基于PLC的电厂主变压器冷却自动控制系统的设计.pdf

1 5 0 机床与液压2 0 0 6 ． N o ． 1 2 基于 P L C的电厂主变压器冷却 自动控制系统的设计 李芳 广东商学院信息学院计算机系，广州5 1 0 3 2 0 摘要为了满足某水电厂主变压器负荷 同时的冷却要求 ，并达到节能的目的，采用 P l c作为主控制器对冷却器组进 行控制，本文介绍 r 该 自动控制系统的硬件体系结构的设计，以及基于 P L C的I ／ 0端 几的行列式扩展没计及其定时中断程 序设计。为顺利完成主变压器冷却系统的自动控制奠定基础。 关键词主变压器 ；冷却；行列式扩腱；P L c 中图分类号T P 2 7 3 文献标识码B 文章编号1 0 0 1 3 8 8 l 2 0 0 6 1 21 5 0 3 De s i g n o f C o o l i n g Au t o ma t i c C o n t r o l S y s t e m o f P o we r P l a n t Ma i l l T r a n s f o r me r Ba s e d蚰P LC LI Fa n g I n f o r ma t i o n C o l l e g e ，G u a n g d o n g B u s i n e s s C o l l e g e ，G u a n g z h o u 5 1 0 3 2 0，C h i n a Ab s t r a c t T h e P L C w a s u s e d t o c o n t r o l t h e c o o l e r s o f n l a i fl t r a n s f o r me r i n o r d e r t o s a v e e n e r g y a n d s a t i s f y d i f f e r e n t c o o l i n g r e q u i r e me n t w h i l e t h e ma i n t r a n s f o r me r u n d e r d i ff e r e n t l o a d ．Ho w t o d e s i g n t h e h a r d w a r e s t r u c t u r e o f c o o l i n g a u t o ma t i c c o n t rol s y s t e m o f w a t e r p o we r p l a n t ma i n t r a n s f o r me r a n d I ／ O e x t e n s i v e e l e c t r o n i c b o a r d a n d t i me i n t e r r u p u t p r o g r a m w a s d e s c r i b e d ． Ke y wo r d s Ma i n t r a n s f o F ree r ；Co o l e r ；I ／ O e x t e n s i v e e l e c t r o n i c b o a r dP I C O 引言 主变压 器是 电厂的 关键设备之一。由于在 不同的时间段，主变压 器的负荷不同，产生的 热量也不同，因此必须 对主变压器进行冷却， 使主变压器在负荷高峰 图1 主变压器冷却器分布图 时不会过热，从而确保主变压器的运行安全，在负荷 小的时候可以较少使用甚至关闭冷却系统，以节约能 源。正是出于以上目的，广东省英德市长湖水电厂对 该厂主变压器的冷却系统进行了改造。该厂主变压器 型号为 S F P 7 9 0 0 0 0 ／ 2 2 0 ，额定 电压 2 4 2土 22 5 ％／ 1 0 ． 