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本文介绍可编程器在空调机组自动控制中的应用,说明用可编程控制器完成空调自控比传统的中间继电器、时间继电器组成的空调自动控制系统有更大的方便、经济、灵活性。
关键词：可编程控制器(PLC),空调机组自动控制。

一 空调制冷系统一般由相应的制冷机－冷冻水泵－冷却水泵－冷却塔风机组成机泵系统，几个机泵系统可以组成一个制冷大系统。
下面以三个机泵系统为例来说明空调自控原理及要求(如下图)：

1． 空调控制在时序方面应满足下列的要求

a. 空调机组起动时序要求:

b. 空调机组停机时序要求:

2． 空调控制的原理还应满足下列要求：
a. 冷冻水回水管上设温度传感器，通过检测其回水温度，控制制冷机组启停。平时工作时，首先选定任意冷冻机及其附泵运行，另外两个系统由温度控制器依次投入或退出。
b. 冷却塔进水管上装设电动阀，与冷却塔风机连锁，使其与机组对应运行。
c. 在冷却水回水总管上装设温度传感器，通过检测其回水温度，控制冷却塔运行的台数，同时输出控制电动阀的开度，控制流入冷却塔的水量。
d. 对变流量系统，利用冷冻水压差控制器，检测系统供回水之间的压差，控制旁通阀的旁通量，使系统基本稳定。

二 传统方法实现空调机组自控的方法及不足：

传统的空调机组控制是由中间继电器、时间继电器组成的电气控制箱实现(参见 lt; lt;建筑电气通用图集 92DQ10 gt; gt; 空调自控 P10-109~121华东地区建筑设计标准化办公室)。元件多，线路复杂，且安装调试不方便。并且随着空调系统组成方式的变化可变性差，经济上也没有优越性。

三 可编程控制器(PLC)在空调控制中的应用：

用PLC实现空调自动控制克服了传统空调自控的不足,其硬件连接图如下所示：
软件编程满足上面所述的时序要求及原理要求即可，这里不详细说明。

四 总结

以上面所说的三套机泵系统为例，如改成三套机泵系统并接运行(参见 lt; lt;建筑电气
通用图集 92DQ10 gt; gt; 空调自控 P10-122~136)，传统的继电器控制方式硬件连接改动很大。
而用PLC的控制方式硬件不需要任何改动，只要在编程中作相应的变动即可。对于其它种类的机泵系统，用PLC的线路连接也十分简单，其后就是软件编程调试了。
以上是本人多年来对不同类型的制冷机组控制设计的一点体会，期待专家及同行批评指导1、应用背景

主变压器是水电厂三大设备之一，其主要功能是改变电压等级、输送交流电能。由于结构和工作原理方面的原因，变压器运行时不可避免会产生铁损、铜损，并转化为热量令变压器温度升高。

过高的温度使变压器工作能力和效率降低、尽缘老化、使用寿命降低。因此，变压器冷却装置的可靠运行对于变压器的正常工作异常重要，如我公司《运行规程》规定：变压器带负荷过程中，如全部冷却器失往电源，答应继续运行20 min，但长时间不得超过1 h(视油温而定)。我公司共有4台主变，容量90-150 MVA不等，#2、#3、#4主变冷却器均为强迫油循环风冷却方式。冷却器原自动控制回路主要由常规继电器组成，运行维护中主要存在如下题目：设备残旧，尽缘低，回路元件数目多、接线复杂、通用性差，故障率高等，同时由于使用年限已久，备品备件缺乏，有的回路还存在寄生现象，给检验维护工作造成一定困难，也不能满足公司运行“少人值守”的需要。

因此，公司相关部分对主变冷却器的控制回路提出了技术改进方案，新回路主要采用新型的自带编程器的微型可编程控制器(PLC)替换大部分继电器，使控制线路具有简单可靠、适应性强和功能丰富等特点。下面以#2主变冷却器控制回路改造为例说明可编程控制器的应用。

2、冷却器起停控制、运行监视功能实现

2.1 冷却器自动控制目标

规程规定各种运行状态下须投进冷却器组数见表1。

表1 规程规定各种运行状态下须投进冷却器组数

注：1)根据主变冷却器处于空载或带负荷状态投进位于“工作位置”的冷却器组；
2)当主变油温达到整定值(55℃)或负荷电流大于70％则再投进位于“辅助位置”的冷却器组；
3)当处于“工作位置”或“辅助位置”的冷却器组出现故障不能正常运行时，投进位于“备用位置”的冷却器组。

2.2 冷却器工作状态

#2主变冷却器共8组，分为以下4种状态运行：

状态1：空载1、2组；负载l、2、3、4、5、6组；辅助7组；备用8组
状态2：空载3、4组；负载3、4、5、6、7、8组；辅助1组；备用2组
状态3：空载5、6组；负载5、6、7、8、l、2组；辅助3组；备用4组
状态4：空载7、8组；负载7、8、1、2、3、4组；辅助5组；备用6组

