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浔之漫智控技术(上海)有限公司
主营：西门子DP电缆代理商
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西门子中国一级代理商电缆总代理商批发
1 概述
变电所中低压母线的出线数量多，操作频繁，三相导线间距离近，容易受小动物危害，设备的制造质量标准较低，因而其故障率远高压母线及主变。主变及高压母线一般均安装差动保护，其保护范围内的故障能快速切除；而中低压母线则由主变的后备保护动作来切除故障，一则对故障的配电装置产生了大的破坏，二则使主变的线圈变形进而常使主变损坏，两种恶果在故障后均需长时间才能修复，造成社会的不良影响和的经济损失。如某220kV变电所的10 kV配电装置曾发生两次烧毁及一台31．5 MVA主变因线圈变形严重没有及时修复而烧毁。因此，装设中低压母线保护十分必要，特别是母线短路容量较大的变电所。
2 中低压母线保护的构成
在主变中低压侧、母联开关和各出线原有电磁型继电保护直流电路，利用PLC进行逻辑比较，以判断是保护区内故障还是区外故障，判断为区内故障则瞬时跳主变该侧开关，延时跳主变其它侧开关。
2．1 10 kV母线保护
该变电所的10 kV主接线简图如图1，各出线没有电源，各出线、母联保护采用二相不星形的电流速断和过电流保护，主变低压侧设有三相星形复合电压过电流保护。利用时间继电器的瞬时闭合触点作PLC的输入接点，PLC输出控制DZ52型中间继电器以跳主变各侧开关。其输入输出接线如图2，PLC梯形图如图3。主变低压侧采用三相星形与各出线、母联保护采用二相不星形接线，可以防止母线B相与出线的A或C相发生两点接地短路时，因出线保护动作跳闸后，母线长时间单相接地扩大化为母线相间短路。PLC所用的交流电源由
2．2 35 kV母线保护
该变电所的35 kV主接线简图与图1相近，有些出线有电源，没有电源的出线、母联保护采用二相不星形的电流速断和过电流保护；有电源的出线设有二相不星形方向过电流保护；主变35 kV侧设有三相星形复合电压方向过电流保护。利用过流或方向过流时间继电器的瞬时闭合触点作PLC的输入接点，其接法及梯形图与图2及图3相似。
3 小结
110 kV及以上的母线因电力系统暂态稳定性的要求，均装设有母线保护。在短路容量较大的35kV及以下的母线，短路故障对主变的冲击很大，很容易造成主变的线圈变形或损坏等扩大性事故，因此应当高度重视。可编程序控制器PLC的结构简单，利用原有保护时间继电器的剩余触点作间接比较，不需增加各单元的保护设备，投资少，运行灵活，性高。
1 引言
机组油压装置是为水电站水轮发电机组提供动力油源的装置，是水利机械设备的重要组成部分。作为水轮发电机组起动停止、负荷调节等工况转换以及其它液压操作设备的操作能源，它的工作品质关系到机组的运行。
为保证和维护机组操作所需要的工作能力，压力油槽内压缩空气和透平油要适当成比例，压力油槽容积的60%～70%是压缩空气，30%～40%为透平油。因为压缩空气具有良好的弹性，能储存一定的机械能力，使压力油槽在因机组操作等原因油容积减少时仍能维持一定的压力，所以自动、地保持气、油一定的比例，实际上是保证操作能源的和稳定所需要的，是目前水电站实现“无人值班”(少人值守)亟待解决的技术问题。
近年来，随着可编程控制器的普遍应用，由机组现地控制单元的PLC对油压装置进行自动控制成为发展必然。
2 控制系统要求
2.1 机组油压装置的组成
压力油槽：配有压力变送器、液位变送器、压力控制器、液位控制器以及液位指示器。
油泵：2台18.5kW油泵三相异步电动机。
集油槽：配有液位控制器。
漏油箱：配有液位控制器，1台1.1kW油泵三相异步电动机。
补气装置：电磁阀(AC220V)。
2.2 控制要求
压力的控制：压油槽内的压力P应保持在3.6～4.0MPa之间。P＜3.6MPa时，工作泵起动；P＜3.4MPa时，备用泵起动；P＜3.2MPa时，事故停机信号；P＞4.0MPa时，所有泵停机。
