PCS7系统在三峡右岸电站油压装置集中测控中的应用

王立贤，杨 威

（哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江 哈尔滨 150040）

PCS7系统在三峡右岸电站油压装置集中测控中的应用

王立贤，杨 威

（哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江 哈尔滨 150040）

主要讲述了三峡右岸电站调速器油压装置集中测控系统的实现，介绍了该系统的构成及功能实现，充分展示了该系统的高可靠性、稳定性和方便性。

PCS7；油压装置；S7-400H

0 引言

水轮发电机调速系统油压装置的作用是为调速系统提供安全、可靠、稳定的压力油源，以实现水轮发电机组的开停机、频率和负荷调节。水轮机调节系统油压装置运行的可靠性、稳定性直接关系到主设备的安全和发电的质量，油压装置自动化控制的可靠性是机组安全稳定运行的保证。主要讲述三峡右岸电站油压装置集中测控系统的软、硬件的构成及功能的实现等。油压装置集中测控系统从多个方面采用先进的设计理念，从硬件和软件两个方面提高系统的可靠性、安全性，使系统适应电站的运行环境，运行更加稳定并具有较好的运行效率，实现对油压装置系统的全面控制和监测，采用先进的模块化控制手段，以自动化元件的测量信号作为控制依据，利用软件程序实现各种工况的可靠控制。

1 油压装置的结构及工作原理

油压装置机械液压系统图见图1。液压系统由回油箱总装、压力罐总装、油泵电机单元、隔离阀装配、精细滤油装置、事故配压阀总装、液控单向节流阀及相应的管路、阀门及自动化元件等组成。以第一台泵组为例。由电动机驱动螺旋油泵101PO，从回油箱净油区吸油，经过滤油器101FI到达油泵，经过油泵增压后，在通过滤油器101FI到达卸荷安全阀。在卸荷安全阀卸荷状态，油经过冷却器200EH回到回油箱；在卸荷安全阀加载状态，油到达操作系统或经过隔离阀100RI到达压力罐，压力罐的油也可以经过隔离阀到达操作系统。压力油经过操作系统后，回油通过管路回到回油箱的脏油区。

图1 油压装置机械液压系统图

此系统共有4台油泵。由油泵控制装置根据泵的运行状况选择每一台泵的工况，分为主用泵和备用泵。油压系统的主用泵连续运行，当系统压力达到6.3MPa时，主用泵的卸荷安全阀卸荷功能启动，泵出口的油经过冷却器回到回油箱。当系统压力降低到6.1MPa时，卸荷安全阀开始加载，使系统压力升高。备用泵根据系统油压的变化启动或停止。当压力下降到5.8MPa时，备用泵1启动，当压力继续下降到5.6MPa时，备用泵2启动，当压力降低到5.4MPa时启动备用泵3（仅DFEM机组），当罐内压力上升到6.3MPa时，备用泵停止工作。

2 控制系统设计

2.1 控制系统的硬件构成

测控系统由1面控制柜及4个油泵启动箱组成，控制柜主要负责各个子系统的控制，油泵启动箱主要由油泵的控制回路（手动和自动）和主回路组成，主回路由接触器、软启动器等元件工程；控制柜采用Siemens S7-400H系列AS 414-4-2H型号PLC构成硬冗余处理器，作为控制核心处理器，电源及I/O接口模拟量、开关量均采用冗余系统设计进行控制，并配置人机友好界面，使得对调速器油压装置的控制更加精确，响应更加快速稳定，更加便于维护，硬件配置如下表1所示；

表1硬件配置序号 名称 型号 数量1AS 414-4-2H自动化系统配有接口模块连接到以太网总线PS407电源 UR2-H（2*9槽）6ES7654-2VR34-0XX012DC 24V 冗余电源 10A 6ES7407-0KR00-0AA023后备电池 1.9Ah 6ES7971-BA0044IM153冗余套件 6ES7153-2AR01-0XA015有源总线模块的DIN导轨 6ES7195-1GF30-0XA016有源总线模块BM 2X 406ES7195-7HB00-0XA047开入模块（32点，24VDC） 6ES7321-1BL00-0AA038开出模块（16点，继电器） 6ES7322-1HH01-0AA029模拟量输入模块（8路，多种信号） 6ES7331-7KF02-0AB0210模拟输出模块（8路） 6ES7332-5HF00-0AB0111MP370触摸式面板，15英寸256色中文显示 6AV6545-0DB10-0AX01