4种状态问的切换每15天一次，由“定时切换”或“人工设定”实现。处于“人工设定”时，由运行职员在触摸屏设定分配冷却器组处于何种状态；当处于“定时切换”方式时，由可编程控制器流程内设定实现自动切换。

2.3 框图

可编程控制器流程的公道设计是回路的正常工作和稳定运行的关键因素。根据冷却器工作特性和控制目标，设定可编程控制器系列框图见图1。

图1 冷却器控制回路框图(PLC部分)

3、运行维护

因流程设计公道简捷，#2主变冷却器控制回路投运后，运行稳定可靠，同时，可编程控制器与触摸屏配合使用，人机界面友好，使日常维护工作变得简单而方便。示例如下。

3.1 接点更改

如#2主变22o2开关辅助接点原来取用的是闭接点，在改为开接点后，只需修改一下PLC流程。

3.2 消除主变温度临界时的影响

因流程内设置冷却器组的起停与主变温度有关，运行中发现，当主变温度表温度在冷却器启动值上下跳动，即处于临界状态时，会导致冷却器瞬间起、停，极轻易造成电机损坏，针对这一现象，我们在PLC流程中设了一个延时回路，题目马上得到解决。

3.3 实现“定时切换”功能

改造前，冷却器投进组数等运行方式由运行职员人工定期切换，既繁琐又不方便(主变平台与运行值班室相距较远)，现在在PLC流程内部设置即可实现自动“定时切换”，同时周期可任意选择，简单方便，减少了运行职员工作量。

3.4 外部回路异常时的报警功能

由于PLC具有极高的可靠性，因此PLC控制回路中尽大部分的故障不是来自PLC本身，而是由于外部元件故障引起的，例如常见的按钮或继电器触点的熔焊及氧化造成回路短路或开路故障；操纵保险熔断使控制回路失电；热元件动作等，PLC一旦自动检测到元件故障，不仅具有报警功能，而且通过触摸屏能立即显示故障状况，使维护职员能迅速判定出故障原因。

4、结束语

#2主变冷却器回路投运后3年多的运行结果表明，以微型可编程控制器为核心的冷却器控制回路能够满足电厂主变冷却器自动控制要求，并且具有先进、可靠、控制性能好等优点。我公司在#2主变冷却器控制回路可靠运行后，又相继完成了#3、#4主变冷却器控制回路的改造，极大地进步了劳动生产率，有效地解决了生产中的很多题目：如减少了生产过程中冷却器的突发故障，缩短了生产预备时间和抢修时间，减少了维护职员的劳动强度等，推进了我发电公司设备治理现代化发展进程，是运行实行“无人值班”(少人值守)的可靠保障

　水轮机调速器是水电站的重要组成部分，主要用于控制水轮发电机组转速与出力，其品质与性能直接影响到电能品质和水电站的安全可靠运行。电气－机械转换部件是调速器的核心部件，因此，解决水轮机调速器中电气－机械转换部件工作可靠性差、抗油污能力弱等题目，是进步水轮机调速器可靠性的关键。

   1.步进电机或直流伺服电机控制的水轮机调速器存在的缺陷

　20世纪90年代初期，国内高等院校、科研机构及制造厂家先后开发了电机（步进电机、直流伺服电机）型电气－机械转换部件。步进电机的转动由指令脉冲控制，控制简单；直流伺服电机控制方便，调速范围宽，输出转矩高，过载能力强，动态响应好。因此，以步进电机或直流伺服电机控制的水轮机调速器在大、中型水电站的应用取得了明显的成果，从而解决了电液伺服阀抗油污能力弱、轻易发卡、工作可靠性较差等题目。但是，步进电机与直流伺服电机本身存在缺陷，主要表现在：步进电机有一启动频率，造成在大负荷情况下响应速度不能过快，而且在高速运转时转矩下降，碰到卡阻时可能堵转、失步；直流伺服电机存在电刷与换向器的磨擦并产生火花的题目，电刷的磨损会带来故障，同时使其在维护方面较为麻烦。

   2.交流伺服控制型可编程水轮机调速器的结构和主要特点

　近年来，随着电子技术的进步，新型功率开关器件、专用集成电路和控制算法的发展，使交流驱动电源、交流伺服系统的性能大大进步，它除克服了步进电机或直流伺服电机本身的不足，还具有功能强大、控制方式灵活、技术性能好和可靠性高等特点。因此，把由交流伺服电机构成的驱动装置作为水轮机调速器的电气-机械转换部件是功率电子技术、微电子技术、计算机技术及控制原理进步和不断向前发展的必然结果。