自动补气控制：一般压油槽内的油气体积比为1∶2。
漏油箱油位控制：采用位式控制来控制漏油箱油位。当液位控制器L2接点(液位高)闭合，起动漏油泵；当液位控制器L1接点(液位低)闭合，漏油泵停止；当液位控制器L3接点(液位过高)闭合，发出漏油箱油位过高报警信号。
以上控制均要求设有方式选择切换开关，切换开关设自动、切除、手动3档。
3 控制系统设计
3.1 控制系统设计方案及组成
系统采用油压控制为主，辅以油位控制方式。由PLC根据压力油槽自动化元件所提供的压力、油位信号对油泵、电磁空气阀、电磁排油阀进行操作，实现对压力油槽自动补油、自动排油、自动补气、自动排气控制以及漏油泵控制，从而使压力油槽内的油压、油位保持在正常的范围内，整个水轮机组得以正常运行。
控制系统结构图如图1所示。
考虑到对输入输出的要求及系统模块的扩展，选用德国西门子公司的S7—200系列PLC中的CPU216及扩展模块EM235和EM222。该系统用了20个离散输入点，2个模拟输入点，14个离散输出点。
2台油泵电机采用施耐德公司的ATS—46系列软启动器；漏油泵采用交流接触器直接启动控制。当2台压油泵都设置为自动方式时，由PLC完成2台泵的工作/备用方式设置和切换(根据运行时间)。
3.2 控制系统软件设计
根据控制系统所要完成的功能，控制程序框图如图2所示。
3.2.1 系统复位逻辑
系统复位逻辑主要完成设备起动之前的初始状态管理。本系统主要是对电机的起动准备条件、各电磁阀的初始位置进行判断以及对压力、液位的当前值进行判断等。
3.2.2 自动运行选择控制逻辑
自动运行指令的控制操作设备为一个按纽式选择开关，可选“自动”和“手动”2个位置，向油压系统发出的运行指令也是一个输入点，用“1”表示自动运行，“0”表示手动运行。在发出运行指令时要考虑许多其它连锁条件，如故障状态、急停状态、系统就绪信号等。另外，选择开关如果选择在手动位置或系统出现急停信号，都应立即解除自动运行指令，使系统处于手动运行状态下。
3.2.3 故障管理
在油压条件中，一般存在多种故障信号。其中电机过热、过流及电机已坏等故障由软启动器检测，在自动控制中只作为系统运行的初始条件和发生故障停止的条件。另外，还有一些信号如系统运行指令是否正常，排气阀是否开启等信号，则要按运行要求根据逻辑关系来判断，也属故障检测之列。
3.2.4运行指令的控制逻辑
运行合闸指令在油压系统中的控制逻辑是比较复杂的，它涉及到操作设备信号、控制对象状态和系统运行状态等。运行指令信号的发出控制可由一个基本控制逻辑完成。
置位条件：1，启动操作信号的上升沿；2，系统无故障。二者均为必要条件。复位条件：1，系统正常停止信号；2，系统故障停止信号；3，紧急停止信号。三者均为充分条件。
3.2.5工作/备用切换逻辑
根据控制要求，工作/备用切换是以时间为标准进行的。当1号泵作工作泵运行一定时间后，由工作转为备用状态，2号泵则由备用转为工作状态，如此循环下去。若遇到工作油泵已坏的情况，则备用油泵自动转为工作模式，计时器立即复位，重新开始计时。
3.2.6工作泵起动控制逻辑
置位条件：自动状态下，1，油压信号P＜3.6MPa；2，排气完成；二者均为必要条件。手动状态下，工作泵手动起动信号输入。
复位条件：自动状态下，1，达到停泵压力；2，补气条件输入；3，紧急停机信号输入。手动状态下，工作泵手动停止信号输入。
另外，备用泵起动控制逻辑、漏油泵控制逻辑、排油阀控制逻辑、排气阀控制逻辑、补气阀控制逻辑的程序设计思路基本相同，这里不再赘述。
1 引言
变频调速技术在我国水泥行业的应用日趋广泛。在生产工艺需要调速的许多环节，如回转窑、单冷机、喂料机、配料系统、风机、水泵等，以交流变频调速取代调压调速、滑差调速以及直流调速已成为一种必然趋势。
在水泥粉磨工艺中，球磨机入磨物料粒度的大小，对其台时产量影响较大，预破碎工艺作为提高磨机台时产量、降低粉磨电耗的重要途径，引起了许多水泥企业的重视。根据工艺要求，水泥立窑放料每次持续2～3 min，间隔2～3 min，但目前几乎所有水泥企业中破碎机处于工频恒速运行状态，24 h连续运转，造成电能的浪费，并影响电机和破碎机的使用寿命。另一方面，由于破碎机具有十分大的惯性，不易频繁启停，所以即使使用变频器也难以解决系统制动时产生的泵升电压引起保护电路动作，使系统无法正常工作。