5 k V，共使用 8组冷却器进行风冷 ，分布如图1 所 示。每组冷却器采用4台4 0 0 W 的风机和 1台3 k W 的 潜油泵，系统共计冷却风机 3 2台、潜油泵 8台。原 来冷却器采用手动控制方式，控制效果不好 ，而且 冷却器组各风机的使用寿命不均衡。某些冷却器组 风机使用过度，而另外 一些却几乎没 有使用。为 此 ，对主变压器冷却器的控制系统进行改造 ，采用 P L C作为主控制器进行冷却器组控制，本文详细介 绍了主变压器冷却 自动控制系统的硬件体系结构的 设计 ，以及对 P L C的 I ／ O端 口的行列式扩展设计及 其定时中断程序设计。这些为顺利完成主变压器冷 却系统的控制奠定基础。 1 主变压器冷却控制系统的硬件体 系结构设计 1 ． 1 冷却控制 系统的设计要求 电厂主变压器原来使用的冷却系统是手动控制 ， 没有相互的连锁和保护 ，不能远程控制、数据交换 等。通过改造必须实现以下要求 1 冷却控制系统采用双电源，并且具有电气 触点互锁 ； 2 主交流接触器具有机械互锁； 3 具有主变压器过负荷保护功能； 4 具有_丰变压器上层油温过高保护功能； 5 具有潜油泵故障报警和保护功能； 6 具有冷却风机故障报警功能； 7 具有手动控制功能，并且在控制器失效情 况下 ，可以手动对全部冷却器进行有效控制； 8 具有电源缺相检测功能； 9 具备人机交互功能； 1 0 具备远程计算机控制的接口。 1 ． 2 冷却控制 系统硬件体 系结构的设计 根据 电厂提出的上 述要求，设计的冷却控 制 系统硬件体 系结构如 图 2所 示，其中，手 动 控 制 部分 完 全独 立 于 自 动控制部分，不受 P L C 影响，当出现程序运行 错误 、掉 电等特殊情况 图2 冷却控制系统 硬件体系结构 风 反 号 时也可以有效控制冷却。从图2中可见 ，冷却 自动控 制系统以西门子的P L C s 7 2 0 0作为控制器 ，带有一 个模拟量扩展模块，用于获取温度传感器和负荷传感 器传送上来的信号；带有一个网络传输模块 E M 2 7 7 ， 用于连接 P R O F I B U S网络，从而实现与上位计算机的 基金项目广东省 “ 十五”重大专项科技资助项目 A1 0 4 0 1 0 1 维普资讯 机床与液压2 0 0 6 ． N o ． 1 2 1 5 1 数据交换 ；带有一个 8输入 8输 出的数字量扩展模 块 ，用于 -q行列式 I ／ 0扩展板连接，通过 6 个输入端 口和6个输出端 E j 获取 3 2台风机的反馈信号，带有 A L T E C人机界面，用于参数设置。 表 1 1 ． 3 冷却 自动控制 系统硬件的 1 ／ O设计 根据冷却 自动控制系统的实际情况以及西门子 P L C的硬件配置⋯，设计的硬件 I ／ 0及其相关功能如 表 1 所示 。 1 ／ O点 功 能 说 明 1 0 ． 0 1 电源缺相 检测 I O ． 1 2 电源缺相检测 l O ． 2 双电源手动控制 I O ． 3 双电源自动控制 I O ． 4 冷却系统手动控制 1 0 ． 5 冷却系统 自动j 卒制 在系统中 设计有蜂鸣器，当系统出现报警或者故障情况，蜂呜器将发出声音 1 0 ．6 消肯控制 报警 。该输入点的作用是，可以通过切换开关，父闭蜂鸣器的报警功能 I O ． 7 故障复位 I 1 ． 0 1 潜油泵油流故障信号 用于 1 潜油泵管路堵塞故障的报警 ● l 1 ． 7 8 潜油泵油流故障信号 ， } _f j 于 8 潜油泵管路堵塞故障的报警 I 2 ． 0 1 潜油泵过电流故障信号 用于 1 潜油泵过电流故障的报警 - ● I 2 ． 