基于LOGO!的水电站低压气系统自动化设计

2010-04-25李胜

中国水利 2010年10期

李胜

（安徽省淠史杭灌区管理总局淠东干渠管理处，237009，六安）

水电站低压气系统的主要作用是气压刹车、调相压水、围带用气、风动吹扫，以及作为部分风动工具的气源。六安九里沟水电站位于安徽省六安市北郊，利用举世闻名的新中国最大灌区——淠史杭灌区淠东干渠的输水落差发电。该电站的低压气系统由两台立式一级双缸单动水冷空气压缩机和一只空气储罐组成。由于用传统的继电器构成的自动控制线路复杂，故障率高，且有些功能难以实现，平时运行以手动为主。为提高设备的自动化水平，需要对其进行改造。

一、低压气系统自动控制的要求

系统应能够自动完成以下控制程序：当气罐气压降低到下限时，启动主用空压机；当气罐气压降低到下下限时，启动备用空压机，同时气压过低报警接点输出。为防止备用空压机长期不启动而造成故障，两台空压机互为备用，自动按次切换，即第一次到气压下限时启动1号机，2号机备用；第二次到气压下限时启动2号机，1号机备用；依次类推。空压机启动时，要同时打开该机的冷却水电磁阀，10 s后冷却管道中的流量开关没有检测到水流，自动停机，并自动切换到备用空压机，同时发出冷却水故障信号；空压机停止时，自动关闭冷却水电磁阀。空压机启动时，要同时打开该机的电磁排污阀，以排污并保障空压机空载启动，排污阀延迟30 s关闭。能够通过选择开关退出某台空压机（如检修保养时），此时始终由另一台空压机作为主用机自动运行。能手动启动和停止空压机。

二、控制器件的选择

LOGO!是西门子公司的通用逻辑控制模块，它填补了传统继电器与PLC之间的技术空缺。该模块本身集成了“与”“或”“非”等 8种基本功能以及时间定时器、计数器和模拟量处理等28种专有功能，LOGO!通过采用内部功能块编程的方式代替传统继电器开关的外部接线方案，在一个体积很小的模块之中可任意调用所需要的各种功能块来编辑应用程序，从而实现原本需要很多定时器、继电器、时钟和接触器搭配才能实现的控制任务。与传统继电器方案相比，LOGO!的解决方案具有功能强大、可靠性高、减少连接配线、节省控制柜空间、便于维护等优点；与PLC相比，LOGO!价格低廉，编程简单，输入输出对电源的要求低，同时由于 LOGO!控制模块的继电器输出点具有最大10 A的电流承载能力，能够直接连接各种执行元件，如小电机、照明设备等，可以大大简化外部接线。所以在水电站低压气系统的自动控制设计中，既要完成上述的多种功能，还要保证可靠性，控制性能、体积、价格，显然采用继电器控制和PLC控制都不是最理想的，而西门子LOGO!是理想的控制单元。

根据控制要求，选用LOGO!230RC作为主控单元，该单元操作电压为 115V～240V AC/DC，8点数字量输入，4点继电器输出；选用LOGO!DM8230R作为扩展模块，4点数字量输入，4点继电器输出。

三、外部接线

外部接线如图1所示。其中启动空压机是接通其接触器线圈，而电磁阀的功率不大，由LOGO!直接启动，省去了中间元件。

四、程序设计

采用LOGO! soft comfort V6.0版进行编程，程序如图2所示。

1.双机互为备用、按次切换功能的设计

当压力降到下限时，I1输入有效，其启动空压机的回路有两条：一条是通过与门B002和或门B001，置位锁存继电器B005，使Q1闭合，启动1号空压机；另一条是通过与门B014和或门B013，置位锁存继电器B012，使Q4闭合，启动2号空压机。这两条回路通过锁存继电器B007来选择，因B007的输出一个是经反相接入与门B002，一个是直接接入与门B014，所以这两个与门不会同时导通。B004和B011是下降沿触发与非门，当Q1由闭合变为断开时（即1号空压机从运行转为停止时），B004触发，将B007置位，输出高电平，反相接入与门B002，使B002不能导通，而正相接入B014，为下次启动2号机作准备。当下次压力降到下限时，B014可以导通，启动了2号空压机。同样，当停机时会触发B011，使B007复位，为下次启动1号空压机作准备。这样就实现了按次切换。而当压力降到下下限时，则通过或门B001和B013直接置位B005和B012，使两台空压机均启动，同时启动Q8发出压力过低警报。

2.冷却水和排污阀控制回路的设计

锁存继电器B005和B012在启动空压机的同时，也分别接通了Q2、Q3和Q5、Q6，用于开启各自的冷却水电磁阀和排污阀。冷却水（以1号机为例）的流量信号经I7反相输入，和空压机启动信号Q1接入与门B020，Q1启动时与门导通，接通延时定时器B019开始计时，如果10 s内有冷却水，I7输出高电平，B020截止，B019复归；如果达到10 s I7没有输出，则B019输出置位锁存继电器B024，使B005复位，停止1号空压机，同时启动Q7发出冷却水故障报警。此时如果压力下限信号I1还在，则触发B012启动2号空压机。

电磁排污阀则由脉宽继电器B008和B017启动，延时30s关闭。