针对系统的以上特点，本文设计了破碎机变频拖动PLC控制系统。利用变频器实现破碎机的变频调速和软启动；利用再生能量回馈单元克服破碎机制动过程中产生的过高的泵升电压；利用PLC实现系统的逻辑闭环控制，使破碎机的工作与立窑放料同步，实现间歇运行。从而在改善工艺控制质量的同时，大限度地节约了电能，降低了生产成本。现场调试和运行结果表明，系统运行，节电率可达60%以上。
2 粉磨工艺流程
水泥粉磨工艺流程如图1所示。
图1 水泥粉磨工艺流程图 熟料出窑后由输送机送入熟料库，熟料、混合材、石膏按重量配比后先入磨前提升机，再输送到回转筛。回转筛筛余粗粒入立式反击式破碎机，破碎后的物料再入提升机。回转筛筛下的细粒则入水泥磨。成品从旋风式选粉机细粉出口入成品库。立窑每放料一次，由窑口处的远红外测料仪检测到放料信号后，启动链式输送机输送物料，每次持续2～3 min，然后间隔2～3 min，开始下一次放料和送料。改造前破碎机由工频电源直接供电，在立窑不放料时则处于空转状态(空转率达50%)，浪费大量能源。再者，破碎机工频运行时，其运行速度过高，即使放料时也存在严重能源浪费。因而对其进行变频改造能够产生的经济效益。 3 系统硬件设计及工作原理 本系统主要由变频器、能量回馈装置、可编程控制器PLC和远红外测料仪组成。现分别介绍如下。 |
图2 变频器接线图 3.2 再生能量回馈装置 |
图3 变频器和电源再生装置连接图 3.3 可编程控制器PLC |
图4 PLC接线图 另外，系统设有工频/变频运行切换开关K4以及手动/自动运行切换开关K5。在一般情况下系统要求变频运行，K4置于“变频”位置，X2=on，PLC输出Y12=on，系统进入变频准备状态；如果变频器故障，可将K4置于“工频”位置，X2=off，PLC输入出Y12=off，破碎机工频运行，可继续使用。K5用于决定破碎机的工作状态是连续恒频运行还是根据水泥窑送料信号断续调频工作。 |
图5 PLC程序流程图 4 PLC的程序设计 PLC软件采用梯形图语言，实现各种逻辑控制、变频器启制动控制及手动/自动、工频/变频转换和故障自切换等功能。程序框图如图5所示。 5 运行结果 上述系统已于1998年8月在山东某水泥厂投入实际运行。系统根据送料信号自动实现启制动运行，破碎机运行速度连续可调。电机可以实现频繁软启动，基本无启动电流冲击，启动力矩足够。系统在变频运行条件下，若变频器突然故障，则自动切换至“工频”状态继续运行，同时发出声光报警信号(内部可选)。根据现场工况需要，将有放料信号时变频运行给定频率设为43 Hz，系统运行电流为27 A，运行电压280 V，改造后的系统平均每年耗电5.7万度。根据现场记录，系统在改造前工作频率为工频50 Hz，运行电流为32 A，运行电压400 V，平均每年耗电19.42万度。改造后的节电率为70.6%。该系统的优点如下。 |
1 引言
在丝网印刷过程中，由于纸张和油墨质量等因素的影响，需要临时调整印刷速度以保印刷质量。同时，印刷机在制动时有一个特殊要求：即自停机指令发出且印完前张纸后，不能再有叼纸和印刷的动作，否则油墨就会印到滚筒上，导致不能继续印刷。这就是说不论滚筒转速快慢，其停止过程所经过的角位移应是相等的。而普通机械高速运动时制动所需的时间较长，所需制动路程也较长。针对印刷机这种特殊制动要求，我们研究了一种用PLC和变频调速器控制印制动的方法，该控制系统的框图如图1所示。
