PCS7系統(tǒng)在三峽右岸電站油壓裝置集中測(cè)控中的應(yīng)用

王立賢，楊 威

（哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱 150040）

PCS7系統(tǒng)在三峽右岸電站油壓裝置集中測(cè)控中的應(yīng)用

王立賢，楊 威

（哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱 150040）

主要講述了三峽右岸電站調(diào)速器油壓裝置集中測(cè)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，介紹了該系統(tǒng)的構(gòu)成及功能實(shí)現(xiàn)，充分展示了該系統(tǒng)的高可靠性、穩(wěn)定性和方便性。

PCS7；油壓裝置；S7-400H

0 引言

水輪發(fā)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)油壓裝置的作用是為調(diào)速系統(tǒng)提供安全、可靠、穩(wěn)定的壓力油源，以實(shí)現(xiàn)水輪發(fā)電機(jī)組的開停機(jī)、頻率和負(fù)荷調(diào)節(jié)。水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)油壓裝置運(yùn)行的可靠性、穩(wěn)定性直接關(guān)系到主設(shè)備的安全和發(fā)電的質(zhì)量，油壓裝置自動(dòng)化控制的可靠性是機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的保證。主要講述三峽右岸電站油壓裝置集中測(cè)控系統(tǒng)的軟、硬件的構(gòu)成及功能的實(shí)現(xiàn)等。油壓裝置集中測(cè)控系統(tǒng)從多個(gè)方面采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念，從硬件和軟件兩個(gè)方面提高系統(tǒng)的可靠性、安全性，使系統(tǒng)適應(yīng)電站的運(yùn)行環(huán)境，運(yùn)行更加穩(wěn)定并具有較好的運(yùn)行效率，實(shí)現(xiàn)對(duì)油壓裝置系統(tǒng)的全面控制和監(jiān)測(cè)，采用先進(jìn)的模塊化控制手段，以自動(dòng)化元件的測(cè)量信號(hào)作為控制依據(jù)，利用軟件程序?qū)崿F(xiàn)各種工況的可靠控制。

1 油壓裝置的結(jié)構(gòu)及工作原理

油壓裝置機(jī)械液壓系統(tǒng)圖見圖1。液壓系統(tǒng)由回油箱總裝、壓力罐總裝、油泵電機(jī)單元、隔離閥裝配、精細(xì)濾油裝置、事故配壓閥總裝、液控單向節(jié)流閥及相應(yīng)的管路、閥門及自動(dòng)化元件等組成。以第一臺(tái)泵組為例。由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)螺旋油泵101PO，從回油箱凈油區(qū)吸油，經(jīng)過(guò)濾油器101FI到達(dá)油泵，經(jīng)過(guò)油泵增壓后，在通過(guò)濾油器101FI到達(dá)卸荷安全閥。在卸荷安全閥卸荷狀態(tài)，油經(jīng)過(guò)冷卻器200EH回到回油箱；在卸荷安全閥加載狀態(tài)，油到達(dá)操作系統(tǒng)或經(jīng)過(guò)隔離閥100RI到達(dá)壓力罐，壓力罐的油也可以經(jīng)過(guò)隔離閥到達(dá)操作系統(tǒng)。壓力油經(jīng)過(guò)操作系統(tǒng)后，回油通過(guò)管路回到回油箱的臟油區(qū)。

圖1 油壓裝置機(jī)械液壓系統(tǒng)圖

此系統(tǒng)共有4臺(tái)油泵。由油泵控制裝置根據(jù)泵的運(yùn)行狀況選擇每一臺(tái)泵的工況，分為主用泵和備用泵。油壓系統(tǒng)的主用泵連續(xù)運(yùn)行，當(dāng)系統(tǒng)壓力達(dá)到6.3MPa時(shí)，主用泵的卸荷安全閥卸荷功能啟動(dòng)，泵出口的油經(jīng)過(guò)冷卻器回到回油箱。當(dāng)系統(tǒng)壓力降低到6.1MPa時(shí)，卸荷安全閥開始加載，使系統(tǒng)壓力升高。備用泵根據(jù)系統(tǒng)油壓的變化啟動(dòng)或停止。當(dāng)壓力下降到5.8MPa時(shí)，備用泵1啟動(dòng)，當(dāng)壓力繼續(xù)下降到5.6MPa時(shí)，備用泵2啟動(dòng)，當(dāng)壓力降低到5.4MPa時(shí)啟動(dòng)備用泵3（僅DFEM機(jī)組），當(dāng)罐內(nèi)壓力上升到6.3MPa時(shí)，備用泵停止工作。

