氣系統(tǒng)自動控制

1、2013年度本科生畢業(yè)論文（設計）氣系統(tǒng)自動控制院 系： 工學院-自動化系 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 年 級： 學生姓名： 學 號： 導師及職稱： 2013年4月2013Annual Graduation Thesis (Project) of the College Undergraduate Gas system automatic controlDepartment:Engineering Institute-Department of automationMajor: Institute of Technology Department of automationGrade:Stu

2、dents Name: Student No.: Tutor: April, 2013畢業(yè)論文（設計）原創(chuàng)性聲明本人所呈交的畢業(yè)論文（設計）是我在導師的指導下進行的研究工作及取得的研究成果。據(jù)我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文（設計）不包含其他個人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本論文（設計）的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中作了明確說明并表示謝意。 作者簽名： 日期： 畢業(yè)論文（設計）授權使用說明本論文（設計）作者完全了解紅河學院有關保留、使用畢業(yè)論文（設計）的規(guī)定，學校有權保留論文（設計）并向相關部門送交論文（設計）的電子版和紙質(zhì)版。有權將論文（設計）用于非贏利目的的少量復制

3、并允許論文（設計）進入學校圖書館被查閱。學?？梢怨颊撐模ㄔO計）的全部或部分內(nèi)容。保密的論文（設計）在解密后適用本規(guī)定。   作者簽名： 指導教師簽名：日期： 日期： 畢業(yè)論文（設計）答辯委員會(答辯小組)成員名單姓名職稱單位備注主席（組長） 摘 要水電站自動化是電力系統(tǒng)自動化的重要組成部分，其目的是提高發(fā)電和供電的可靠性，保證電能質(zhì)量及電力系統(tǒng)經(jīng)濟、安全的運行，同時也有效地改善了運行人員的工作條件，最終提高水電企業(yè)的市場競爭力。一個水電站要實現(xiàn)安全穩(wěn)定的自動化運行，離不開其中的水、油、氣三大系統(tǒng)，而本篇畢業(yè)設計正是在此背景下對水電站自動化控制中氣系統(tǒng)部分提出的，設計主要是基于屏邊岔

4、河水電站氣系統(tǒng)部分。岔河水電站氣系統(tǒng)目前使用的是傳統(tǒng)的繼電器控制，還未實現(xiàn)自動控制，傳統(tǒng)的繼電器控制與人工操作控制的方法，在很大程度上限制了一個水電站的發(fā)展，且在安全穩(wěn)定運行方面存在缺陷。因此，針對水電站實際運行中的不足，通過將自動控制原理與實際控制相結(jié)合，提出了水電站氣系統(tǒng)的自動控制。本設計通過系統(tǒng)地對水電站的氣系統(tǒng)工作原理，自動控制裝置及設計方法的選擇，繪制相關的氣系統(tǒng)自動控制設計圖，從而通過PLC自動控制來代替岔河電站氣系統(tǒng)傳統(tǒng)的繼電器控制形式，目標是實現(xiàn)局部的水電站無人看守值班，并在一定程度上減小因人為誤操作而帶來的安全隱患。 關鍵詞：自動控制；PLC ；氣系統(tǒng)；氣系統(tǒng)自動控制設計圖A

5、BSTRACT Hydropower station automation is an important part of power system automation, its purpose is to improve the reliability of power generation and power supply, ensure the power quality and power system economic and safe operation, but also effectively improve the working conditions of the ope

6、rators, eventually improve the water and electricity enterprise's market competitiveness. To realize automatic operation of the security and stability of a hydropower station, cannot leave the water, oil and gas system, and this graduation design is under the background of the automation of hydr

7、opower station are proposed that part of the gas system design is mainly based on the panel edge ChaHe hydropower station gas system. ChaHe hydropower station gas system currently used is one of the traditional relay control, has yet to achieve automatic control, the traditional relay control and ma

8、nual control methods, to a great extent, which limits the development of a hydropower station, and defects in the safe and stable operation. Therefore, in view of the lack of hydropower stations in the actual operation, by combining the principle of automatic control and actual control, hydropower s

9、tation, gas system of automatic control is proposed. This design through systematically of the hydropower station of the gas system working principle of automatic control device design method choice, drawing related automatic control system design, which to replace the ChaHe power plant gas with PLC

10、 automatic control system of the traditional relay control form, the goal is to achieve local hydropower station, there is no one guards on duty, and decreased to some extent because of man-made wrong operation and bring security hidden danger.Key words:The automatic control ；PLC ；air system ；air sy

11、stem of automatic control design 目 錄第一章 前言11.1水電站背景11.2氣系統(tǒng)簡述21.3國內(nèi)、外水電站自動控制應用現(xiàn)狀21.3.1 國外現(xiàn)狀21.3.2 國內(nèi)現(xiàn)狀31.4本文的設計目標3第二章 岔河電站結(jié)構原理及改進方案42.1岔河電站氣系統(tǒng)及改進方案42.1.1氣系統(tǒng)的組成42.1.2氣系統(tǒng)主要的工作任務42.1.3各用氣設備分布及工作氣壓42.2岔河電站氣系統(tǒng)電氣原理圖52.3現(xiàn)有氣系統(tǒng)在實際運行中存在的不足92.4改進方案10第三章 岔河水電站氣系統(tǒng)自動控制設計133.1空氣壓縮機實現(xiàn)自動控制的基本要求133.2 PLC型號及輔助設備的選擇133.