2.2 控制系统软件设计

系统利用西门子PCS7过程控制软件进行编程（软件界面见图2所示），采用模块化编程方式，对各个功能进行详细的划分，独立编程，形成各个功能模块，利于维护和移植。本控制系统总体上可以分为液压系统运行程序模块、液压系统开停机程序模块以及I/O诊断程序模块三个主要的控制程序，子程序主要包括回油箱冷却控制程序模块（FB501）、自动补气控制程序模块（FB503）、辅助泵启动控制程序模块（FB525）、主泵切换控制程序模块（FB530）、主泵启动控制程序模块（FB508）、停泵控制程序模块（FB507）以及其他辅助控制程序，液压系统开停机流程图见图3。根据各个工况的不同控制要求，主要完成以下几项功能：

（1）压力的控制

压力罐内的压力应保持在6.1～6.3MPa之间，当压力发生变化时，对油泵以及自动补气装置进行控制，以保持压力罐内的压力在合理的范围内，保证机组的正常运行。

（2）自动补气控制

压油罐内的油气体积比为1∶3，当压力油罐内的油位达到上限，而压力又降至6.1MPa以下，则自动补气装置动作向罐内补气，直到压力达到6.3MPa或油位降至下限油位，停止补气。

（3）回油箱油位控制

回油箱油位低时，油位低开关动作自动添油，当油量加到足够位置时，它的回油箱油位正常压力开关接点闭合，通知关闭添油装置。

（4）油泵的控制

三峡右岸电站调速器油压装置设有4台油泵，互为主备用，正常运行时，其中1台油泵长期运行，另外3台油泵待机，称之为辅助泵；当P＜5.8MPa时，启动第一台辅助油泵；P＜5.6MPa时，启动第二台辅助泵；当P＜5.4MPa时，启动第三台辅助泵；P＜4.84MPa，事故停机信号。长期运行的主泵可以在设定的时间内切换，另外任意一台辅助泵则作为主泵运行；

（5）回油箱冷却系统的控制

由于油泵长期运行，回油箱内的油温会上升，为了满足油压装置的运行温度条件，回油箱设有冷却系统，当温度升高时，冷却系统投入；当温度降低时，冷却系统撤出。

2.3 人机界面的设计

三峡右岸电站油压装置测控系统配置了人机友好界面，对油压装置的状态进行实时监控，同时可以根据实际运行经验对必要的参数进行设置或修改，极大的方便了电站机组的运行和维护。主要界面有：

（1）主界面：主要用于显示油泵的运行状态、油泵的运行时间、系统的压力、压力罐和回油箱内油的液位、以及油的温度等等。

（2）故障查询界面：记录油压装置运行过程中出现的故障信号，为故障分析提供可靠的依据。

（3）系统设定界面：用于对系统运行参数的设定。

（4）趋势图：记录压力和液位之间的关系曲线。

3 结束语

西门子PCS7双冗余测控系统在三峡油压装置上投入运行以来，各种工况运行稳定，没有发生重大的故障，真正实现了“无人值班”（少人值守）的运行要求，给电站运行维护提供了很大的便利。

[1]西门子S7-400H快速入门手册[Z].

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

[3]西门子S7—400系列可编程控制器硬件手册[Z].北京：北京西门子自动化公司，1999.

[4]西门子S7—300系列可编程控制器硬件手册[Z].北京：北京西门子自动化公司，1999.

TP273

B

1672-5387（2011）02-0028-03

2011-02-11

王立贤（1974-），男，硕士，工程师，从事水电站自动化系统、调速器系统及抽水蓄能机组调速器系统的开发和设计工作。