2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成

測(cè)控系統(tǒng)由1面控制柜及4個(gè)油泵啟動(dòng)箱組成，控制柜主要負(fù)責(zé)各個(gè)子系統(tǒng)的控制，油泵啟動(dòng)箱主要由油泵的控制回路（手動(dòng)和自動(dòng)）和主回路組成，主回路由接觸器、軟啟動(dòng)器等元件工程；控制柜采用Siemens S7-400H系列AS 414-4-2H型號(hào)PLC構(gòu)成硬冗余處理器，作為控制核心處理器，電源及I/O接口模擬量、開關(guān)量均采用冗余系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行控制，并配置人機(jī)友好界面，使得對(duì)調(diào)速器油壓裝置的控制更加精確，響應(yīng)更加快速穩(wěn)定，更加便于維護(hù)，硬件配置如下表1所示；

表1硬件配置序號(hào) 名稱 型號(hào) 數(shù)量1AS 414-4-2H自動(dòng)化系統(tǒng)配有接口模塊連接到以太網(wǎng)總線PS407電源 UR2-H（2*9槽）6ES7654-2VR34-0XX012DC 24V 冗余電源 10A 6ES7407-0KR00-0AA023后備電池 1.9Ah 6ES7971-BA0044IM153冗余套件 6ES7153-2AR01-0XA015有源總線模塊的DIN導(dǎo)軌 6ES7195-1GF30-0XA016有源總線模塊BM 2X 406ES7195-7HB00-0XA047開入模塊（32點(diǎn)，24VDC） 6ES7321-1BL00-0AA038開出模塊（16點(diǎn)，繼電器） 6ES7322-1HH01-0AA029模擬量輸入模塊（8路，多種信號(hào)） 6ES7331-7KF02-0AB0210模擬輸出模塊（8路） 6ES7332-5HF00-0AB0111MP370觸摸式面板，15英寸256色中文顯示 6AV6545-0DB10-0AX01

2.2 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)利用西門子PCS7過(guò)程控制軟件進(jìn)行編程（軟件界面見圖2所示），采用模塊化編程方式，對(duì)各個(gè)功能進(jìn)行詳細(xì)的劃分，獨(dú)立編程，形成各個(gè)功能模塊，利于維護(hù)和移植。本控制系統(tǒng)總體上可以分為液壓系統(tǒng)運(yùn)行程序模塊、液壓系統(tǒng)開停機(jī)程序模塊以及I/O診斷程序模塊三個(gè)主要的控制程序，子程序主要包括回油箱冷卻控制程序模塊（FB501）、自動(dòng)補(bǔ)氣控制程序模塊（FB503）、輔助泵啟動(dòng)控制程序模塊（FB525）、主泵切換控制程序模塊（FB530）、主泵啟動(dòng)控制程序模塊（FB508）、停泵控制程序模塊（FB507）以及其他輔助控制程序，液壓系統(tǒng)開停機(jī)流程圖見圖3。根據(jù)各個(gè)工況的不同控制要求，主要完成以下幾項(xiàng)功能：

（1）壓力的控制

壓力罐內(nèi)的壓力應(yīng)保持在6.1～6.3MPa之間，當(dāng)壓力發(fā)生變化時(shí)，對(duì)油泵以及自動(dòng)補(bǔ)氣裝置進(jìn)行控制，以保持壓力罐內(nèi)的壓力在合理的范圍內(nèi)，保證機(jī)組的正常運(yùn)行。