12、2.1 PLC型號的選擇133.2.2 輔助設備的選擇183.3 PLC實現(xiàn)氣系統(tǒng)部分自動控制工作原理流程233.4 氣系統(tǒng)自動控制綜合設計24第四章 結(jié)論42參考文獻44致 謝45附錄A46紅河學院本科畢業(yè)論文 (設計)第一章 前言1.1水電站背景(1)綜合說明 岔河電站是無調(diào)節(jié)經(jīng)流式水電站，總裝機2×7500 kw 為混流臥軸式機組。岔河電站位于紅河州屏邊縣新華鄉(xiāng)境內(nèi)，廠址為于南溪河一級支流四岔河干流的下游河段上附近，首部樞紐布置在大平潭電站尾下游100米處，取水口布置在右岸，工程主要建筑物有擋水大壩、沉沙地、無壓行水隧洞、壓力前池及泄水道、壓力鋼管、主控廠房及升壓變電站、生活管

13、理樓。(2)自然環(huán)境 南溪河流域地理位置在東經(jīng)103度29分至104度14分 北緯22度22分至23度27分之間。屬高山河流類型。南溪河發(fā)源于蒙自鳴鷲小田壩，是中國境內(nèi)元江水系較大的一級支流，流域面積3751.9，越南境內(nèi)448.2，干流全長144.4km，總落差2045m，河道平均比降1.416，河流落差主要集中在中上游段，在沖莊電站擋水大壩上游190m處，有南溪河一級支流四岔河匯入。(3) 水文氣象 岔河電站位于云南低緯度地區(qū)，地理錯綜復雜，山巒起伏，河谷深切，立體氣候明顯。處于云南氣候峰的擺動區(qū)。冬春季常受冷空氣影響，夏季炎熱、潮濕。降水量在時空上分布不平衡。每年11月至次年4月為旱季，

14、5月至10月為雨季，降雨量在全年的8085。暴雨的發(fā)生在78月份，河水在雨季中常是暴漲暴落。廠址海拔高在730m之間，而壩址處高達930m。實測常年溫度在25度30度之間。岔河電站的水文特征值 :設計年徑統(tǒng)計：Q10=13.97立方米/秒 ,Q50=10.77,Q90%=8.05立方米/秒。設計標準洪峰流量：Qm2%=373立方米/秒 。 校核標準洪峰流量：Qm0.5%=569立方米/秒。 多年平均輸沙總量：32.96×10T。(4) 水利水能 岔河電站在補充初布設計時曾對裝機容量3×5000kw和2×7500kw的兩個方案進行比較，經(jīng)反復進行綜合比較后，決定選用

15、2×7500kw方案。水輪發(fā)電機保證出力4607kw。電站最大水頭196.484米，最小水頭188.4米，設計引用流量9.87 立方米/秒 ，多年平均發(fā)電量8190.3萬kw.h，年利用小時數(shù)：5460小時，多年平均流量：10.88立方米/秒，實測最小流量：4.09立方米/秒 ，多年平均年徑流量：3.41億立方米。1.2氣系統(tǒng)簡述中國是世界上水資源儲藏量最多的國家，水能資源蘊藏量達6.8億千瓦，居世界第一。豐富的水資源為水電站的建立提供了良好的基礎，而清潔無污、利于開發(fā)和利用的優(yōu)點，使得水電站在大范圍內(nèi)得到投產(chǎn)使用。 在我國各大、中、小型水電站主要分布在長江流域、珠江流域和黃河流域。

16、隨著水電的不斷開發(fā)利用，使得水電站的安全穩(wěn)定運行成為了人們面臨的第一大難題。于是針對如何對水電站機組各部分的穩(wěn)定性、快速性、準確性的安全操作與控制，產(chǎn)生了氣系統(tǒng)、水系統(tǒng)、油系統(tǒng)。三大系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，使以上問題得到了的解決，而其中氣系統(tǒng)是為供水電站機電設備所需的壓縮空氣而專門設置的設備及管路系統(tǒng)。氣系統(tǒng)分為高壓氣系統(tǒng)和低壓氣系統(tǒng)，其中高壓空壓機系統(tǒng)負責為球閥油壓裝置提供蓄能氣體，低壓空壓機系統(tǒng)則負責供給采用機械制動的剎車裝置及吹掃等所需的低壓氣體。高壓氣系統(tǒng)工作氣壓一般為0.50.7Mpa，低壓氣系統(tǒng)工作氣壓一般為0.8Mpa。1.3國內(nèi)、外水電站自動控制應用現(xiàn)狀 1.3.1 國外現(xiàn)狀 隨著

17、科技的飛速發(fā)展，自動化控制技術正在不斷改變著人們的生活，將人類文明帶向另一種新的高度。其中電力系統(tǒng)自動控制尤為重要，而氣系統(tǒng)則在電力系統(tǒng)自動控制中占據(jù)了重要位置。 在美國、日本、瑞典、法國等國家，小水電站的自動化率達到了95%以上，國外從1970年末到1980年初就開始對綜合性自動化控制系統(tǒng)進行研究，并積累了較為成熟的經(jīng)驗與技術，基本實現(xiàn)了無人看守值班。 1.3.2 國內(nèi)現(xiàn)狀 中國雖在水資源勘測與開發(fā)方面取得了較大的成果，但在水電站自動化方面起步較晚，還處于探索實驗階段。近年來在對國外經(jīng)驗技術的借鑒學習下，葛洲壩、江埡等水電站也基本實現(xiàn)了自動化，但絕大部分水電站基本還處于人工操作控制的狀態(tài)。1

