基于LOGO!的水電站低壓氣系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)計(jì)

李 勝

（安徽省淠史杭灌區(qū)管理總局淠東干渠管理處，237009，六安）

水電站低壓氣系統(tǒng)的主要作用是氣壓剎車、調(diào)相壓水、圍帶用氣、風(fēng)動(dòng)吹掃，以及作為部分風(fēng)動(dòng)工具的氣源。六安九里溝水電站位于安徽省六安市北郊，利用舉世聞名的新中國(guó)最大灌區(qū)——淠史杭灌區(qū)淠東干渠的輸水落差發(fā)電。該電站的低壓氣系統(tǒng)由兩臺(tái)立式一級(jí)雙缸單動(dòng)水冷空氣壓縮機(jī)和一只空氣儲(chǔ)罐組成。由于用傳統(tǒng)的繼電器構(gòu)成的自動(dòng)控制線路復(fù)雜，故障率高，且有些功能難以實(shí)現(xiàn)，平時(shí)運(yùn)行以手動(dòng)為主。為提高設(shè)備的自動(dòng)化水平，需要對(duì)其進(jìn)行改造。

一、低壓氣系統(tǒng)自動(dòng)控制的要求

系統(tǒng)應(yīng)能夠自動(dòng)完成以下控制程序：當(dāng)氣罐氣壓降低到下限時(shí)，啟動(dòng)主用空壓機(jī)；當(dāng)氣罐氣壓降低到下下限時(shí)，啟動(dòng)備用空壓機(jī)，同時(shí)氣壓過低報(bào)警接點(diǎn)輸出。為防止備用空壓機(jī)長(zhǎng)期不啟動(dòng)而造成故障，兩臺(tái)空壓機(jī)互為備用，自動(dòng)按次切換，即第一次到氣壓下限時(shí)啟動(dòng)1號(hào)機(jī)，2號(hào)機(jī)備用；第二次到氣壓下限時(shí)啟動(dòng)2號(hào)機(jī)，1號(hào)機(jī)備用；依次類推?？諌簷C(jī)啟動(dòng)時(shí)，要同時(shí)打開該機(jī)的冷卻水電磁閥，10 s后冷卻管道中的流量開關(guān)沒有檢測(cè)到水流，自動(dòng)停機(jī)，并自動(dòng)切換到備用空壓機(jī)，同時(shí)發(fā)出冷卻水故障信號(hào)；空壓機(jī)停止時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉冷卻水電磁閥?？諌簷C(jī)啟動(dòng)時(shí)，要同時(shí)打開該機(jī)的電磁排污閥，以排污并保障空壓機(jī)空載啟動(dòng)，排污閥延遲30 s關(guān)閉。能夠通過選擇開關(guān)退出某臺(tái)空壓機(jī)（如檢修保養(yǎng)時(shí)），此時(shí)始終由另一臺(tái)空壓機(jī)作為主用機(jī)自動(dòng)運(yùn)行。能手動(dòng)啟動(dòng)和停止空壓機(jī)。

二、控制器件的選擇

LOGO!是西門子公司的通用邏輯控制模塊，它填補(bǔ)了傳統(tǒng)繼電器與PLC之間的技術(shù)空缺。該模塊本身集成了“與”“或”“非”等 8種基本功能以及時(shí)間定時(shí)器、計(jì)數(shù)器和模擬量處理等28種專有功能，LOGO!通過采用內(nèi)部功能塊編程的方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)繼電器開關(guān)的外部接線方案，在一個(gè)體積很小的模塊之中可任意調(diào)用所需要的各種功能塊來編輯應(yīng)用程序，從而實(shí)現(xiàn)原本需要很多定時(shí)器、繼電器、時(shí)鐘和接觸器搭配才能實(shí)現(xiàn)的控制任務(wù)。與傳統(tǒng)繼電器方案相比，LOGO!的解決方案具有功能強(qiáng)大、可靠性高、減少連接配線、節(jié)省控制柜空間、便于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)；與PLC相比，LOGO!價(jià)格低廉，編程簡(jiǎn)單，輸入輸出對(duì)電源的要求低，同時(shí)由于 LOGO!控制模塊的繼電器輸出點(diǎn)具有最大10 A的電流承載能力，能夠直接連接各種執(zhí)行元件，如小電機(jī)、照明設(shè)備等，可以大大簡(jiǎn)化外部接線。所以在水電站低壓氣系統(tǒng)的自動(dòng)控制設(shè)計(jì)中，既要完成上述的多種功能，還要保證可靠性，控制性能、體積、價(jià)格，顯然采用繼電器控制和PLC控制都不是最理想的，而西門子LOGO!是理想的控制單元。

