某电厂机组技术供水PLC控制优化设计

王玉（中国科学院合肥物质科学研究院先进制造技术研究所，江苏 常州 213164）

余艳伟（河南机电职业学院，河南 郑州 451191）

文献标识码：B 文章编号：1003-0492(2015)12-0103-03 中图分类号：TP273

某电厂机组技术供水PLC控制优化设计

闫昌明（华能澜沧江水电股份有限公司检修分公司，云南 昆明 650214）

王玉（中国科学院合肥物质科学研究院先进制造技术研究所，江苏 常州 213164）

余艳伟（河南机电职业学院，河南 郑州 451191）

文献标识码：B 文章编号：1003-0492(2015)12-0103-03 中图分类号：TP273

某电厂至2011年3月27日发电以来，技术供水系统由于水力控制阀本体控制腔“三通转换阀故障”原因，使水力控制阀常常出现偷关、二支路水力控制阀来回切换现象。由此产生的水锤使技术供水设备出现了一系列问题，引起了滤水器伸缩节拉杆变形、拉断、滤水器解体等严重事故。导致现有的程序已经不能满足机组安全运行要求，为了保证机组安全运行，对设备换型、选型迫在眉睫；由于换型、选型及设备试运行需要很长的时间，所以采用从PLC软件系统进行优化设计，使其配合现有设备正常运行，为设备换型、选型赢得时间。经过对该系统的PLC程序的优化设计后，使得系统运行稳定、控制效果好，达到了预期的改造目的，具有一定的参考价值。本文主要叙述了PLC程序优化整个过程及取得的相关成果。

技术供水系统；水力控制阀；PLC程序优化

1 技术供水系统简介

某电厂机组技术供水采用单元供水方式。供水水源为两路，均取自蜗壳，分别经自动滤水器过滤和减压阀减压后向机组供水。每台机组设1个控制箱，完成机组技术供水水力控制阀和主轴密封供水水力控制阀的控制。

每台机组技术供水总管上装有一个电磁流量计和一个压力变送器，用于监视机组冷却水流量、压力和控制技术供水主/备用水源的切换。启用主用技术供水：开机时，以任一路自流供水作为主供水源，机组技术供水控制系统接到机组LCU开机指令后，打开主供水源上的水力控制阀。当总管上流量、压力信号正常后反馈给监控系统，作为开机条件之一；启动备用技术供水：当技术供水运行中供水总管上的压力变送器发出压力低信号或电磁流量计发出流量低信号时，自动关闭主用水源管路上的水力控制阀并打开备用水源管路上的水力控制阀并报警；停用技术供水：机组停机时，机组LCU发停机指令，机组停止运转后自动关闭水力控制阀，切断供水水源。

在每台机各轴承和发电机各空冷器排水管均设有流量开关，用于监视各用户供水状态，当机组处于运行状态，流量过低时进行报警，各支管流量开关信号直接送至机组LCU。技术供水系统原理图如图1所示。

2 技术供水系统存在的问题

机组技术供水刚投产时，运行十分良好。但随着时间推移，设备老化或设备零部件老化，逐渐引起机组不安全运行情况。特别是技术供水设备本身，常常发生水力控制阀偷关、二支路水力控制阀来回频繁切换、滤水器伸缩节拉杆变形、滤水器伸缩节拉杆拉断、滤水器解体等严重事故。

图1 机组技术供水系统图

综合分析，产生上述现象的原因有：第一，设备质量不好；第二，设备加固不够，导致运行时设备振动过大；第三，由于技术供水水力控制阀来回不停切换，有可能产生水锤效应，加剧设备振动或损坏。总之，现有程序和设备已经无法保证机组可靠、安全、稳定地运行。但设备换型、选型需要一定的时间完成和试运行，所以在目前设备运行的基础上，程序优化已势在必行，为新设备换型、选型、试运行赢得时间。

下面主要讲解解决此问题的整个过程，即：从程序优化前，机组技术供水二支路水力控制阀来回切换，导致机组不能安全运行；到优化程序后，使机组技术供水二支路水力控制阀不会发生来回切换工况，保证机组安全稳定运行。