（2）自動(dòng)補(bǔ)氣控制

壓油罐內(nèi)的油氣體積比為1∶3，當(dāng)壓力油罐內(nèi)的油位達(dá)到上限，而壓力又降至6.1MPa以下，則自動(dòng)補(bǔ)氣裝置動(dòng)作向罐內(nèi)補(bǔ)氣，直到壓力達(dá)到6.3MPa或油位降至下限油位，停止補(bǔ)氣。

（3）回油箱油位控制

回油箱油位低時(shí)，油位低開關(guān)動(dòng)作自動(dòng)添油，當(dāng)油量加到足夠位置時(shí)，它的回油箱油位正常壓力開關(guān)接點(diǎn)閉合，通知關(guān)閉添油裝置。

（4）油泵的控制

三峽右岸電站調(diào)速器油壓裝置設(shè)有4臺(tái)油泵，互為主備用，正常運(yùn)行時(shí)，其中1臺(tái)油泵長(zhǎng)期運(yùn)行，另外3臺(tái)油泵待機(jī)，稱之為輔助泵；當(dāng)P＜5.8MPa時(shí)，啟動(dòng)第一臺(tái)輔助油泵；P＜5.6MPa時(shí)，啟動(dòng)第二臺(tái)輔助泵；當(dāng)P＜5.4MPa時(shí)，啟動(dòng)第三臺(tái)輔助泵；P＜4.84MPa，事故停機(jī)信號(hào)。長(zhǎng)期運(yùn)行的主泵可以在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)切換，另外任意一臺(tái)輔助泵則作為主泵運(yùn)行；

（5）回油箱冷卻系統(tǒng)的控制

由于油泵長(zhǎng)期運(yùn)行，回油箱內(nèi)的油溫會(huì)上升，為了滿足油壓裝置的運(yùn)行溫度條件，回油箱設(shè)有冷卻系統(tǒng)，當(dāng)溫度升高時(shí)，冷卻系統(tǒng)投入；當(dāng)溫度降低時(shí)，冷卻系統(tǒng)撤出。

2.3 人機(jī)界面的設(shè)計(jì)

三峽右岸電站油壓裝置測(cè)控系統(tǒng)配置了人機(jī)友好界面，對(duì)油壓裝置的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)可以根據(jù)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)對(duì)必要的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置或修改，極大的方便了電站機(jī)組的運(yùn)行和維護(hù)。主要界面有：

（1）主界面：主要用于顯示油泵的運(yùn)行狀態(tài)、油泵的運(yùn)行時(shí)間、系統(tǒng)的壓力、壓力罐和回油箱內(nèi)油的液位、以及油的溫度等等。

（2）故障查詢界面：記錄油壓裝置運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的故障信號(hào)，為故障分析提供可靠的依據(jù)。

（3）系統(tǒng)設(shè)定界面：用于對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的設(shè)定。

（4）趨勢(shì)圖：記錄壓力和液位之間的關(guān)系曲線。

3 結(jié)束語(yǔ)

西門子PCS7雙冗余測(cè)控系統(tǒng)在三峽油壓裝置上投入運(yùn)行以來(lái)，各種工況運(yùn)行穩(wěn)定，沒(méi)有發(fā)生重大的故障，真正實(shí)現(xiàn)了“無(wú)人值班”（少人值守）的運(yùn)行要求，給電站運(yùn)行維護(hù)提供了很大的便利。

[1]西門子S7-400H快速入門手冊(cè)[Z].

[2]PCS7深入淺出ProcessControl System SIMATIC PCS7Version 6[Z].SiemensLtd,China A&D AS-Beijing.

[3]西門子S7—400系列可編程控制器硬件手冊(cè)[Z].北京：北京西門子自動(dòng)化公司，1999.

[4]西門子S7—300系列可編程控制器硬件手冊(cè)[Z].北京：北京西門子自動(dòng)化公司，1999.

TP273

B

1672-5387（2011）02-0028-03

2011-02-11

王立賢（1974-），男，碩士，工程師，從事水電站自動(dòng)化系統(tǒng)、調(diào)速器系統(tǒng)及抽水蓄能機(jī)組調(diào)速器系統(tǒng)的開發(fā)和設(shè)計(jì)工作。