根據(jù)控制要求，選用LOGO!230RC作為主控單元，該單元操作電壓為 115V～240V AC/DC，8點(diǎn)數(shù)字量輸入，4點(diǎn)繼電器輸出；選用LOGO!DM8230R作為擴(kuò)展模塊，4點(diǎn)數(shù)字量輸入，4點(diǎn)繼電器輸出。

三、外部接線

外部接線如圖1所示。其中啟動(dòng)空壓機(jī)是接通其接觸器線圈，而電磁閥的功率不大，由LOGO!直接啟動(dòng)，省去了中間元件。

四、程序設(shè)計(jì)

采用LOGO! soft comfort V6.0版進(jìn)行編程，程序如圖2所示。

1.雙機(jī)互為備用、按次切換功能的設(shè)計(jì)

當(dāng)壓力降到下限時(shí)，I1輸入有效，其啟動(dòng)空壓機(jī)的回路有兩條：一條是通過與門B002和或門B001，置位鎖存繼電器B005，使Q1閉合，啟動(dòng)1號(hào)空壓機(jī)；另一條是通過與門B014和或門B013，置位鎖存繼電器B012，使Q4閉合，啟動(dòng)2號(hào)空壓機(jī)。這兩條回路通過鎖存繼電器B007來選擇，因B007的輸出一個(gè)是經(jīng)反相接入與門B002，一個(gè)是直接接入與門B014，所以這兩個(gè)與門不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通。B004和B011是下降沿觸發(fā)與非門，當(dāng)Q1由閉合變?yōu)閿嚅_時(shí)（即1號(hào)空壓機(jī)從運(yùn)行轉(zhuǎn)為停止時(shí)），B004觸發(fā)，將B007置位，輸出高電平，反相接入與門B002，使B002不能導(dǎo)通，而正相接入B014，為下次啟動(dòng)2號(hào)機(jī)作準(zhǔn)備。當(dāng)下次壓力降到下限時(shí)，B014可以導(dǎo)通，啟動(dòng)了2號(hào)空壓機(jī)。同樣，當(dāng)停機(jī)時(shí)會(huì)觸發(fā)B011，使B007復(fù)位，為下次啟動(dòng)1號(hào)空壓機(jī)作準(zhǔn)備。這樣就實(shí)現(xiàn)了按次切換。而當(dāng)壓力降到下下限時(shí)，則通過或門B001和B013直接置位B005和B012，使兩臺(tái)空壓機(jī)均啟動(dòng)，同時(shí)啟動(dòng)Q8發(fā)出壓力過低警報(bào)。

2.冷卻水和排污閥控制回路的設(shè)計(jì)

鎖存繼電器B005和B012在啟動(dòng)空壓機(jī)的同時(shí)，也分別接通了Q2、Q3和Q5、Q6，用于開啟各自的冷卻水電磁閥和排污閥。冷卻水（以1號(hào)機(jī)為例）的流量信號(hào)經(jīng)I7反相輸入，和空壓機(jī)啟動(dòng)信號(hào)Q1接入與門B020，Q1啟動(dòng)時(shí)與門導(dǎo)通，接通延時(shí)定時(shí)器B019開始計(jì)時(shí)，如果10 s內(nèi)有冷卻水，I7輸出高電平，B020截止，B019復(fù)歸；如果達(dá)到10 s I7沒有輸出，則B019輸出置位鎖存繼電器B024，使B005復(fù)位，停止1號(hào)空壓機(jī)，同時(shí)啟動(dòng)Q7發(fā)出冷卻水故障報(bào)警。此時(shí)如果壓力下限信號(hào)I1還在，則觸發(fā)B012啟動(dòng)2號(hào)空壓機(jī)。

電磁排污閥則由脈寬繼電器B008和B017啟動(dòng)，延時(shí)30s關(guān)閉。

3.檢修標(biāo)志位的設(shè)計(jì)

通過I9或I10的輸入使鎖存繼電器B007始終保持置位或復(fù)位的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)一臺(tái)機(jī)退出時(shí)由另一臺(tái)機(jī)自動(dòng)運(yùn)行。

五、結(jié) 語

改造后，低壓氣系統(tǒng)動(dòng)作可靠且造價(jià)低廉，功能得到完整的實(shí)現(xiàn)。實(shí)踐證明，在控制不太復(fù)雜的系統(tǒng)中LOGO!是功能夠用、性價(jià)比頗高的可行方案。

[1]SIEMENS LOGO！手冊(cè)[Z].德國(guó)：2009.3

[2]段歷歷.西門子LOGO！控制器在液壓站中的應(yīng)用 [J].中國(guó)設(shè)備工程，2008（3）.