PLC控制水電站滲漏集水井排水系統的設計

【摘 要】水電站集水井是電站滲漏水、檢修水和部分生產用水的排泄系統。本文介紹了由PLC控制某水電站滲漏集水井排水系統設計方案，該系統1～4#排水泵組成，詳細設計出由三菱FX系列PLC實現滲漏集水井的排水控制。

【關鍵詞】PLC控制設計；滲漏集水井；排水系統

水電站集水井是電站滲漏水、檢修水和部分生產用水的排泄系統。電站滲漏排水通常包括廠內水工建筑物的滲水、機組頂蓋與主軸密封漏水、鋼管伸縮節漏水及供排水閥門管件漏水等，其主要特點是排水量小，高程較低，不能靠自流排至下游，所以設有集水井，把滲漏水集中起來，用水泵抽出。

一、設計要求

設計某水電站滲漏集水井排水系統由將1～4#排水泵組成，由PLC來控制這4臺泵實現滲漏集水井的排水控制。根據現場要求，1～4#臺泵工作，當水位上升到一定位置時，能自動啟動對應泵；一臺運行泵出故障時，能自動退出運行，以待檢修；處于備用狀態的泵自動投入運行，以滿足排水的需要。具體控制要求如下：

（1）水位上升階段：水位先過停泵水位，水泵不啟動，達到排水水位時，第一臺泵啟用；如果水位繼續上漲到高水位，第二臺泵啟動；水位達到報警水位，第三、四臺泵同時啟動，并發出報警信號。

（2）水位下降階段：水位從報警水位一直下降，直到停泵水位，所有泵停止。

注意：1#為主泵；2#為備用泵；3#、4#為報警泵。

二、設計思路

在水電站生產過程中，排水系統雖然比較簡單，但卻非常重要，若集水井排水不暢，輕則水淹水泵，重則可能導致水淹廠房，因此對集水井水泵的控制要求可靠性高，排水速度快。

根據電力部對水電廠的有關規定，按無人值守標準進行設計。集水井排水系統包含自動和手動兩套相對獨立的控制系統。

（1）手動控制回路主要由軟啟動器、自動/手動選擇開關、碳棒停泵信號、啟動按鈕及停止按鈕組成，通過控制屏上的啟動和停止按鈕，根據需要手動啟動/停止有關水泵。

（2）自動控制回路主要由自動/手動選擇開關、PLC系統、碳棒、液位計及軟啟動器組成。在自動情況下，手動啟動/停止功能無效，同時將1～4#泵的運行狀態、1～4#軟啟動器故障信號、電源故障信號、集水井水位信號送計算機控制室。手動時，PLC禁止輸出。

（3）排水方式。水電站有以下三種排水方式：直接抽排；集水井—水泵排水；集水廊道—水泵排水。

三、設計方案

（一）PLC選型

三菱FX2N系列PLC是一種體積小、有數百個內部繼電器的微電腦自動控制器，因其具有故障頻率低、可靠性高、內部繼電器免配線、增加和改變線路控制功能方便、能方便線路故障點的判斷與檢修功能等特點，目前被廣泛應用于各種控制領域，實現邏輯、步進、數字、模擬量等的自動控制，如水電站勵磁調節器、排水系統、高低壓氣系統、閘門系統和油壓裝置系統等。它的成功應用，全面提高了自動化水平，實現對重要設備的自動控制。為降低人為誤操作機率，方便人機聯系，故將這一先進控制方式推廣應用于排水系統控制中。根據系統的控制要求，選用三菱公司的FX2N-24MR型PLC，水電站采用PLC控制排水系統，提高了控制的可靠性、經濟性和安全性，有利于電站的無人值守和少人值守。

（二）主電路設計

在自動情況下，考慮到無人值守，為了提高系統運行的可靠性和安全性，本系統采用了碳棒和液位計兩套獨立的液位控制系統，液位計和碳棒信號通過或運算，確保水位在某一位置，水泵能可靠地運行或停止。系統控制原理如圖1所示，主電路結構如圖2所示。

圖1 系統控制原理圖

圖2 主電路結構圖

（三）軟件設計

在自動情況下，當某臺軟啟動器過載、過流、缺相均認為是軟啟動器故障，控制屏上對應軟啟動器故障指示燈亮，同時給中控室發出“軟啟動器故障”信號，若該泵當時處于運行狀態，則自動切換到備用狀態。為了克服泵停止運行后，軟啟動器故障信號消失，而在水位要求啟動位置時，泵又重新投入運行，運行后又出現軟啟動器故障，從而引起泵的反復啟、停，造成泵損壞這一現象，軟件設計中作如下考慮：當某臺水泵由于軟啟動器故障退出運行后，即使軟啟動器故障已消失，但PLC仍將保持這一故障信號，除非操作人員將該泵的檢修/運行開關從“運行”扳到“檢修”位置，然后從“檢修”返回“運行”位置，該泵才能重新投入運行。在自動情況下，某臺泵的380V交流電源消失或泵處于“檢修”位置或軟啟動器無控制電源，均認為該水泵處于故障狀態，同時在PLC輸出中，禁止該泵的輸出信號，該泵退出“主用”狀態。

（四）繪制I/O接線圖

根據系統的控制要求，繪制I/O接線圖如圖3所示。

圖中LT1～LT4為液位傳感器，X0是停泵水位，X1排水水位，X2高水位，X3報警水位。Y0—Y3分別是1～4#水泵，Y4為報警用，Y5為故障顯示。

（五）編制梯形圖程序設計

根據控制要求，編制梯形圖程序如圖4所示：

參 考 文 獻

[1]謝云敏，劉德輝，曹欣，孫振輝.水電廠集水井自動化設計[J].東北水利水電.2007（11）

[2]PLC與觸摸屏在大壩進水塔滲漏排水系統中的應用.2011-05-13.（文章出處：互聯網）

[3]集水井PLC自動控制系統的設計與應用.中國測控網.2008（2）