7 8 潜油泵过电流故障信号 用于 8 潜油泵过电流故障的报警 采用铂电阻传感器榆测温度 ，输 出给 P L C的信号为 4～2 0 m A，需要转变为 A I W0 主变J玉器 卜 层油温检测 02 0 m A的信号以便适合 P I c 采用电流互 感器检测负荷，输 出给 P L C的信号为 42 0 m A，需要转变为 A I W2 主变压器负倚检测 0～2 0 m A的信 号以便适合 P L C Q o ． 0 1 电源投入运行控制 当 l 电源无缺相故障，则 1 电源投入运行 当 1 电源有故障且 2 电源尤缺相故障，则2 电源投入运行且报警。如果二路 Q o ．1 2 电源投入运行控制 电源均有故障 ，则报警并停止系统运行 Q o ． 2 1 冷却器组投入运行控制 当 1 冷却器组没有油路堵塞故障、过电流故障且风机的故 障数量不大于 2 台，则 1 冷却器组可以投入运行 - 当6 冷却器组没有抽路堵塞故障、过电流故障且 机的故障数量不大于 2 Q o ．7 6 冷却器组投入运行控制 台 ，则 6 冷却器组可以投入运行 当7 冷却器组没有油路堵塞故障、过 电流故障且风机 的故障数量不大于 2 Q1 ． o 7 冷却器组投入运行控制 台 ，则 7 冷却器组可以投入运行 当8 冷却器组没有 油路堵塞故障、过 电流故障且风机 的故障数量不大于 2 Q1 ． 1 8 冷却器组投入运行控制 台 ，则 8 冷却器组可以投入运行 当任意一台潜油泵故障 包含油路堵塞故障或者过电流故障 ，则该组冷却 Q I ． 2 潜油泵故障报警灯 器停止运行并点亮报警灯 ，激活蜂鸣器 当任意一台风机故障时，则点亮报警灯。但是只有一组 中故障风机台数大于 Q I ， 3 风机故障报警灯 2台时才停止该组冷却器并激活蜂鸣器 当温度传感器故障时 ，送给 P L C的信号将远高于 1 0 0 C，此时点亮故障灯并 Q 1 ． 4 温度异常故障报警灯 激活蜂鸣器 为了确保主变压器的安全，必须限定主变压器的最大负荷，当超过该极限负 Q 1 ． 5 主变压器过负荷报警灯 荷时 ，点亮报警灯并激活蜂鸣器 Q1 ． 6 蜂鸣器投入运行控制 维普资讯 1 5 2 机床与液压2 0 0 6 ． N o ． 1 2 1 ． 4 基于 P L C的 I ／ 0端口行列式扩展设计 根据电厂提出的要求 ，冷却器组中的任意一台风 机发生故障时，都要给出报警信号。为此，必须把风 机的实时运行情况不断反馈给 P L C 。采用的方法是从 控制风机投入运行的接触器辅助触点接一条信号线到 P L C 。然而由于主变压器共使用了 3 2台风机进行冷 却，如果每台风机都接一条信号线到 P I C，那么 P L C 需要配置 4个 8输入的模块 ，这样不仅大大增加成 本，而且 自动控制系统体积增大很多，影响在控制柜 中的布置。为此，采用行列式扩展 设计的方法对 P L C的 I ／ O端口进行扩展，用一块 8输入 8 输出模块 实现3 2台风机反馈信号的接入。 采 用 行 列 式 方 法 扩展 I ／ 0端 口，就是设 计一块具有 行线和列 线 的电路板，行线接 到 P L C 的输 入 端 口， 列线接到 P L C的输 出 端 口。外部每 台冷却 风机 的的故 障输入信 号线 接到行 线与列线 相交 的点。采 用定 时 中断 的方 式，从 P L C 的输 出端 口相应触 点 风机2 5 风机 2 6 ⋯一 l⋯ ⋯ i “ 【u 7 一 1 1 __ 风 机I 6 I ⋯一 图3 行列式扩腱 I ／ 0 板电路原理图 轮流输出信号，以轮流使能每条列线 ，此时如果行线 上有风机故障信号，则该信号输入到 P L C 。P L C采集 到信号之后，根据这个信号对应的列线 与行线的组 合，可以确定发生故障的风机的编号 ，从而给出提示 信息和报警。在行线与列线相交的地方，需要一个器 件以实现列线轮流使能行线，在此使用的是固态继电 器 S S R 。