图1 控制系统框图 2 通过控制开始制动的时刻，达到准确定位的目的 如果要使印刷机在制动时，不论印刷机的转速高低，都能停在同一位置，则需要知道印刷当前的转速，然后根据转速的高低去控制制动过程。制动过程的原理是：在滚筒的某一位置上安装一个位置上安装一个位置传感器SQ1。当停止按钮按下或紧急事故停机信号发出后且滚筒在SB1位置，才使机器进入制动程序。制动程序的工作原理是，制动动作应在经过SQ1位置后的某个时刻开始，我们把从SQ1到制动动作开始的这段时间称作制动参数Tzd。印刷机在高速运转时应使Tzd置小些，尽量早地执行制动的动作。在低速运转时应使Tzd置大些，适当晚地执行制动的动作。用这种方法就可以使印刷机在不同转速情况下准确地停在同一位置。 3 制动程序 综上所述，制动程序应包括测速，计算制动参数Tzd和执行制动，下面分别介绍。 |
图2 测速脉冲波形示意图 图2a中计数脉冲来自主传动轴的信号，该信号频率与SQ2的主机转速成正比。图2b中的时钟脉冲是PLC控制器中提供的，它有3种周期即0.1 s，0.2 s和1 s；可根据转速的高低选用适当周期。当转速一定时，时钟周期选得大，则测速时间长，该转速的脉冲数值也就大，建立数学模型时就可以细分，产生的制动效果。反之，如果时钟周期选得小，则制动效果就粗糙些。用户可根据机械设备的情况自行选定。图2c中的脉冲是对图2b的时钟脉冲进行和后沿微分，以便取出间隔为0.05 s、0.1 s和0.5 s的信号，该信号的宽度是应用程序的循环周期的一半。用该信号从计数器中取出当前计数值N1和N2，由程序计算出其差值N。 |
图3 数学模型 从图3可以看到制动参数Tzd随N值增大而减小，通过调整数学模型及其参数就能找到的Tzd值。 |
图4 制动控制流程图 4 设计要求和主要配置 设计要求为：①印刷速度：600～3 200张/小时；②电动机转速：284～1515 r/min；③变频器输出频率：10～53 Hz；④定位精度：±3mm。 5 结束语 目前，丝网印刷机多采用模拟量(测速电机)控制。本文介绍的控制系统可以很容易地完善原有的控制。我们用此方法对旧进口丝网印刷机进行了改造，经过3年多的运行证明，该控制方式能达到设计要求，定位精度小于±2mm。由于采用软件控制的停机方式，使该控制系统具有结构简单，操作方便，维修容易及不用准确计算机械惯量等优点。该技术对停机位置有较高要求且经常变动工作转速的机械具有推广。 |
1 引言
利用可编程序控制器(PLC)组成远程自动监测系统时，遇到的是PLC的选型问题。在选用PLC时，除把性、环境适应性放在外，还要根据具体应用场合尽量选用合适的可编程序控制器。
关于可编程控制器选型的一般原则可从以下几方面考虑：
(1) 明确控制对象要求。本系统要求改善信息管理，把PLC与上位微机的通讯能力远程I/O与微机通讯方式和手段作为选择的依据。PLC响应时间的影响因素有：输入信息时，CPU读解用户逻辑网络时间和时间。PLC的实时响应性还受到系统中慢仪器的限制，与上位机的通讯也将增加服务时间。
(2) 功能选择要根据不同的控制对象确定。具体有：替代继电器、数学运算、数据传递、矩阵功能、功能、诊断功能以及串行接口。
(3) 输入输出模块选择。输入/输出模块是PLC与被控对象之间的接口，模块选择得当否直接影响控制系统的性。
(4) 存储器类型及其容量选择。小型PLC作为单机小规模控制使用时，由于工艺简单、程序固定，多数使用EPROM或EPROM加RAM。对于中、大规模的PLC，往往用于工艺比较复杂，且多变的场合，程序改变较多，因此一般都使用CMOSRAM存储器，且有后备电池，以便关机时保存存储信息。根据控制规模和应用目的，我们按下列公式进行估算：
① 代替继电器 M＝Km［（10×DI）＋（5×DO）］
② 模拟量控制 M＝Km［（10×DI）＋（5×DO）＋（100×AI）］
③ 多路采样控制 M＝Km｛［（10×DI）＋（5×DO）＋（100×AI）］＋（1+采样点×0．25）｝
式中DI为数字(开关)量输入信号；
DO为数字(开关)量输出集中；
AI为模拟量输入信号；
Km为每个节点所占存储器字节数；
M为存储器容量。
我们还可在编完程序以后地计算出存储器实际使用容量。
(5) 控制系统结构和方式的选择。用PLC构成的控制系统有集中控制、远程I/O控制和分布式控制等三种方式。
(6)支持技术条件。在选用PLC时，有无支持技术条件也是重要的选择依据。支持技术条件主要有：编程手段、程序文本处理、程序贮存方式和通讯软件包。通讯软件包往往是和通讯硬件一起使用的，如调制解调器等。