18、.4本文的設計目標 通過對岔河水電站氣系統(tǒng)結(jié)構布局與現(xiàn)有不足進行改進，采用三菱FX2N系列的PLC對電站的氣系統(tǒng)部分進行自動控制設計，將原有的人工控制改為PLC自動控制。 49紅河學院本科畢業(yè)論文 (設計)第二章 岔河電站結(jié)構原理及改進方案 2.1岔河電站氣系統(tǒng)及改進方案 2.1.1氣系統(tǒng)的組成氣系統(tǒng)一般由空氣壓縮裝置、管道系統(tǒng)、測量和控制原件和用氣設備等四大部分組成，具體如下： （1）空氣壓縮裝置，它包括空氣壓縮機、電動機、貯氣罐和油水分離器等。 （2）管道系統(tǒng)。它由主干管道、分支管道和管件組成。管網(wǎng)將氣源和用氣設備聯(lián)系起來，進而向各用氣設備輸送和分配壓縮空氣。 （3）測量和控制元件，它包括

19、各種類型的自動化元件，如壓力繼電器、溫度信號器等測量元件主要作用是監(jiān)測，液壓閥，電磁閥，電磁空氣閥等執(zhí)行元件主要作用是控制，目的是保證壓縮空氣系統(tǒng)的正常運行。 （4）用氣設備。用氣設備主要有油壓裝置壓力油罐、制動閘、風動工具等。 2.1.2氣系統(tǒng)主要的工作任務 壓縮空氣系統(tǒng)是一個電站中十分重要的公用系統(tǒng)，它的主要作用是為機組自動控制系統(tǒng)中的眾多氣動執(zhí)行機構提供所需的操作氣源，與此同時它還提供其他雜用空氣。因此，空氣壓縮系統(tǒng)工作的安全性，直接影響到了電廠機組的安全運行，對安全生產(chǎn)極為重要。另外，保證壓縮空氣系統(tǒng)的安全從某種程度上來看，也就是在保障全廠生產(chǎn)的安全。所以，空氣壓縮系統(tǒng)又被比喻為一個電

20、廠的“神經(jīng)系統(tǒng)”。其中又將空氣壓縮系統(tǒng)分為高壓氣系統(tǒng)與低壓氣系統(tǒng)。高壓氣系統(tǒng)主要是給不設自動補氣的調(diào)速器油壓裝置和主閥操作的油壓裝置提供壓縮空氣，低壓氣系統(tǒng)主要是提供吹掃及剎車制動用氣。 2.1.3各用氣設備分布及工作氣壓 水電站中使用壓縮空氣的設備一般有以下七個部分： 球閥油壓裝置壓力油槽充氣，水機調(diào)節(jié)系統(tǒng)和主閥操作系統(tǒng)的能源，工作壓力為2.5-6Mpa; 機組停機時制動裝置用氣，工作壓力為0.7Mpa； 維護維修時風動工具及吹污清掃，工作壓力為0.7Mpa； 機組做調(diào)相運行時轉(zhuǎn)輪室內(nèi)壓水，工作壓力為0.7Mpa; 水輪機導軸承檢修密封圍帶用氣，工作壓力為0.7Mpa; 配電裝置中空氣斷路器

21、及氣動隔離開關的操作和滅弧用氣，工作壓力為2-2.5Mpa，為了干燥，要求壓縮空氣氣壓為工作壓力的2-4倍； 寒冷地區(qū)水工建筑物閘門、攔污柵、調(diào)壓井等防凍吹冰用氣，工作壓力為0.3-0.4Mpa，為了干燥，要求壓縮空氣氣壓為工作壓力的2倍。2.2岔河電站氣系統(tǒng)電氣原理圖岔河水電站氣系統(tǒng)采用了兩臺高壓空壓機和一臺低壓空壓機，高壓空壓機主要為球閥油壓裝置補氣，低壓空壓機主要為吹掃及剎車裝置提供所需用氣。整個系統(tǒng)由1#高壓空壓機和2#高壓空壓機、2#低壓空壓機、儲氣罐、壓力表、機組剎車控制柜、閥門和管道組成。系統(tǒng)采用三個儲氣罐來對各個部分的用氣進行嚴格的劃分： 吹掃儲氣罐主要提供岔河電站設備吹污及檢

22、修所需氣體； 制動儲氣罐主要提供1#機及2#機剎車裝置制動時所需的制動氣壓，其中剎車裝置又包含了兩個極為重要的部分，分別是復位腔和制動腔； 高壓儲氣罐主要提供球閥油壓裝置所需用氣。整個氣系統(tǒng)電氣原理圖如圖2-1所示：圖2-1岔河電站氣系統(tǒng)圖 （備注：虛線框內(nèi)2#機同1#機）設備主要參數(shù)如表2-1：名稱主要參數(shù)高壓系統(tǒng)低壓系統(tǒng)空氣壓縮機型號C2-20/30W-0.9/10數(shù)量、電功功率兩臺 5KW一臺 7.5KW冷卻方式油冷油冷排氣量1立方米/分鐘10立方米/分鐘排氣壓力10Mpa1.0Mpa 儲氣罐容積2立方米2立方米數(shù)量1只2只額定氣壓0.5-0.8Mpa0.5-0.8Mpa安全閥動作壓力&

