可编程控制器在电厂保安电源投切中的应用

(北京硕瑞伟业控制技术有限公司，北京 100000)
摘 要：文章介绍了可编程控制器的概念、可编程控制器的特点、工作原理以及可编程控制器在电厂保安电源投切中的应用方法。
关键词：可编程序控制器；保安电源；控制逻辑
中图分类号：TM571.6  文献标识码：A  文章编号：1007—6921(2008)06—0251—02
1 什么是可编程序控制器

可编程序控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC。它是70年代以来，在集成电路、计算机技术基础上发展起来的一种新型工业控制设备。目前，国外已广泛地应用于自动化控制系统。PLC的生产商正不断地开发PLC，使PLC的应用面越来越广。近年来，国内在PLC开发应用方面的发展也很快，除许多从国外引进的设备、自动化生产线外，国产的机床等设备也越来越多地采用PLC控制系统取代传统的继电器控制系统。
2 PLC的特点

PLC是专为工业应用而设计的，它具有以下主要特点：
2.1 高可靠性

PLC具有很高的抗干扰能力，能在恶劣环境中可靠地工作，平均无故障时间高，故障修复时间短。
2.2 编程简单、使用方便

目前大多数PLC均可采用梯形图编程方式，既继承了传统控制线路的清晰直观的优点，又考虑到大多数企业电器技术人员的读图习惯和微机应用水平，易于接受。这种面向生产的编程方式，与目前微机控制生产对象中常用的汇编语言相比，更容易被操作人员所接受。
2.3 具有高灵活性、很强的信息处理能力和多功能

PLC产品由于采用微电子技术，所以不仅提高了可靠性、灵活性，而且增强了信息处理能力和其他功能。
2.4 体积小、重量轻

PLC的体积小、重量轻的特点是有目共睹的，它可以方便地应用于各类机床或自动生产线的自动控制现场。
2.5 扩充方便、组合灵活

PLC产品一般都是模块化结构，并具有各种扩展单元，可以方便地组成适合不同工业控制需要的系统。
2.6 PLC是实现机电一体化的重要手段和发展方向

PLC结构紧凑、坚固、体积小巧，并具有很强的抗干扰能力，使之易于装入机械设备内部，因而成为实现机电一体化较理想的控制设备。
3 PLC的基本控制原理

与任何一种继电器控制系统一样，PLC也是由输入部分、逻辑部分和输出部分组成。

输入部分由各类按钮、开关类主令电器、接点、行程开关、仪表等组成，其作用是用来收集并保存被控制对象实际运行的状态和数据。输入部分与继电器控制系统基本相同，但为了将不同的电压或电流形成的信号源转换成微处理器所能接受的低电平信号，须加入变换器。

逻辑部分是由各种接点、继电器、触点组成的实现一定逻辑功能的控制线路，用于处理输入部分所取得的信息，并判断那些功能需做出输出反应。PLC采用大规模集成电路构成的微处理器和存储器来组成逻辑部分。通过编程，可以灵活地改变其控制程序，相当于改变了继电器控制系统的硬接线线路，这就是所谓的“可编程序”。程序由编程器或上位计算机送入处理器中的存储器，可以方便地读出、检查、修改。

输出部分包括各种继电器、接触器、电磁阀、信号灯等执行机构，它根据逻辑部分做出的指令，完成相应的动作。PLC的输出部分也与继电器控制系统类似，程序执行结果会产生一系列需要的输出信号，按预定的逻辑去控制执行元件。
4 电厂保安电源的投切要求

电厂的保安电源在电厂的正常生产中具有极其重要的作用，电厂的锅炉、汽机、发电机部分的所有重要负荷都由保安电源来供电。电厂的保安电源一般分为A、B两段，每一段都由两路电源供电。同时，为了保证厂用电失电情况下保安段重要负荷的运转，设计规范还要求保安段必须配备应急柴油发电机组。保安段电气接线如下图所示。

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保安段的每一段正常时由一路电源供电。当保安段任何一段的供电电源失电时，启动备自投，由备自投装置跳开该路电源，合上另一路电源。如果备自投成功，则不启动柴油发电机组；如果备自投失败，则启动柴油发电机组，待升压稳频后投入运行。
5 PLC的控制逻辑
5.1 自动启机逻辑

正常工作时当保安PCA段由3ZKK(或4ZKK)供电。当保安PC A段失电，启动备自投，由备自投装置经延时跳开3ZKK(或4ZKK),合4ZKK(或3ZKK)。如备自投成功，母线电压恢复，不启动柴油发电机组；如备自投失败，母线电压仍低(由PT实现，由设方提供的一付失压闭合的常开接点)，此时3ZKK(或4ZKK)可能未打开，或备自投成功后，母线电压又低，此时4ZKK(或3ZKK) 可能未打开，启动柴油发电机(从第一次母线电压低共延时3～5S, 并能连续启动三次)。待柴油发电机升压、升速达到额定电压、额定频率后，自动合上柴油发电机出口开关ZKK。确认发电机出口开关合闸成功后，再次检测保安PC A段是否有电(由设方提供的一付有压闭合的常开接点)，如果有电，则跳柴油发电机出口开关并停柴油发电机；如果没电，则跳开保安PC A段工作进线开关3ZKK及4ZKK，并闭锁备自投，确认保安PC A段工作进线开关3ZKK及4ZKK确已跳闸，合上保安PC A段馈线开关1ZKK。确认保安PC A段馈线开关1ZKK确已合闸，发“切换成功”信号。