使用 P L C的8输入 8 输出扩展模块 ，构建行 列式扩展电路板的原理如图3所示。 从 图 3 可 见 ， 互 ． 塑 使用 P L C的8输入8 输出模块可 以构建 6 4路的输入扩展板。 当 Q 2 ． 0有效时，风 机 1 ～风机 8 的故 障 信 号 允 许 送 到 P L C的 I 3 ． 0～I 3 ． 7 ； 当 Q 2 ． 1 有效时，风 机 8 ～ 风机 1 6 的故 障 信 号 允 许 送 到 P L C的 I 3 ． 0～I 3 ． 7 ； ⋯⋯ 当 Q 2 ． 7有效时， 出讦＼＼ Y l 器 l 2 ／ ] ＼ ．／ ～ 主 N I I 复位Q 2 ． 7 ， 簧位Q 2 ． 0 ，输 “ 童 l 出计数器 输出计数器 Yl 避盟主 堑 塑壁 【 器 2 ； ／ f蔷 篝 鐾 辨 虫 罄 Il ， 结束定时中断程序 出 结束 图4 定时中断程序流程图 风机 2 5 ～风机 3 2 的故障信号 允许送到 P L C的 I 3 ． 0～ T 3 ． 7 。这样通过定时中断程序 轮流使能每条列线 ，从而采样每条行线上的信号，达 到扩展的 目的。这种扩展方式的缺点在于实时性不 高。系统采用的足继电器型的 P L C，经过实践表明， 采用5 0 0 m s 的定时中断比较合适。定时中断程序流程 图如图 4所示 。 在系统初始化时，令输出计数器 l ，而后激活 5 0 0 m s 的定时中断。这样每隔5 0 0 m s 定时中断程序就 会运行一次。每次运行时，置位一个输出端口以激活 一 条列线，同时复位上次的输出端 口，并使得输出计 数器 输 出计数器 1 。当输出计数器 7时，在进 行置位与复位的同时，令输m计数器 l ，从而循环 激活输 出端 口。 2 结束语 主变压器足电厂的关键 没各之⋯。由于在不同的 时间段，主变压器的负荷不同，产生的热量也不同， 因此必须对主变压器的冷却系统进行自动控制 ，使主 变压器在负荷高峰时小会过热，从而确保主变压器的 运行安全，在负荷小的时候可以较少使用甚至关闭冷 却系统，以节约能源。本文详细论述了主变压器冷却 自动控制系统的硬件体系结构的设计，以及 I ／ O端 口 的行列式扩展设计及其定时中断程序设计。这些为顺 利完成主变 器冷却系统的自动控制奠定基础。 参考文献 【 1 】两门子s 7 2 0 0 P I C于册． 【 2 】李朝青 ． 单片机原理及接口技术 [ M]． 北京北京 航大航空大学出版社，1 9 9 6 ． 【 3 】张毅刚，修林成 ，胡振江 ． 单片机应用设计 [ Mj． 『IA 尔滨哈尔滨工业大学出版卡 t ，1 9 9 2 ． 【 4 】 蔡启仲，王鸣桃． P L C控制系统的行列式键盘的设计 ‘ 编程方法 [ J ]．工业控制计算机，1 9 9 4 5 1 7 21 ． 作者简介李芳 1 9 7 6 ． 4 -- ，女 ，广东商学院信息 学院计算机系教师，主要从事人工智能和控制工程方面 的研究 。电话 0 2 03 1 7 2 9 5 3 5，1 3 0 7 3 0 6 4 7 2 1 ，Em a i l l i f a n g O 6 0 9 1 2 6 ． C O n l 。 收稿 日期 2 0 0 5一l 1一l O 上接 第 1 4 9页 【 6 】许吉庆 ． C 6 1 6车床的数控化改造设汁 [ J ]．机械制 造 ，1 9 9 9 ，3 7 1 3 8 4 0 作者简介武友德，男，1 9 6 5年生，留学生 ，硕士 ， 副教授，主要研究方向为数控新技术及数控化改造方面研 究。主耍研究成果有申请国家发明专利 2项 ，获得市级 科技进步奖 2项，发表科技沧文 6篇 ，出版专著和教材 5 部。E～ ma i l w y d s c e t c ． n e t 。 收稿 日期 2 o o 51 1 2 3 日 维普资讯