覃吉波1杨俊杰2
广西广投桂中工业电网有限责任公司 广西来宾546100
摘要：本文主要叙述广西桥巩水电站水轮发电机组油、水系统中油、水控制阀门电动执行机构PLC控制程序的优化方法。常规控制方法通过设定具体时间来控制电动阀门的打开与关闭。优化后可利用对电动执行结构中阀门位置辅助节点状态的判断来实现电动阀门打开与关闭的闭环控制。
关键词：电动阀门；PLC程序；闭环控制
1 概述
广西桥巩水电站是《红水河综合利用规划报告》确定的红水河流域规划建设的十个梯级电站中的第九个，是广西壮族自治区“十五”规划新增开工及实施“西电东送”电源建设工程的重大项目。水电站共8台灯泡惯流式发电机组，单机容量为57MW，总装机容量为45.6万KW。是目前国内单机容量最大的灯泡惯流式机组。在各级领导统筹安排、精心策划下，通过桥巩全体员工、设计单位、监理单位、各参建单位的共同努力，首台机组于2008年7月28日正式并网发电。
2 阀门电动执行机构控制电路
阀门电动执行机构控制电路如图1所示。该控制电路带中间位置开关且各触点为无源触点。开关电路实现“开”、“关”操作，并输出一组全开和全关无源信号。现场供电电源电压为AC220V±10%、50/60Hz。端子1接电源中线；电源相线与端子2接通时为“关”运行；电源相线与端子3接通时为“开”运行；端子4为无源触点公共端；“开”运行到位时，端子5输出“全开信号”；“关”运行到位时，端子6输出“全关信号”；端子7接地线。
图1 阀门电动执行机构控制电路
3 电动阀门执行机构原PLC程序
电动阀门执行机构原PLC程序针对阀门开、关阀时间，采用时间延时程序块设定开、关阀时间来完成对电动阀门的控制。使用时间延时方法实现电动阀门开环控制的方框图如图2所示。阀门PLC程序使用LD语言来编写。程序中各变量对应的遥信点定义如表1所示。电动阀门开阀程序如图3所示。程序中有3条开阀门指令：1、在中控室远方单步开阀门；2、机组下开机至空转令时自动开阀门；3、机组检修期间辅机系统检查试验时自动开阀门。阀门电动执行机构控制电路全开信号端子（④⑤）与PLC遥信模块对应变量为%I257的端子连接。当阀门在全开位置时，变量%I257值为“1”，否则为“0”。阀门电动执行机构控制电路全关信号端子（④⑥）与PLC遥信模块对应变量为%I258的端子连接。当阀门在全关位置时，变量%I258值为“1”，否则为“0”。
表1 PLC程序中变量定义表
功能块程序R_TRIG用于检测上升沿0→1。如果在CLK输入处存在从“0”到“1”的跳变，则输出Q将变为“1”，从该功能块执行到下一个功能块执行期间，输出将保持在“1”，下一个功能块执行后输
图2 电动阀门延时控制方框图
出返回到“0”。功能块程序TOF用作关闭延时。如果IN变为“1”，则Q变为“1”；如果IN变为“0”，则内部时间ET启动，如果内部时间达到PT设定的值（本文阀门程序中根据本厂电动蝶阀实际打开时间为15s而将PT设为15s），则Q变为“0”；若果IN变为“1”，则Q变为“1”，此时内部时间ET停止；如果在内部时间达到PT值之前IN变为“1”，则内部时间停止而不将Q重新设置为“0”。功能块程序TOF时序图如图4所示。本厂使用的机组轴承冷却及润滑油电动蝶阀开发时间为15s。当屏柜切换开关切为远方时（%I348值为“1”），电动蝶阀不在全开位(%I257值为“0”)，中控室操作员站下单步开阀令（%M2125值为“1”），R_TRIG检测上升沿0→1，R_TRIG
图3 电动阀门开阀程序