正常工作时当保安PC B段由5ZKK(或6ZKK)供电。当保安PC B段失电，启动备自投，由备自投装置经延时跳开5ZKK(或6ZKK),合6ZKK(或5ZKK)。如备自投成功，母线电压恢复，不启动柴油发电机组；如备自投失败，母线电压仍低(由PT实现，由设方提供的一付失压闭合的常开接点)，此时5ZKK(或6ZKK)可能未打开，或备自投成功后，母线电压又低，此时6ZKK(或5ZKK) 可能未打开，启动柴油发电机(从第一次母线电压低共延时3～5S, 并能连续启动三次)。待柴油发电机升压、升速达到额定电压、额定频率后，自动合上柴油发电机出口开关ZKK。确认发电机出口开关合闸成功后，再次检测保安PC B段是否有电(由设方提供的一付有压闭合的常开接点)，如果有电，则跳柴油发电机出口开关并停柴油发电机；如果没电，则跳开保安PC B段工作进线开关5ZKK及6ZKK，并闭锁备自投，确认5ZKK及6ZKK确已跳闸，合上保安PC B段馈线开关2ZKK。确认保安PC B段馈线开关2ZKK确已合闸，发“切换成功”信号。

保安PC A段、保安PC B段同时失电，启动备自投。如备自投失败，经延时启动柴油发电机。待柴油发电机升压、升速达到额定电压、额定频率后，自动合上柴油发电机出口开关，确认发电机出口开关合闸成功后，再次检测保安PC A段、保安PC B段是否有电(检测PT):
5.1.1 如果保安A、B段都有电，则跳柴油发电机出口开关及停柴油发电机。
5.1.2 如果保安A、B段都没电，则跳开保安PC A段、保安PC B段工作进线开关3ZKK、4ZKK、5ZKK、6ZKK，并闭锁两段备自投，确认保安PC A段、保安PC B段工作进线开关3ZKK、4ZKK、5ZKK、6ZKK确已跳闸，合上保安PC A段、保安PC B段馈线开关1ZKK、2ZKK。确认保安PC A段、保安PC B段馈线开关1ZKK、2ZKK确已合闸，发“切换成功”信号。
5.1.3 如果保安A段没电，保安B段有电，则跳开保安PC A段工作进线开关3ZKK、4ZKK，并闭锁A段备自投，确认保安PC A段工作进线开关3ZKK、4ZKK确已跳闸，合上保安PC A段馈线开关1ZKK。确认保安PC A段馈线开关1ZKK确已合闸，发“切换成功”信号。
5.1.4 如果保安B段没电，保安A段有电，则跳开保安PC B段工作进线开关5ZKK、6ZKK，并闭锁B段备自投，确认保安PC B段工作进线开关5ZKK、6ZKK确已跳闸，合上保安PC B段馈线开关2KK。确认保安PC B段馈线开关2ZKK确已合闸，发“切换成功”信号。
5.2 手动启机逻辑

按操作员台上紧急启机按钮，或DCS发出起机指令，启动柴油发电机。当柴油发电机升压、升速达到额定电压、额定频率后，自动合上柴油发电机出口开关，然后由DCS手动跳开保安PC A段进线开关3ZKK、4ZKK或保安PC B段进线开关5ZKK、6ZKK，最后由DCS手动合上保安PC A段1ZKK或保安PC B段2ZKK馈线开关，切换完毕。
5.3 手动停机逻辑

当柴油发电机接到远方停机指令或就地停机指令时，由PLC判断柴油机此时是带保安PC A段还是保安PC B段，然后启动相应的跳闸逻辑。
5.3.1 若柴油机带保安PC A段，则跳保安PC A段馈线开关1ZKK，并联动合保安PC A段工作进线开关3ZKK，此时检测事故保安PC A段是否有电。如果保安PC A段没有电，则跳保安工作进线开关3ZKK，合保安工作进线开关4ZKK，此时再次检测事故保安PC A段是否有电。如果保安PC A段没有电(切换不成功)，则跳保安工作进线开关3ZKK和4ZKK，同时闭锁备自投，并联动合保安PC A段馈线开关1ZKK。如果保安PC A段有电(切换成功)，则跳柴油发电机出口开关，然后经延时冷却后停机。
5.3.2 若柴油机带保安PC B段，则跳保安PC B段馈线开关2ZKK，并联动合保安PC B段工作进线开关5ZKK，此时检测事故保安PC B段是否有电。如果保安PC B段没有电，则跳保安工作进线开关5ZKK，合保安工作进线开关6ZKK，此时再次检测事故保安PC B段是否有电。如果保安PC B段没有电(切换不成功)，则跳保安工作进线开关5ZKK和6ZKK，同时闭锁备自投，并联动合保安PC B段馈线开关2ZKK。如果保安PC B段有电(切换成功)，则跳柴油发电机出口开关，然后经延时冷却后停机。
5.3.3 如果柴油机带保安PC A、保安PC B段则启动上述所有逻辑。
6 其他需要说明的事项

PLC的输入来自ZKK～6ZKK的位置接点、保安段有电和失压的信号、转换开关位置接点，PLC的输出动作于ZKK～6ZKK的合闸和分闸线圈。

机组选择开关设置自动、停止、检修位，机组选择开关置于自动位置，PLC才能进行柴油发电机组的自动投入处理，当机组选择开关置于停止和检修位置时，PLC中断投入柴油发电机组。

3ZKK、4ZKK和1ZKK之间、5ZKK、6ZKK和2ZKK之间要有硬接点闭锁，以确保安全。

由于控制逻辑复杂，调试时，为了避免由于编程错误可能引起的开关误动作，采用了断开输出中间继电器电源、单步调试的策略，待所有的程序调试通过后，再进行整体的联调。
［参考文献］
［1］ 宋建成.可编程序控制器原理与应用［M］.北京：科学出版社,2004.
［2］ 设计图纸，柴油机启机、停机逻辑说明［Z］.呼和浩特：内蒙古电力勘测设计院,2005.