2 PLC构成的控制系统
PLC构成的控制系统流程图如图1所示：
图1 PLC构成的控制系统设计步骤
此种设计方法与常用的继电器控制逻辑设计比较，组件的选择代替了原来的部件选择，程序设计代替了原来的硬件设计。
我们采用一台PLC控制多台监测仪器的集中控制系统。该系统用于监测对象(仪器)所处的地理位置比较接近，且相互之间有一定联系的场合。如图2所示。
图2 集中控制系统
该系统采用的PLC(SZ-4)模块是：
① 8点DC12/24输入模块Z-8ND1
② 8点集电开路输出模块Z-8TD1
③ 4通道12位模拟量输入模块Z-4AD1
④ SZ毓CPU模块(2端口通讯、CCM协议、从机功能)以及S-20P指令编程器、0D通用操作面板等。
I/O点数是指要求PLC能够输入输出开关量、模拟量总的个数，它与继电器触点适当留有余量。同时要注意尽可能简化I/O点数来降。
用PLC构成的监测控制系统，有自动、半自动和手动三种运行方式。在进行完总体设计以及具体的硬件系统设计和软件系统设计后，除要分别对其进行调试外，对整个系统进行联合调试和试运行，反复进行硬件系统和软件系统的调整，使整个系统全部投入正常工作为止。
PLC在监测系统中要完成信号实时采样、脉冲量累计、预警报信号监测与报警输出等，并通过各种传感变送器与传感器连接。PLC作为一种控制设备，用它单构成一个监测系统是有局限性的，主要是无法进行复杂运算，无法显示各种实时图形和保存大量历史数据，也不能显示汉字和打印汉字报表，没有良好的界面。这些不足，我们选用上位微机来。上位微机完成监测数据的存贮、处理与输出，以图形或表格形式对现场进行动态模拟显示、分析限值或警报信息，驱动打印机实时打印各种图表。
系统的设计步骤如图3所示。
图3
3 控制软件
PLC梯形图所用逻辑符号与继电器、接触器系统原理图的相应符号其相似，人们能熟悉该种编程语言。一般设计梯形图程序大都采用继电器系统电路图的设计方法。对于复杂的系统，在梯形图设计中采用大量的中间单元来完成记忆、联锁、互锁等功能，由于需要考虑的问题较多，分析起来非常困难，并且很容易遗漏一些该考虑的问题，且修改和阅读也很困难。根据功能图表设计PLC的梯形图程序，可以有效地解决以上问题，达到事半功倍的效果。
我们在课题研究中下位机PLC采用梯形图来编制程序。
下位PLC软件用来实现数据采集、脉冲计数转换、限值逻辑判断及声光报警输出、通信数据格式的转换。
数据通讯与分离模块完成PLC与微机间数据和命令的双向传送，并将得到的数据按系统要求的格式分离成系统变量。
显示模块将实时数据显示在屏幕上，以图形或表格形式分屏循环显示。在手动方式下可固定监视画面并可显示历史趋势图等。
定时存贮模块按每十分钟将实时数据存贮到相应的数据库中，每天整理一次历史数据。
系统维护模块可用来修改定值参数、口令及限值等。
报警模块不论软件工作在何种方式下，一旦出现值，系统确认后并发出报警，屏幕上显示报警内容和地点，以便采取措施。
为提高PLC及系统的抗干扰能力，在硬件配置与安装上，交流电源使用双层隔离，输入信号光电隔离，远离强电布线，模拟量信号和脉冲信号采用屏蔽线传递，采用放射性一点接地等措施，或减弱共模和瞬变干扰。
在软件设计和编程上，加上一些抗干扰模块。
系统从开始到运行的流程如下：
A) 把CPU的动作方式设定为STOP方式，(不在STOP方式时)
S—20P的操作和显示
*在在线方式下，CPU处于STOP或TEST—STOP方式时可进行编程。
*在显示程序时可进行编程。
*平时，显示命令语不显示程序地址，必要时，用键显示程序地址
S—20P操作次序
编程器S-20P即使不和SZ-4 CPU模块连接，也可进行编程(离线编程)。在S-20P上编程时，通常是要连在CPU模块上进行(在线编程)。
4 结论
根据远程自动监测系统的要求，可以采用PLC来实现对系统的控制。以PLC为的自动监测系统下位机的控制设备，具有体积小、接线简单、测试，特别是可实现脱机工作。该系统运行高速、简单、，实现了上位机与下位机的互连和实时通讯任务。