输出Q将变为“1”，功能块程序TOF启动，R_TRIG输出Q变为“0”；TOF输出Q变为“1”，线圈%M13吸合（%M13值为“1”），电动蝶阀开启，延时15s后TOF输出Q变为“0”，线圈%M13分离（%M13值为“0”），电动蝶阀停止开启。机组下开机至空转令时自动开阀门及机组检修期间辅机系统检查试验时自动开阀门控制过程与中控室操作员站下单步开阀令开阀过程一致，只是增加开阀判断条件。判断条件要求开阀前主轴密封水流量正常（%M1214值为“1”）、冷却水系统正
图4 功能块程序TOF时序图
常（%M1213值为“1”）、水轮机辅助设备正常（%M1215值为“1”）、高压顶起及轴承润滑油泵启动正常（%M1261值为“1”）。
电动阀门关阀程序如图5所示。关阀程序中增加功能块TON用
图5 电动阀门关阀程序
于接通延时，其功能与TOF刚好相反。TON时序图如图6所示。程序中有2条关阀门指令：1、在中控室远方单步关阀门；2、机组下停机至静止令时自动关阀门。中控室操作员站下单步关阀令（%M2126值为“1”），其动作过程与开阀过程相似，但结果变为线圈%M14吸合（%M14值为“1”）。机组下停机至静止令（%M1550值为“1”）时自动关阀门需要判断机组在静止状态（%M1203值为“1”）延时
图6 功能块程序TON时序图
200s后再关阀。
4 原PLC控制程序存在的缺陷
从图2可以看出，原PLC控制程序为开环控制。电动蝶阀长期多次开关后，由于多种原因，蝶阀的开启和关闭行程会发生变化。在阀门新安装时测得的开、关阀时间15ms已经不再准确。如果关阀行程变长，关阀时间仍为15ms，蝶阀便关不到位，易造成管中油、水的漏走。如果开阀行程变长，开阀时间仍为15ms，蝶阀便开不到位，易造成管中油、水流量偏小，达不到实际使用流量要求。如果开、关阀行程变短，开、关阀时间仍为15ms，蝶阀开、关到位后电机未掉电，易造成电机及阀门的损坏。若原先的阀门损坏，更换新阀门后，由于各阀门开、关行程不一样，需要修改PLC程序中阀门开关的延时时间，这给程序的维护带来极大的不方便。
5 采用闭环控制的PLC程序
为有效解决开环控制方式存在的不足，我们利用阀门执行机构全开信号和全关信号作为反馈实现电动阀门的高效闭环控制。闭环控制
图7 电动阀门闭环控制方框图
方框图如图7所示。闭环控制中取消了延时程序，利用阀门状态信号
图8 电动阀门闭环控制开阀程序
作为反馈实现阀门的闭环控制。电动阀门闭环控制开阀PLC程序如图8所示。图8中，阀门开阀闭环控制PLC程序取消了TOF程序块，同时将变量%M13对应的普通线圈改为设置线圈和复位线圈。设置线圈及复位线圈功能及符号如图9所示。在开阀令下发后，如果各条件
图9 设置线圈和复位线圈功能及符号
满足，若此时阀门不在全开位置（%I257值为“0”），变量%M13值保持为“1”，阀门打开。当阀门开到位时，阀门在全开位置（%I257
图10 电动阀门闭环控制关阀程序
值为“1”），变量%M13值为“0”，阀门停止打开。电动蝶阀关闭闭
环控制PLC程序修改部分与其开阀程序修改部分一致，PLC程序取消了TOF程序块，同时将变量%M14对应的普通线圈改为设置线圈和复位线圈。电动蝶阀闭环控制关阀程序如图10所示。在关阀令下发后，如果各条件满足，若此时阀门不在全关位置（%I258值为“0”），变量%M14值保持为“1”，阀门关闭。当阀门关到位时，即阀门在全关位置（%I258值为“1”），变量%M14值为“0”，阀门停止关闭。
6 结语
采用闭环控制后，电动阀门执行机构中阀门位置信号得到较好使用。取消延时程序块后，程序采用同一变量的设置线圈和复位线圈功能，使得PLC控制过程不再受制于电动阀门的机械行程及阀门种类。即使电动阀门的机械行程改变，或者更换新的电动阀门，闭环控制的PLC程序均无需修改而实现阀门的完美控制。
参考文献：
[1]胡寿松.自动控制原理[M].北京:科学出版社,2001.
[2]蔡菘.传感器与PLC编程技术基础[M].北京:电子工业出版社出版社,2008.