23、gt;0.8Mpa0.62Mpa壓力過高信號0.8Mpa0.54Mpa 表2-1氣系統(tǒng)設備參數(shù)表設備圖例如圖2-2：圖2-2氣系統(tǒng)設備圖例電氣原理圖中各部分閥門如表2-3：0301低壓空壓機出氣閥0302吹掃用氣低壓儲氣罐補氣閥0303吹掃用氣供氣閥0304剎車用氣低壓儲氣罐補氣閥0305剎車供氣閥03061#高壓空壓機出氣閥03072#高壓空壓機出氣閥0308高壓空壓機對低壓儲氣罐補氣閥0309高壓儲氣罐補氣閥0310高壓供氣閥03111#，2#機總補氣閥13011#機剎車制動總供氣閥13021#機自動復位電磁閥進氣閥13031#機自動剎車電磁閥進氣閥13041#機手動剎車排氣閥13051#

24、機手動復位排氣閥13061#機自動復位電磁閥出氣閥13071#機自動剎車電磁閥出氣閥13081#機手動剎車排氣閥13091#機手動剎車進氣閥13101#機球閥油壓裝置補氣閥23102#機球閥油壓裝置補氣閥 表2-3 氣系統(tǒng)閥門編號及名稱 2.3現(xiàn)有氣系統(tǒng)在實際運行中存在的不足岔河水電站氣系統(tǒng)在實際運行中，只在剎車裝置處采用了部分自動控制，其自動控制包括： 1#機自動復位電磁閥進氣閥部分； 1#機自動剎車電磁閥進氣閥部分； 1#機自動復位電磁閥出氣閥部分； 1#機自動剎車電磁閥出氣閥部分； 2#機自動復位電磁閥進氣閥部分； 2#機自動剎車電磁閥進氣閥部分； 2#機自動復位電磁閥出氣閥部分； 2#

25、機自動剎車電磁閥出氣閥部分；以上這些剎車部分的自動控制都采用交流接觸器與熱繼電器實現(xiàn)，這致使岔河水電站在實際運行中存在了許多的不足，主要表現(xiàn)在以下方面: 第一，水電站氣系統(tǒng)基本無自動控制功能，即僅在低壓氣系統(tǒng)部分存在自動控制； 第二，必須經(jīng)驗豐富的工作人員人工操作控制，操作不到位或過操作都會致使系統(tǒng)不能正常工作，并會帶來因人為的誤操作而引起的安全問題； 第三，實際運行中無法快速達到穩(wěn)、準、快的工作要求。整個氣系統(tǒng)在實現(xiàn)自動控制過程中采用了大量的熱繼電器與交流接觸器，這樣的系統(tǒng)在實際運行中往往會顯得可靠性極低，造成繼電器燒毀、壓力接點粘連、電機燒毀等問題，分析原因如下： 采用220V強電控制是造

26、成系統(tǒng)粘連的主要原因。雖然電路中回路電流小于壓力接點的標稱容量，但由于國產(chǎn)壓力接點普遍存在的質(zhì)量問題，致使系統(tǒng)在實際工作中的通流能力達不到標稱容量，造成接點粘連； 繼電器線圈長時間帶電，致繼電器燒毀。因為在單臺空壓機工作過程中，向補氣罐的補氣時間一般不低于30分鐘，而繼電器線圈因啟動后一直都在接通電流，一旦壓力接點粘連，繼電器線圈就會因過電流燒毀； 空氣壓縮機本身具有“浪涌”特性，這使壓力接點普遍存在抖動現(xiàn)象，因抖動接點出現(xiàn)的拉弧，又會加劇接點粘連的過程，長時間的抖動和粘連致使電動機處于連續(xù)的啟停狀態(tài)，從而加大了電機燒毀的可能。 以上這些都是岔河水電站在實際運行中存在的主要問題，它在很大程度上

27、限制了岔河水電站的發(fā)展。2.4改進方案 岔河水電站低壓氣系統(tǒng)自動控制控制如圖2-3所示： 圖2-3 低壓氣系統(tǒng)工作電氣圖從岔河水電站低壓氣系統(tǒng)圖可知，其主要控制功能是通過繼電器對低壓空壓機進行自動控制，實現(xiàn)機組剎車制動。工作過程： 合上總閘QS，系統(tǒng)通電，按下SB1，低壓氣系統(tǒng)電機啟動，并在自保持作用下使K1繼電器觸合，低壓空壓機投入工作； 低壓空壓機投入后，在SAC處有自切除手，提供自動與手動控制選擇，其中1、3點為手動，2、4點為自動。選擇自動，則制動與復位都自動工作;如選手動，則需按下SB2制動按鈕，制動才能進行，制動完后再按下SB3才能完成復位過程； 按下SB4，整個低壓氣系統(tǒng)停止工作

28、。針對岔河水電站氣系統(tǒng)電氣原理圖與在實際運行中存在的不足，本設計提出岔河電站氣系統(tǒng)自動控制的改進方案，方框流程圖如圖2-4所示： 儲氣罐用氣氣路氣路主用空壓機備用空壓機控制信號 PLC控制柜 壓力信號 溫度信號 溫度信號 中控室圖2-4氣系統(tǒng)改進流程圖第三章 岔河水電站氣系統(tǒng)自動控制設計 3.1空氣壓縮機實現(xiàn)自動控制的基本要求在岔河水電站水電站的自動化設計中，根據(jù)電站的規(guī)模配置了兩臺高壓空氣壓縮機和一臺低壓空氣壓縮機和吹掃、制動、高壓三個貯氣罐，并且要使系統(tǒng)實現(xiàn)自動控制功能，還需配置相應的PLC控制柜。其自動控制系統(tǒng)應滿足以下基本要求： （1）通過對儲氣罐內(nèi)氣壓變化情況，自動實現(xiàn)壓縮機的啟停，

