王玉（中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院先進(jìn)制造技術(shù)研究所，江蘇 常州 213164）

余艷偉（河南機(jī)電職業(yè)學(xué)院，河南 鄭州 451191）

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1003-0492(2015)12-0103-03 中圖分類號(hào)：TP273

某電廠機(jī)組技術(shù)供水PLC控制優(yōu)化設(shè)計(jì)

閆昌明（華能瀾滄江水電股份有限公司檢修分公司，云南 昆明 650214）

王玉（中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院先進(jìn)制造技術(shù)研究所，江蘇 常州 213164）

余艷偉（河南機(jī)電職業(yè)學(xué)院，河南 鄭州 451191）

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1003-0492(2015)12-0103-03 中圖分類號(hào)：TP273

某電廠至2011年3月27日發(fā)電以來，技術(shù)供水系統(tǒng)由于水力控制閥本體控制腔“三通轉(zhuǎn)換閥故障”原因，使水力控制閥常常出現(xiàn)偷關(guān)、二支路水力控制閥來回切換現(xiàn)象。由此產(chǎn)生的水錘使技術(shù)供水設(shè)備出現(xiàn)了一系列問題，引起了濾水器伸縮節(jié)拉桿變形、拉斷、濾水器解體等嚴(yán)重事故。導(dǎo)致現(xiàn)有的程序已經(jīng)不能滿足機(jī)組安全運(yùn)行要求，為了保證機(jī)組安全運(yùn)行，對(duì)設(shè)備換型、選型迫在眉睫；由于換型、選型及設(shè)備試運(yùn)行需要很長(zhǎng)的時(shí)間，所以采用從PLC軟件系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使其配合現(xiàn)有設(shè)備正常運(yùn)行，為設(shè)備換型、選型贏得時(shí)間。經(jīng)過對(duì)該系統(tǒng)的PLC程序的優(yōu)化設(shè)計(jì)后，使得系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、控制效果好，達(dá)到了預(yù)期的改造目的，具有一定的參考價(jià)值。本文主要敘述了PLC程序優(yōu)化整個(gè)過程及取得的相關(guān)成果。

技術(shù)供水系統(tǒng)；水力控制閥；PLC程序優(yōu)化

1 技術(shù)供水系統(tǒng)簡(jiǎn)介

某電廠機(jī)組技術(shù)供水采用單元供水方式。供水水源為兩路，均取自蝸殼，分別經(jīng)自動(dòng)濾水器過濾和減壓閥減壓后向機(jī)組供水。每臺(tái)機(jī)組設(shè)1個(gè)控制箱，完成機(jī)組技術(shù)供水水力控制閥和主軸密封供水水力控制閥的控制。

每臺(tái)機(jī)組技術(shù)供水總管上裝有一個(gè)電磁流量計(jì)和一個(gè)壓力變送器，用于監(jiān)視機(jī)組冷卻水流量、壓力和控制技術(shù)供水主/備用水源的切換。啟用主用技術(shù)供水：開機(jī)時(shí)，以任一路自流供水作為主供水源，機(jī)組技術(shù)供水控制系統(tǒng)接到機(jī)組LCU開機(jī)指令后，打開主供水源上的水力控制閥。當(dāng)總管上流量、壓力信號(hào)正常后反饋給監(jiān)控系統(tǒng)，作為開機(jī)條件之一；啟動(dòng)備用技術(shù)供水：當(dāng)技術(shù)供水運(yùn)行中供水總管上的壓力變送器發(fā)出壓力低信號(hào)或電磁流量計(jì)發(fā)出流量低信號(hào)時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉主用水源管路上的水力控制閥并打開備用水源管路上的水力控制閥并報(bào)警；停用技術(shù)供水：機(jī)組停機(jī)時(shí)，機(jī)組LCU發(fā)停機(jī)指令，機(jī)組停止運(yùn)轉(zhuǎn)后自動(dòng)關(guān)閉水力控制閥，切斷供水水源。

在每臺(tái)機(jī)各軸承和發(fā)電機(jī)各空冷器排水管均設(shè)有流量開關(guān)，用于監(jiān)視各用戶供水狀態(tài)，當(dāng)機(jī)組處于運(yùn)行狀態(tài)，流量過低時(shí)進(jìn)行報(bào)警，各支管流量開關(guān)信號(hào)直接送至機(jī)組LCU。技術(shù)供水系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

2 技術(shù)供水系統(tǒng)存在的問題

機(jī)組技術(shù)供水剛投產(chǎn)時(shí)，運(yùn)行十分良好。但隨著時(shí)間推移，設(shè)備老化或設(shè)備零部件老化，逐漸引起機(jī)組不安全運(yùn)行情況。特別是技術(shù)供水設(shè)備本身，常常發(fā)生水力控制閥偷關(guān)、二支路水力控制閥來回頻繁切換、濾水器伸縮節(jié)拉桿變形、濾水器伸縮節(jié)拉桿拉斷、濾水器解體等嚴(yán)重事故。