　2.1结构

　交流伺服控制型可编程水轮机调速器的电气部分是以可编程控制器（PLC）为硬件核心，软件采用全模块化结构，彩色液晶屏幕显示，具有良好的全中文图形人机界面；电气－机械转换部件采用交流伺服电机，配以滚珠螺旋自动复中装置；液压系统为直连式结构，以交流伺服驱动装置的机械位移直接控制主配压阀。PLC丈量水轮发电机组的频率信号偏差，并按一定的调节规律（PID或PI）转换成位置控制的数字电信号；电气－机械转换部件将该数字信号线性地转化为机械位移量，再直接控制由辅助接力器和主配压阀组成的二级液压放大，通过主接力器控制水轮机导水叶开度（或浆叶转角），实现水轮发电机组的调速和负荷控制。

　交流伺服控制型可编程水轮机调速器的系统原理结构见图1，机械液压系统的结构见图2。

　2.2设计特点

   2.2.1无油电气－机械转换部件

　2.2.1.1交流伺服驱动装置

　交流伺服驱动装置由交流伺服电机以及与其配套的驱动器组成。在研制、选型和应用中，选用了日本松下公司生产的MSMA交流伺服电机及MSDA交流伺服驱动器。MSMA交流伺服电机的主要特点是惯量小，转矩大，控制精度高，可方便地获得与频率成正比的可变速度，在低速运行时无爬行、无震动，调速范围宽，力矩－频率特性好，同时该电机轴上自带有高分辨率的位置旋转编码器，可方便地将电机轴的实际转角反馈给驱动器，在位置环方式下构成一个闭环位置控制。MSMA交流伺服电机结构简单，体积小，运行可靠，无需维护。与其配套的MSDA交流伺服驱动器是一个功能强大、控制方式灵活、适合多种用途的全数字化驱动装置，它本身带有CPU和人机对话界面，可以对其控制方式（位置控制、速度控制、转矩控制方式或组合控制方式）、工作参数（如位置环增益、速度环增益、速度环积分时间常数、速度前馈等）进行设定，以达到优控制，满足不同工况下调速系统的稳定性要求。

　2.2.1.2自动复中装置

　自动复中装置主要由大导程滚珠丝杆、滚珠螺母和定位器等组成。交流伺服电机通过联轴器和小手轮（手动操纵用）直接连接滚珠丝杆，当电机带动滚珠丝杆正转（或反转）时，与滚珠螺母连成一体的位移输出杆上升（或下降），从而将电气数字信号直接转换为机械位移输出。由于采用了大导程滚珠螺旋副，所以速动性好，磨擦阻力小，传动效率高，死区小，寿命长。同时，在滚珠螺母与位移输出杆的水平对称位置两侧各设有一个定位器，当交流伺服电机失电时，在定位器的作用下，滚珠螺母与位移输出杆立即回复到原始的水平零位，滚珠丝杆也回到原始的中位。因此，在调节过程中，当交、直流电源同时出现故障时，由于交流伺服装置设置具有自动复**能，可使主配压阀及时复中，使调速器保持稳定，确保机组安全运行。2.2.2机械液压随动系统

　机械液压随动系统由带有自动复中装置的电气-机械转换部件、引导阀、辅助接力器与主配压阀块、油路模块、紧急停机电磁阀等组成。该系统的结构特点是：采用油路模块，取消连接油管路的明管；采用电气反馈，取消机械反馈杆件及钢丝绳，机柜内无传动杠杆，避免在铰接处产生死行程；实现无扰动手、自动切换，结构紧凑，外形美观，操纵简单，维护方便。

　2.2.3人-机接口

　采用彩色液晶触摸屏幕实时显示机组当前运行工况、机组频率、导叶开度、机组功率、水头值和故障信息等各种运行参数和工况，直接通过触摸屏幕进行人-机对话，答应通过菜单实时修改运行参数，显示直观，操纵方便，具有良好的全中文图形人机界面。

    3.交流伺服控制型可编程水轮机调速器在水电站的应用

　江西省寻乌县斗晏水力发电厂为坝后式水电站，安装有3台12.5 MW的混流式水轮发电机组，调速器为SKDT-80模拟型电液调速器，电液伺服部件采用电液转换器。受斗晏水力发电有限公司的委托，由广东江海机电工程有限公司承接该调速器的技术改造任务。在技术改造中，采用交流伺服可编程控制技术对该调速器进行技术改造，于2001年6月完成改造，并投进运行。

　　
　经过一年多的实际运行，调速器情况良好。开、停机几十次，从机组开机到空载运转的稳定时间短，并网快速，机组空转时间减少，节约用水；调节灵敏，运行可靠。

　改造后的调速器型号为GKT80-SP，分别于2002年1月和2002年8月通过了电力的现场鉴定测试和广东省水利厅专家组的鉴定。将改造后的主要鉴定试验结果（见图3、图4和 表1）与GB/T9652.1—1997的数据进行比较，其主要性能指标全部达到或优于国家标准规 定值。

    4.结束语

    交流伺服控制型可编程调速器经过了水电站现场真机的运行考验，其调节灵敏，可靠性高，性能好，运行稳定，而且该产品技术先进，结构简单、公道，操纵简单，维护方便，能为水电站带来较好的经济效益。