29、并自動向儲氣罐進行補氣，保證儲氣罐內(nèi)氣壓在規(guī)定范圍內(nèi)； （2）根據(jù)壓力下降限值或電機故障等不同情況對應該啟動的工作機和備用機進行定義。 （3）根據(jù)壓縮機的運行要求實現(xiàn)自動打開冷卻油閥門； （4）根據(jù)壓縮機的運行要求實現(xiàn)啟動時的卸載和定時排污，以保證壓縮機電機不帶負載啟動和保證氣體質(zhì)量； (5) 空氣壓縮機主備用機自動輪換工作； （6）具有氣壓過高、過低報警和溫度過高報警； 3.2 PLC型號及輔助設備的選擇 3.2.1 PLC型號的選擇 三菱公司是日本生產(chǎn)PLC的主要廠家之一。先后推出的小型、超小型PLC有F、F1、F2、FX2、FX1、FX0s、FX1s、FX0N、FX1N、FX2N、FX2

30、NC等系列。其中F系列已經(jīng)停產(chǎn)。由FX2機型所替代，屬于高性能疊裝式機種，也是三菱公司的主流產(chǎn)品。另外，三菱公司還生產(chǎn)A系列PLC的中大型模塊式機種，主要系列型號有AnS、AnA和Q4AR等。它們的點數(shù)較多，最多的可達到4096點，最大用戶程序儲存達12K步，一般用在控制規(guī)模較大的場合。A系列產(chǎn)品具有數(shù)百條功能指令，類型眾多的功能單元，可以方便地完成位置控制、模擬量控制及幾十個回路的PID控制，可以方便的和上位機及各種外部設備進行通信，在許多領域的自動化場合獲得應用。 20世紀90年代，三菱公司在FX系列的基礎上又推出了FX2N系列產(chǎn)品，該型號的機型在運算速度以及指令數(shù)量、通訊能力等方面都有了

31、較大的改善，是一種小型化、高速度、高性能、在各方面都相當于FX系列中最高檔次的超小型的PLC。 FX2N系列的PLC有基本單元、擴展單元、擴展模塊及特殊功能單元構成。其頂視圖如3-1所示：圖3-1 FX2N可編程控制器頂視圖FX系列的PLC的硬件包括基本單元、擴展單元、擴展模塊、模擬量輸入輸出模塊、各種特殊功能模塊及外部設備等?；締卧菢嫵蒔LC系統(tǒng)的核心部件，內(nèi)有CPU、存儲器、I/O模塊、通信接口和擴展接口等。FX系列的PLC有眾多的子系列，其中FX0s系列PLC功能簡單，價格便宜，適用于小型開關量控制系統(tǒng)，它只有基本單元，沒有擴展單元。其基本單元如表3-1和圖3-2所示：表3-1 FX

32、2N系列的基本單元 型號輸入點數(shù)輸出點數(shù)AC電源 100-240VDC電源24V繼電器輸出晶體管輸出繼電器輸出晶體管輸出FX0s-10MR-001FX0s-10MTFX0s-10MR-DFX0s-10MT-D64FX0s-14MR-001FX0s-14MTFX0s-14MR-DFX0s-14MT-D86FX0s-20MR-001FX0s-20MTFX0s-20MR-DFX0s-20MT-D128FX0s-30MR-001FX0s-30MTFX0s-30MR-DFX0s-30MT-D1614 續(xù)表3-1型號輸入輸出-FX0s-30MR-D12-1614-FX0s-14MR-D12-86 圖3-2

33、 FX0N系列基本單元 FX0s容量為800步，有20條基本指令，兩條步進指令，35種50條功能指令。FX0s編程元件包括500多條輔助繼電器，64條狀態(tài)寄存器，56個定時器和一個模擬定時器，有16個16位的計數(shù)器及4點1相7KHZ或1點2相32位高速加/減位計數(shù)器，61點16位數(shù)據(jù)寄存器，還有點轉(zhuǎn)移用跳步指針及4點中斷指針。 FX0N系列PLC的基本單元如圖3-4所示。共有12種，最大的I/O點數(shù)為60，它可帶3種擴展單元，7種擴展模塊，可組成24-128個I/O點的系統(tǒng)。其基本單元如表3-2和圖3-3所示： 表3-2 FX0N系列基本單元 型號輸入點數(shù)輸出點數(shù)擴展模塊可用點數(shù)AC電源100

34、-240VDC電源24V繼電器輸出晶體管輸出繼電器輸出晶體管輸出FX0N-24MR-001FX0N-24MTFX0N-24MR-DFX0N-24MT-D141032FX0N-40MR-001FX0N-40MTFX0N-40MR-DFX0N-40MT-D241632FX0N-60MR-001FX0N-60MTFX0N-60MR-DFX0N-60MT-D362432 圖3-3 FX0N系列基本單元 FX0N的EEPROM用戶存儲器容量為2000步?；局噶钣?0條，步進指令2條，應用指令36種51條。FX0N有500多點的輔助繼電器，128點狀態(tài)寄存器，95個定時器和45個計數(shù)器（其中高速計數(shù)器1

35、3個）還有大量的數(shù)據(jù)寄存器，76點指針用于跳轉(zhuǎn)，中斷和嵌套。FX0N有較強的通信功能，可與內(nèi)置RS-232C通信接口的設備通信，如使用FX0N-485APP模塊，可與計算機實現(xiàn)1：N（最多8臺）的通信。FX0N還備有8位模擬量輸入輸出模塊（2路輸入，1路輸出）用以實現(xiàn)模擬量的控制。由于FX0N體積小、功能強、使用靈活，特別適用于由于安裝尺寸的限制而難以采用其他PLC的機械設備上。 FX2N系列是FX家族中最先進的PLC系列。它的基本單位有16/32/48/65/80/128點，6個基本FX2N單元中的每一個單元都可以通過I/O擴展單元擴充為256 I/O點，其基本單元如表3-3和圖3-4所示：