3 技术供水系统PLC优化及成果

针对设备现状，首先考虑在一台机组上进行PLC程序优化试验，经验证后再对所有机组进行更改。在此期间，考察兄弟单位，借鉴它们的优势，为设备换型、选型作准备。

考虑水力控制阀二支路同时开启后，由于水力控制阀偷关，最终会导致有故障（即发生偷关）的一支路水力控制阀关闭；如果不人为加以控制，此过程或许时间很长，由此产生的水锤效应就会很大。所以，只要在现有的程序上加一段程序就能满足要求：即当发生两条支路同时运行时，程序自动检测并关掉有故障的那一支路；随即运行人员立即通知维护人员，立刻对有故障的支路水力控制阀进行隔离、维修。最终使其保持两条支路均正常工作，不发生偷关现象，就能确保机组安全运行。

PLC程序的优化，主要是在水力控制阀“关闭程序段”上进行。当本支路运行中由于偷关或水力控制阀别的故障引起阀本体关闭，导致本支路关闭后又开启且另一支路已开启时，待压力/流量满足要求后关闭本支路（此时本支路由于偷关后再开启，变为备用。程序主备轮换依据是一次一轮或有故障轮换，即一条支路作为主用运行关闭后及时轮为备用，以前备用支路自动轮换为主用，以此来保证设备的使用率和提高使用寿命），即关闭备用支路。相应程序优化和试验结果波形如图2~图6所示（另一支路修改与此类似）。

图2 技术供水开/停机令程序

图3 程序优化前1#水力控制阀关闭部分程序

图4 程序优化后1#水力控制阀关闭部分程序

图5 程序优化前偷关反复切换现象（流量/压力）上位机截图

图6 程序优化后偷关现象（流量/压力）上位机截图

从图2、图3不难看出，在技改前，水力控制阀正常关闭只受停机令控制（开机时也是，只受开机令控制），所以当技术供水发生偷关时从图2中可知，由于此时开机令“置1”而停机令又未下发，所以会一直调用主用水力控制阀；但由于水力控制阀本身故障会自动关闭（偷关），所以当关闭后程序判定偷关水力控制阀故障，另一支路水力控制自动轮为主用水力控制阀，此时在开机令的作用下就会自动开启，以维持技术供水流量和压力正常，保证机组安全运行。

从图4可以看出，当在“1#水力控制阀停止”入口条件里增加了一个新的变量即“P2_SEQ2[2]”后，再次发生水力控制阀偷关情况时，就可以有效避免重复启动和来回切换这一过程了。这个变量的意思是“1号水力控制阀已经开启，而且程序调用了2号水力控制阀（STR_P2)，且2号水力控制阀已全开（DI[20])，流量和压力都正常后，延时5分钟，启动关闭1#水力控制阀另一个入口条件即“P2_SEQ2[2]”。

虽然看着修改后的程序很简单，就一个变量“P2_ SEQ2[2]”，可现场试验时却花了足足一周的时间。经过一周的验证，才得出最理想最适合的PLC程序。主要经历了以下几个过程，如图7~图9所示。在图7中，由于第1支路水力控制阀和第2支路水力控制程序设置相同，所以当两路同时开启时，马上就会关闭其中一支路，由于时间太短，流量/压力不能达到控制值，所以会导致两条支路来回切换频繁启动；在此基础上又加了一个延时模块“FBI_39”，如图8所示，可还是达不到理想效果。原因是两条支路时间有时不匹配，偶尔还会出现来回切换多次的现象发生；最后想到可能是因为信号不能保持的原因，所以用了“置位”功能线圈，把变量“P2_SEQ2[2]”由普通线圈变为置位线圈“S”，如图9所示。刚开始试验时以为完全满足控制要求，可真正做试验检验时发现并不尽如人意。原因是当通过人为在水力控制阀上操作模拟水力控制阀偷关试验结束时，在从上位机发机组自动开机令，直到开启技术供水这步流程时会报“开启技术供水失败”、“流程退出”导致机组自动开机失败。只要再重发一次自动开机令，使技术供水水力控制阀主备切换一下，就可以顺利开启机组。自动开机流程开启失败最主要的原因为通过PLC控制时，“置位”线圈一直保持接通，不能复位造成的。后来经过多次设想、试验，才形成最终的控制程序，如图4所示。

图7 无延时的中间变量程序

图8 有延时的中间变量程序

图9 加置位的中间变量程序

4 主要变量及数据说明

主要变量及数据说明如表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程序变量表