空壓機(jī)系統(tǒng)是水電站的必備設(shè)備，其工作過程并不復(fù)雜，但啟動(dòng)和停車過程有嚴(yán)格的要求。隨著電子技術(shù)、軟件技術(shù)、控制技術(shù)的迅速發(fā)展，PLC(可編程邏輯控制器)也迅速發(fā)展，性能優(yōu)越，與原繼電器的控制電路相比具有較大優(yōu)勢(shì)。PLC具有高可靠性、豐富的I/O接 口模塊、模塊化結(jié)構(gòu)、編程簡(jiǎn)單易學(xué)、安裝維護(hù)方便等特點(diǎn)。隨著水電站自動(dòng)化水平的不斷提高，有必要對(duì)空壓機(jī)工作過程采用PLC全自動(dòng)控制，并在遠(yuǎn)程操作室設(shè)置監(jiān)控和報(bào)警裝置，以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)無人值守和遠(yuǎn)程監(jiān)控、報(bào)警。

　　1、控制系統(tǒng)的總體要求

　　水電站空壓機(jī)采用PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)滿足如下要求 ：

　　(1)控制系統(tǒng)電源為交直流在線式切換，以保證PLC數(shù)據(jù)處理和控制在異常情況時(shí)( 電源切換) 能可靠進(jìn)行工作。

　　(2)高低壓氣機(jī)PLC控制屏，以壓力反饋?zhàn)鳛榕袚?jù)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)地PLC自動(dòng)啟停空壓機(jī)。

　　(3)控制系統(tǒng)應(yīng)配有I/O模塊、中央處理模塊、通信模塊、電源模塊、模擬量模塊等運(yùn)行所需設(shè)備，全部模塊均為固態(tài)插入式標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)組件，應(yīng)符合工業(yè)控制級(jí)以上標(biāo)準(zhǔn)。

　　(4)必須滿足電廠現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行條件，具有高穩(wěn)定性和抗干擾性能。

　　2、控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　2、1 系統(tǒng)方案

　　根據(jù)電站空氣壓縮設(shè)備的技術(shù)要求，設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖l 所示。

　　2、2 控制系統(tǒng)的硬件配置

　　(1)TSX 3721 CPU模塊。具有實(shí)時(shí)時(shí)鐘，帶 2 0 K字 R AM、1 6 K字備份F l a s h RO M， 允許增加應(yīng)用存儲(chǔ)器容量，并可連接通訊模塊，I/O點(diǎn)數(shù)最大可達(dá)248個(gè)。自帶一個(gè)顯示模塊， 可將控制、診斷和維護(hù) PLC及其模塊所需的所有數(shù)據(jù)加以歸類總結(jié)和顯示， 提供了一個(gè)簡(jiǎn)單的人機(jī)界面。

　　(2)TSXAEZ 一802模擬量模塊。8個(gè)高精度多范圍電流通道，每個(gè)輸入可選擇0 ～2 0 mA 或4 - 2 0 mA的輸入范圍。模塊使用穩(wěn)態(tài)多路技術(shù)掃描輸入通道(普通或快速)，以獲取數(shù)值12位A/D轉(zhuǎn)換。除了上述功能外，PLC處理器還可進(jìn)行輸入溢 出監(jiān)控、測(cè)量值過濾。

　　(3)TSXDMZ- 28DT開關(guān)量模塊。16路開關(guān)量輸入，12 路開關(guān)量輸出，供電電源 24 VDC。

　　(4)傳感器。溫度傳感器提供 4 ～20 mA電流信號(hào)、 量程范圍為 0 ～120 %。壓力傳感器采用MPM/MDM580系列電子式壓力傳感器，供電電源24 VDC，提供輸出4 ～2 0 mA電流信號(hào)， 量程范圍為 0 ～10 MP a 、 0 ～1 .0 MP a 。

　　根據(jù)以上的模塊要求，PLC硬件配置如圖2所示。

　　2、3 控制軟件的流程框圖

PLC程序控制圖見圖3 。

　　3、PLC控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　3、1 控制策略

　　(1)如圖1所示的氣罐壓力P1、P2、P3、P4，PLC控制系統(tǒng)按照壓力采集信號(hào)所處的壓力區(qū)間，自動(dòng)啟動(dòng)主備空壓機(jī)。

　　(2)兩空壓機(jī)互為熱備用。

　　(3)每臺(tái)空壓機(jī)累計(jì)工作 30 rain ，啟動(dòng)排污閥 15 S。

　　(4)所有的啟停空壓機(jī)及異常信號(hào)送入中控室。

　　(5)可在控制屏上選擇手動(dòng)、自動(dòng)、遠(yuǎn)控三種控制方式。

　　3、2 PLC和中控室通訊數(shù)據(jù)表

　　PLC和中控室通訊采用 MB+網(wǎng)絡(luò)接口，表1列出了部分通訊數(shù)據(jù)表。

　　4、應(yīng)用

　　本文介紹的 PLC空壓機(jī)控制系統(tǒng)已應(yīng)用于Mollsadra 水電站。Mo l l s a d r a水電站位于伊朗伊斯蘭共和國(guó)法爾斯省 ( F a r s ) 境內(nèi)的 Ko r 河主要支流 Tang-e-Boragh河上。空壓機(jī)控制系統(tǒng)包括兩臺(tái)高壓壓縮空氣系統(tǒng)和兩臺(tái)低壓壓縮空氣系統(tǒng)，均采用一主一備工作方式。水電站空壓機(jī)系統(tǒng)主要是為水電站調(diào)速器油壓裝置、 工業(yè)及制動(dòng)設(shè)備提供用氣。

　　在此系統(tǒng)中，高壓空壓機(jī)的額定排氣量0.822/mi n 、排氣壓力7 .0 MP a ; 低壓空壓機(jī)的額 定排氣量2 . 8 m。 / mi n 、排氣壓力0 . 8 MP a ; 額定容積均為2 m。在 設(shè)計(jì)中，P 一 6.3 MP a 、P2= = = 6.4 MPa、 P3— 6.5 M Pa、P4— 6.8 M Pa、P5 —6.9 MPa、 T一 1 00℃ 。

　　經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試驗(yàn)收，此設(shè)備已在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行1 a 多，運(yùn)行可靠，對(duì)水電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行起到了重要作用。

　　5、結(jié)語

　　a .P L C空壓機(jī)控制系統(tǒng)已成功應(yīng)用于 Mo l l —s a d r a 水電站，運(yùn)行安全可靠、智能化程度高，良好的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)可以克服由人為因素造成的調(diào)節(jié)滯后等不利因素，操作簡(jiǎn)單、可實(shí)現(xiàn)無人值守。

　　b .在系統(tǒng)實(shí)施過程中，還可引入故障檢測(cè)和故障診斷的處理程序，能夠提高系統(tǒng)的智能化程度，有利于進(jìn)一步改善 自控系統(tǒng)的有效性和可靠性。通過優(yōu)化調(diào)度策略、軟件連鎖保護(hù)等 自動(dòng)控制功能模式的應(yīng)用，有望將自動(dòng)化水平提升到更高層次，可為確定空壓機(jī)設(shè)備狀態(tài)檢修點(diǎn)提供依據(jù)，并由此獲得更大的效益。