36、 表3-3 FX2N系列的基本單元型號輸入點數(shù)輸出點數(shù)擴展模塊可用點數(shù)繼電器輸出晶閘管輸入晶閘管輸出FX2N-16MR-001FX2N-16MSFX2N-16MT8824-32FX2N-32MR-001FX2N-32MSFX2N-32MT161624-32FX2N-48MR-001FX2N-48MSFX2N-48MT242448-64FX2N-64MR-001FX2N-64MSFX2N-64MT323248-64FX2N-80MR-001FX2N-80MSFX2N-80MT404048-64FX2N-128MR-001-FX2N-128MT646448-64 圖3-4 FX2N系列基本單元 F

37、X2N具有豐富的元件資源，有3072點輔助繼電器。提供了多種特殊功能模塊，可實現(xiàn)過程控制位置控制。有多種RS-232C/RS-422/RS-485串行通信模塊或功能擴展版支持網(wǎng)絡通信。FX2N具有較強的數(shù)學指令集，使用32位處理浮點數(shù)。具有方根和三角幾何指令滿足數(shù)學功能要求很高的數(shù)據(jù)處理。盡管FX中的FX0s、FX1s、FX1N、FX2N等在外形尺寸上相差不多，但在性能上有較大的差別，其中FX2N、FX2NC子系列，在FX系列的PLC中功能最強、性能最好。FX系列的PLC主要產(chǎn)品的性能比較如表3-4所示：表3-4 FX系列PLC主要產(chǎn)品的性能比較型號I/O點數(shù)基本指令執(zhí)行時間（微秒）功能指令模

38、擬模塊量通信FX0s10-301.6-3.650無無FX0N24-1281.6-3.655有較強FX1N14-1280.55-0.7177有較強FX2N16-2560.08298有強 綜合以上幾種FX系列PLC的比較結(jié)果及岔河水電站氣系統(tǒng)實際的I/O點數(shù)，可以看出FX2N系列的PLC在性能等方面上都占據(jù)了極大優(yōu)勢，并且指令執(zhí)行時間快速、通信能力強，極易實現(xiàn)自動控制中穩(wěn)、準、快的工業(yè)要求要求，所以本設計選用三菱FX2N-128MR型號的PLC。 3.2.2 輔助設備的選擇 為了實現(xiàn)水輪發(fā)電機及其輔助設備的自動化，需要采用許多用途不同的自動化原件，借助于電氣的、機械的和液壓的連接，與被控制的設備聯(lián)

39、系起來，組成一個自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)對機組和輔助設備的自動控制、監(jiān)測和調(diào)節(jié)。自動化原件由于它所擔負的任務的不同可分為信號原件和執(zhí)行元件等。例如，機組在同期并列和停機時要有轉(zhuǎn)速信號器，機組軸承監(jiān)測要有溫度信號器，是調(diào)速器和油壓裝置油壓及儲氣罐氣壓保持一定壓力要有壓力信號器，保證機組供水和排水的自動控制要有液位信號器和示流信號器，防止導葉被卡要有剪斷銷信號器，以上所述的是信號元件。為了達到自動控制的目的，在油、氣、水管道上還必須設有電磁閥、電磁配壓閥、液壓操作閥和接觸器等執(zhí)行元件。 為了實現(xiàn)氣系統(tǒng)的自動控制，必須對其輔助設備進行選取，輔助設備包括溫度信號器、壓力信號器、液位信號器和電磁閥、電磁空氣閥、

40、液壓閥。 溫度信號器 在機組及輔助設備中，各發(fā)熱部件和各摩擦表面的工作溫度均有一定的工作溫度。如果溫度超過這個極限，則可能引起這些部件或摩擦表面燒毀，因此，必須對各發(fā)熱部件和摩擦表面的溫度進行監(jiān)視。一般采用溫度信號器來監(jiān)測發(fā)電機的推力、上下導軸承的軸瓦溫度，監(jiān)視發(fā)電機定子線圈和鐵芯的溫度，監(jiān)視發(fā)電機空氣冷卻器的進出口氣溫以及軸承油槽內(nèi)溫度等。當溫度升高到整定值上限值時，發(fā)出故障溫度信號；當溫度繼續(xù)上升到危險的過高值時，發(fā)出水力機械事故信號并作用于機組事故停機。 水電站常用的溫度信號器有WTZ-288型電觸點壓力式溫度計和XCT-112型動圈式溫度指示調(diào)節(jié)儀。 a.WTZ-288型電觸點壓力式溫

41、度計 WTZ-288型電觸點壓力式溫度計是一種基于一定容積的密封系統(tǒng)內(nèi)氣體或液體的飽和蒸汽（如氯甲烷等）的溫度與壓力之間具有一定的變化關系構成的，溫度信號器包括測溫系統(tǒng)、傳動指示機構及電觸點裝置三部分。 該溫度信號器的缺點是反應速度慢、毛細管容易損壞且無法修復、動作值不夠準確和精度低等。 b.XCT-112型動圈式溫度指示調(diào)節(jié)儀 XCT-112型動圈式溫度指示調(diào)節(jié)儀與熱電偶配合使用，溫度測量范圍-200-500攝氏度，即可進行溫度測量指示，還可作自動調(diào)節(jié)或報警，是一種全程指示的電子式調(diào)節(jié)儀表，儀表采用槽形表結(jié)構，便于布置、安裝。 儀表有測量指示、調(diào)節(jié)和電源等三部分組成。測量部分采用動圈、平衡電