圖1 機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)圖

綜合分析，產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因有：第一，設(shè)備質(zhì)量不好；第二，設(shè)備加固不夠，導(dǎo)致運(yùn)行時(shí)設(shè)備振動(dòng)過大；第三，由于技術(shù)供水水力控制閥來回不停切換，有可能產(chǎn)生水錘效應(yīng)，加劇設(shè)備振動(dòng)或損壞?？傊F(xiàn)有程序和設(shè)備已經(jīng)無法保證機(jī)組可靠、安全、穩(wěn)定地運(yùn)行。但設(shè)備換型、選型需要一定的時(shí)間完成和試運(yùn)行，所以在目前設(shè)備運(yùn)行的基礎(chǔ)上，程序優(yōu)化已勢(shì)在必行，為新設(shè)備換型、選型、試運(yùn)行贏得時(shí)間。

下面主要講解解決此問題的整個(gè)過程，即：從程序優(yōu)化前，機(jī)組技術(shù)供水二支路水力控制閥來回切換，導(dǎo)致機(jī)組不能安全運(yùn)行；到優(yōu)化程序后，使機(jī)組技術(shù)供水二支路水力控制閥不會(huì)發(fā)生來回切換工況，保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3 技術(shù)供水系統(tǒng)PLC優(yōu)化及成果

針對(duì)設(shè)備現(xiàn)狀，首先考慮在一臺(tái)機(jī)組上進(jìn)行PLC程序優(yōu)化試驗(yàn)，經(jīng)驗(yàn)證后再對(duì)所有機(jī)組進(jìn)行更改。在此期間，考察兄弟單位，借鑒它們的優(yōu)勢(shì)，為設(shè)備換型、選型作準(zhǔn)備。

考慮水力控制閥二支路同時(shí)開啟后，由于水力控制閥偷關(guān)，最終會(huì)導(dǎo)致有故障（即發(fā)生偷關(guān)）的一支路水力控制閥關(guān)閉；如果不人為加以控制，此過程或許時(shí)間很長(zhǎng)，由此產(chǎn)生的水錘效應(yīng)就會(huì)很大。所以，只要在現(xiàn)有的程序上加一段程序就能滿足要求：即當(dāng)發(fā)生兩條支路同時(shí)運(yùn)行時(shí)，程序自動(dòng)檢測(cè)并關(guān)掉有故障的那一支路；隨即運(yùn)行人員立即通知維護(hù)人員，立刻對(duì)有故障的支路水力控制閥進(jìn)行隔離、維修。最終使其保持兩條支路均正常工作，不發(fā)生偷關(guān)現(xiàn)象，就能確保機(jī)組安全運(yùn)行。

PLC程序的優(yōu)化，主要是在水力控制閥“關(guān)閉程序段”上進(jìn)行。當(dāng)本支路運(yùn)行中由于偷關(guān)或水力控制閥別的故障引起閥本體關(guān)閉，導(dǎo)致本支路關(guān)閉后又開啟且另一支路已開啟時(shí)，待壓力/流量滿足要求后關(guān)閉本支路（此時(shí)本支路由于偷關(guān)后再開啟，變?yōu)閭溆谩３绦蛑鱾漭啌Q依據(jù)是一次一輪或有故障輪換，即一條支路作為主用運(yùn)行關(guān)閉后及時(shí)輪為備用，以前備用支路自動(dòng)輪換為主用，以此來保證設(shè)備的使用率和提高使用壽命），即關(guān)閉備用支路。相應(yīng)程序優(yōu)化和試驗(yàn)結(jié)果波形如圖2~圖6所示（另一支路修改與此類似）。

圖2 技術(shù)供水開/停機(jī)令程序

圖3 程序優(yōu)化前1#水力控制閥關(guān)閉部分程序

圖4 程序優(yōu)化后1#水力控制閥關(guān)閉部分程序

圖5 程序優(yōu)化前偷關(guān)反復(fù)切換現(xiàn)象（流量/壓力）上位機(jī)截圖

圖6 程序優(yōu)化后偷關(guān)現(xiàn)象（流量/壓力）上位機(jī)截圖

從圖2、圖3不難看出，在技改前，水力控制閥正常關(guān)閉只受停機(jī)令控制（開機(jī)時(shí)也是，只受開機(jī)令控制），所以當(dāng)技術(shù)供水發(fā)生偷關(guān)時(shí)從圖2中可知，由于此時(shí)開機(jī)令“置1”而停機(jī)令又未下發(fā)，所以會(huì)一直調(diào)用主用水力控制閥；但由于水力控制閥本身故障會(huì)自動(dòng)關(guān)閉（偷關(guān)），所以當(dāng)關(guān)閉后程序判定偷關(guān)水力控制閥故障，另一支路水力控制自動(dòng)輪為主用水力控制閥，此時(shí)在開機(jī)令的作用下就會(huì)自動(dòng)開啟，以維持技術(shù)供水流量和壓力正常，保證機(jī)組安全運(yùn)行。

