高， 有必要对空压机工作过程采用 PLC全自动控制， 并在远程操作室设置监控和报警装置， 以实现现场无人值守和远程监控、 报警。

1、控制系统的总体要求

水电站空压机采用 P L C自动控制系统应满足如下要求 ：

(1)控制系统电源为交直流在线式切换，以保证 PLC数据处理和控制在异常情况时( 电源切换) 能可靠进行工作。
 
(2)高低压气机 PLC控制屏，以压力反馈作为判据实现现地 PLC自动启停空压机。

(3)控制系统应配有I/O模块、中央处理模块、通信模块、电源模块、模拟量模块等运行所需设备，全部模块均为固态插入式标准化结构组件，应符合工业控制级以上标准。
 
(4)必须满足电厂现场运行条件，具有高稳定性和抗干扰性能。

2、控制系统硬件设计
 
2、1 系统方案

根据电站空气压缩设备的技术要求，设计的控制系统结构如图l 所示。

2、2 控制系统的硬件配置

(1)TSX 3721 CPU模块。具有实时时钟，带20K字RAM、16K字备份Flash ROM，允许增加应用存储器容量，并可连接通讯模块，I/O点数最大可达248个。自带一个显示模块，可将控制、诊断和维护PLC及其模块所需的所有数据加以归类总结和显示，提供了一个简单的人机界面。
 
(2)TSXAEZ 一802模拟量模块。8个高精度多范围电流通道，每个输入可选择0～20mA或4-20mA的输入范围。模块使用稳态多路技术扫描输入通道(普通或快速)，以获取数值12位A/D转换。除了上述功能外，PLC处理器还可进行输入溢 出监控、测量值过滤。

(3)TSXDMZ- 28DT开关量模块。16路开关量输入，12路开关量输出，供电电源24VDC。
 
(4)传感器。温度传感器提供4～20mA电流信号、量程范围为0 ～120 ％。压力传感器采用MPM/MDM580系列电子式压力传感器，供电电源24VDC，提供输出4～20mA电流信号，量程范围为0～10MPa 、0～1.0MP a 。

根据以上的模块要求， PLC硬件配置如图 2所示。

 

2、3 控制软件的流程框图

PLC程序控制图见图3 。


3、PLC控制系统软件设计

3、1 控制策略

(1)如图1所示的气罐压力 P1 P2 P3、P4，PLC控制系统按照压力采集信号所处的压力区间， 自动启动主备空压机。

(2)两空压机互为热备用。
 
(3)每台空压机累计工作30 rain ，启动排污阀15S。
 
(4)所有的启停空压机及异常信号送入中控室 。
 
(5)可在控制屏上选择手动、自动、远控三种控制方式。

3、2 PLC和中控 室通讯数据表

PLC和中控室通讯采用 MB+网络接口， 表1列出了部分通讯数据表。


4、应用

本文介绍的PLC空压机控制系统已应用于Mollsadra 水电站。Mollsadra水电站位于伊朗伊斯兰共和国法尔斯省 ( Fars ) 境内的 Kor 河主要支流Tang-e-Boragh河上。空压机控制系统包括两台高压压缩空气系统和两台低压压缩空气系统，均采用一主一备工作方式。水电站空压机系统主要是为水电站调速器油压装置、工业及制动设备提供用气 。
 
在此系统中， 高压空压机的额定排气量0.822/min 、 排气压力 7.0MPa;低压空压机 的额 定排气量2.8m/min、排气压力0.8MPa;额定容积均为2m.在设计中，P一6.3MPa、P2-6.4MPa、P3—6.5MPa、P4—6.8M Pa、P5—6.9MPa、T一100℃。

经过现场调试验收，此设备已在现场运行1a多，运行可靠，对水电站的安全稳定运行起到了重要作用。

a.PLC空压机控制系统已成功应用于 Moll—sadra水电站，运行安全可靠、智能化程度高，良好的实时调节可以克服由人为因素造成的调节滞后等不利因素， 操作简单、 可实现无人值守.

b ．在系统实施过程中，还可引入故障检测和故障诊断的处理程序， 能够提高系统的智能化程度,有利于进一步改善 自控系统的有效性和可靠性。通过优化调度策略、软件连锁保护等 自动控制功能模式的应用，有望将自动化水平提升到更高层次，可为确定空压机设备状态检修点提供依据，并由此获得更大的效益。

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