42、橋結(jié)構，溫度檢測元件熱電阻Rt安裝在需要監(jiān)視溫度的位置，其阻值將隨溫度的變化而變化，破壞平衡電橋，使動圈在磁場中旋轉(zhuǎn)直到平衡，而指針位置也隨之改變只是新的溫度值。另外，調(diào)節(jié)部分有兩個電子繼電器分別輸出上限和下限信號。 XCT-112型動圈式溫度指示調(diào)節(jié)儀的優(yōu)點是反應靈敏、精確度高、工作穩(wěn)定和安裝使用維護方便。 壓力信號器 壓力信號器主要用于監(jiān)視油、水、氣系統(tǒng)的壓力。在機組制動系統(tǒng)、油壓裝置的壓力油罐、氣系統(tǒng)的儲氣罐以及技術供水管路上，均裝設有壓力信號器，以便根據(jù)壓力值而實現(xiàn)自動控制。水電站常用的壓力信號器有YX型壓力信號器、電觸點式壓力信號器以及半導體式壓力變送器。 a.YX型壓力信號器是一種

43、無刻度儀表，利用彈簧管的變形來帶動水銀開關的接通或斷開而發(fā)出信號。 YX型壓力信號器的主要優(yōu)點是觸點容量大、斷弧性能好。其缺點是是脹圈容易漏油漏氣，補焊后彈簧力要其變化而不能使用，要經(jīng)常更換，調(diào)整困難；受振動時易勿動，無明顯的壓力值指示。 b.電觸點式壓力信號器是一種有刻度指示并能發(fā)出電信號的儀表。在水電站中主要用于壓縮空氣系統(tǒng)及油壓系統(tǒng)。當被測介質(zhì)壓力值超過或低于整定值時，信號器發(fā)出相應的信號。 信號器由表殼、測量系統(tǒng)和電接點裝置等組成。測量系統(tǒng)由接頭、單圈彈簧管和傳動機構組成。電觸點裝置是由三個（上限、下限、活動）導電針及相應的觸點組成。 電觸點式壓力信號器的主要優(yōu)點是調(diào)節(jié)容易、不易受振動

44、而誤動。但脹圈有漏油漏氣現(xiàn)象，電觸點觸點容量小在動作值附近工作有抖動現(xiàn)象，易產(chǎn)生拉弧現(xiàn)象而燒毀觸點。 c.壓力變送器 壓力變送器是將輸入的液體、氣體的壓力值變成電信號值輸出，以便于進行遠距離測量、集中檢測和自動控制。 壓力變送器的結(jié)構原理有很多，但在實際生活中，常使用的是PT301型壓力變送器。 PT301型壓力變送器主要由擴散硅壓力傳感器、放大線路板和殼體等組成，工作電源DC24V。擴散硅壓力傳感器是一種優(yōu)良的壓阻式壓力傳感器。它采用先進的半導體電子技術進行微細加工并經(jīng)過厚膜電路技術對敏感元件進行溫度補償，具有精度高、體積小、成本較低和抗過載能力強等優(yōu)點，是目前應用最廣泛的壓力傳感器之一。測

45、量范圍大，最小0-200Pa，最大0-400MPa. 工作原理：擴散硅壓力傳感器是利用單晶硅的呀阻效應，采用IC工藝技術在單晶硅上擴散四個等值應變電阻，組成電橋。不受壓力作用時電橋處于平衡狀態(tài)；當受到壓力（或壓差）作用時，電橋的一對橋臂電阻變大，另一對變小，電橋失去平衡。若對電橋加一恒定的電壓（電流），便可檢測到對應于所加壓力的電壓信號，從而達到測量液體、氣體壓力大小的目的。 液位信號器 液位信號器主要用于機組的推理油槽，上、下導軸承油槽及其他油槽內(nèi)的監(jiān)視，以及水輪機頂蓋的漏水排水、集水井排水和調(diào)相壓水等液位的監(jiān)視和自動控制。目前，水電站廣泛采用的是浮子式液位信號器、電極式水位信號器和半導體水

46、位信號器。 a.浮子式液位信號器的結(jié)構雖然有所不同，但可以分成兩個部分：浮子部分和觸點機構部分。其主要的部件有浮子、導向管、觸點、接線座和限位圈等。 常用的浮子式液位信號器有ZWX-150型和FX-2型，多用于監(jiān)視發(fā)電推力軸承和導軸承油槽液位；FL型，多用于監(jiān)視漏油液位、水輪機頂蓋和蓄水池水位；YW-67型，多用于監(jiān)視集水井水位和調(diào)相機組轉(zhuǎn)輪室水位。 b.電極式水位信號器 電極式水位信號器是利用水的導電性，用電極監(jiān)視或者控制水位的高低，視需要可用兩個或數(shù)個信號器配合使用。主要應用于當水輪發(fā)電機機組做調(diào)相運行時，監(jiān)視水輪機轉(zhuǎn)輪的水位，同時與SXZ-2型水位信號裝置配合去自動控制壓縮空氣的供給，使