從圖4可以看出，當(dāng)在“1#水力控制閥停止”入口條件里增加了一個(gè)新的變量即“P2_SEQ2[2]”后，再次發(fā)生水力控制閥偷關(guān)情況時(shí)，就可以有效避免重復(fù)啟動(dòng)和來回切換這一過程了。這個(gè)變量的意思是“1號(hào)水力控制閥已經(jīng)開啟，而且程序調(diào)用了2號(hào)水力控制閥（STR_P2)，且2號(hào)水力控制閥已全開（DI[20])，流量和壓力都正常后，延時(shí)5分鐘，啟動(dòng)關(guān)閉1#水力控制閥另一個(gè)入口條件即“P2_SEQ2[2]”。

雖然看著修改后的程序很簡(jiǎn)單，就一個(gè)變量“P2_ SEQ2[2]”，可現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)卻花了足足一周的時(shí)間。經(jīng)過一周的驗(yàn)證，才得出最理想最適合的PLC程序。主要經(jīng)歷了以下幾個(gè)過程，如圖7~圖9所示。在圖7中，由于第1支路水力控制閥和第2支路水力控制程序設(shè)置相同，所以當(dāng)兩路同時(shí)開啟時(shí)，馬上就會(huì)關(guān)閉其中一支路，由于時(shí)間太短，流量/壓力不能達(dá)到控制值，所以會(huì)導(dǎo)致兩條支路來回切換頻繁啟動(dòng)；在此基礎(chǔ)上又加了一個(gè)延時(shí)模塊“FBI_39”，如圖8所示，可還是達(dá)不到理想效果。原因是兩條支路時(shí)間有時(shí)不匹配，偶爾還會(huì)出現(xiàn)來回切換多次的現(xiàn)象發(fā)生；最后想到可能是因?yàn)樾盘?hào)不能保持的原因，所以用了“置位”功能線圈，把變量“P2_SEQ2[2]”由普通線圈變?yōu)橹梦痪€圈“S”，如圖9所示。剛開始試驗(yàn)時(shí)以為完全滿足控制要求，可真正做試驗(yàn)檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)并不盡如人意。原因是當(dāng)通過人為在水力控制閥上操作模擬水力控制閥偷關(guān)試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，在從上位機(jī)發(fā)機(jī)組自動(dòng)開機(jī)令，直到開啟技術(shù)供水這步流程時(shí)會(huì)報(bào)“開啟技術(shù)供水失敗”、“流程退出”導(dǎo)致機(jī)組自動(dòng)開機(jī)失敗。只要再重發(fā)一次自動(dòng)開機(jī)令，使技術(shù)供水水力控制閥主備切換一下，就可以順利開啟機(jī)組。自動(dòng)開機(jī)流程開啟失敗最主要的原因?yàn)橥ㄟ^PLC控制時(shí)，“置位”線圈一直保持接通，不能復(fù)位造成的。后來經(jīng)過多次設(shè)想、試驗(yàn)，才形成最終的控制程序，如圖4所示。

圖7 無延時(shí)的中間變量程序

圖8 有延時(shí)的中間變量程序

圖9 加置位的中間變量程序

4 主要變量及數(shù)據(jù)說明

主要變量及數(shù)據(jù)說明如表1~2所示。

Optimization Design of PLC Control Program for Technical Water Supply in a Power Plant

Since the hydropower plant puts into operation on March 27, 2011, because of the equipment fault of the hydraulic control valve body control system of the three-way switching valves, the technical water supply system appeared a lot of problems, such as pull off, switch frequently of the second branch hydraulic control valves. The resultant water drop leads to many problems for the water supply equipment, and bring out a series of failures such as: deformation and breakdown of rod and disintegration of the water filter, so that the existing program cannot satisfy the safe operation requirement of unit. In order to guarantee the safety of units, it is necessary to replace the equipments. However, the equipment replacement and test need a long term, therefore, the PLC software system is used to optimize the design, and make the existing equipment work normally, and wins the time for equipment replacement. After the program is optimized, the system is stable, and achieves the desired replacement purpose. It is a good reference for other hydropower transformation. This paper introduces the PLC program optimization design and its related outcomes.

Technical water supply system; Hydraulic control valves; PLC program optimization

表1 PLC程序變量表