47、轉(zhuǎn)輪室水位保持在規(guī)定范圍內(nèi)，減少機組有功損耗，有時也用于監(jiān)視頂蓋排水和集水井水位。 電極式水位信號器DJ有兩個相互絕緣的電極，通常是不接通的，當水位上升把兩個電極都浸入水中時，利用水的導電性，使兩個電極成為電的通路，發(fā)出相應的水位信號。DJ-20型電極式水位信號器有電極、底座和蓋組成，共有兩個電極，DJ1和DJ2分別對應上、下限水位。SZX-2型水位信號器裝置由電流繼電器、變壓器及橋式整流器等組成。 在水電站中，習慣上稱DJ1和DJ2兩電極為調(diào)相電極，因為長期浸泡在水中很容易受腐蝕或表面結(jié)垢，所以必須采用勤清洗措施。一般在機組大小修期間進行清洗工作。 c.半導體水位信號器 半導體水位信號器由水

48、位信號元件和水位信號器兩部分組成。 電磁閥 電磁閥是水輪發(fā)電機組自動化系統(tǒng)中重要的元件之一，電磁閥是將電氣信號轉(zhuǎn)化為機械動作的執(zhí)行元件，用來控制油、水、氣自動控制管路上閥門的關閉和開啟。其結(jié)構一般由電磁機構和閥體兩部分組成。水電站常用的有DF1型電磁閥和ZT直流電磁鐵操作的電磁閥。 a.DF1型電磁閥 該電磁閥是利用電磁鐵操作的管道自動閥門，在水電站中主要用于制動系統(tǒng)，調(diào)相補氣及冷卻水系統(tǒng)油 、氣、水的管路上做自動閥門，具有機構緊湊、體積小和消耗功率小等特點。 這種電磁閥依靠工作介質(zhì)的壓力來啟閉電磁閥，所以電磁鐵的功率可以很小，額定功率小于10VA。但電磁閥在開啟的整個過程中其線圈始終帶電，并

49、且一旦失去電則電磁閥就關閉，容易誤操作，這是其缺點，所以單線圈電磁閥一般用在短時通電的場合。 b.DF-50型電磁閥 DF-50型電磁閥在油、水、氣管路上比DF1型電磁閥應用更為廣泛，它通過ZT型雙線圈直流電磁鐵來實現(xiàn)遠距離控制閥門的啟閉。 ZT型直流電磁鐵主要由電磁鐵等操動機構、觸頭機構、釋放機構及輔助部件等部分組成。其中電磁鐵有兩個電磁線圈，一個叫吸引線圈或動作線圈，另一個叫脫扣線圈或釋放線圈，所以也叫做雙線圈電磁閥。線圈只能短時間帶電并有鎖扣機構，工作時不帶電，所以失去電源也不會誤動。由于電磁閥的電磁線圈功率較大，所以控制該線圈的電觸點的容量也應較大。ZT型電磁鐵可以電動操作，也可以手動

50、操作。 電磁空氣閥 電磁空氣閥主要用于機組的制動系統(tǒng)和主閥密封圍帶壓縮空氣管路的通斷自動控制。目前，水電站常用的電磁空氣閥有DK-2、DK-10、DK-18和DK-20等多種。 DK-20型按差動原理設計，在閥內(nèi)通過氣源操作，故電磁鐵功率較小，配用單線圈電磁鐵，可長期通電工作。該閥具有功率小、結(jié)構精巧等優(yōu)點，適用于介質(zhì)壓力為0.4-1MPa的壓縮系統(tǒng)。該閥主要由電磁線圈。靜鐵芯、動鐵芯、殼體和閥塞彈簧等組成。該閥為立式安裝于氣管路上。 液壓閥 液壓閥是一種利用油壓操作啟閉的截止閥門，可用于油、氣、水管路上，借以實現(xiàn)管路內(nèi)流體的通過或截止的遠距離控制。使用時，一般與電磁配壓閥組合，必須在具備電源

51、及一定的壓力油源的場合使用。 水電站常用的有SF型液壓操作和YF型油閥。 a.SF型液壓操作閥SF型液壓操作閥主要由截止閥本體和液壓操動機構兩部分組成。一般與DP型電磁配壓閥組合使用，應用于壓力小于2500000Pa的水或壓縮空氣管道上，最大操作油壓為4000000Pa。SF型有Dg50、Dg80、Dg100、Dg150、Dg200五種規(guī)格。 b.YF型油閥 YF型油閥是受配壓閥壓力油控制啟閉的截止閥，主要應用于壓力油管道需要遠距離控制油路通斷的地方。不同管徑的液壓閥都是由兩部分組成：一是油壓操作部分，最大工作油壓為4000000Pa；二是閥門部分，最大工作壓力為2500000Pa。這種閥門的

52、特點之一就是當失去油壓時，閥門能自動關閉。規(guī)格有YF-50、YF-80、YF-100和YF-150四種。綜上所述，結(jié)合岔河水電站實際情況，監(jiān)測元件選擇PT301型壓力信號器，浮子式液位信號器和XCT-112型動圈式溫度信號調(diào)節(jié)儀；執(zhí)行元件選擇DF-50型電磁閥，DK-20型電磁空氣閥和YF型液壓閥，進而對岔河水電站氣系統(tǒng)進行自動控制設計。3.3 PLC實現(xiàn)氣系統(tǒng)部分自動控制工作原理流程 PLC實現(xiàn)氣系統(tǒng)自動控制工作流程(圖中單位均為MPa)，如圖3-5所示：圖3-5 氣系統(tǒng)自動控制工作流程圖 3.4 氣系統(tǒng)自動控制綜合設計 球閥油壓裝置部分設計 岔河水電站在球閥油壓裝置部分設置有兩臺油泵電機M1和M2，在正常的情況下只有一臺電動機單獨工作，另一臺電動機則處于備用狀態(tài)，