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1、摘 要冷却水循环系统是整个发电机轴承的重要环节，原供水方式一直采用人工控制，使用后的水未经循环，直接外排，浪费很大，同时还存在水质差、水量不足、水压低等问题。因此，发电机各轴承冷却水循环泵站自动控制系统势在必行。针对目前PLC在发电机各轴承冷却水循环系统自动化控制的研究还处于初始阶段，设计要求进行本次设计。通过本次设计要探索出一种小型泵站的PLC自动控制方法，得出性价比较高的控制器选型方案，得出合理的软硬件设计方案。使整个泵站系统的总体成本大幅下降，系统运行时节能降耗、且稳定可靠。针对发电机各轴承的冷却水循环系统采用PLC对其进行泵站控制是一种新的尝试，通过本次设计要探索一种实用的发电机各轴承
2、冷却水循环系统泵站控制方法。关键字：PLC；发电机；自动化控制；循环系统；轴承AbstractCooling water circulation system is an important link in the generator bearing, the original water supply has been the artificial control of the water after use without the circulation, direct discharge, waste a great while there are poor water quality,
3、 water shortage, low water pressure problems. Therefore, the generator cooling water circulation pump the bearing control system is imperative. For the current PLC bearing in the generator cooling water circulation system, the automatic control of the research is still at a blank stage, the design r
4、equirements for the design of the times. Through this design to explore a small pump station PLC control approach, a cost-effective selection of high controller program and obtain reasonable hardware and software design. So that the overall cost of the pumping system significantly decreased, energy
5、saving system is running, and reliable. The bearings for the generator cooling water system used to pump its PLC control is a new attempt, through this design of a practical generator to explore the bearing cooling water circulation system pump control.Keywords: PLC；generator；automation；circulatory
6、system；bearing- 43 -第一章 绪 论一、概述为了解决由于夏天气温高而引起的冷却水温度升高所造成大量工业水浪费和能量消耗等问题，有效节约水源，降低运行费用，该设计通过在发电机低压冷却水循环泵站冷却系统中引入冷水机组，从而达到既可保证机组安全经济运行又可节约大量冷却用水的目的。该论文对采用冷水机组的汽轮发电机组的冷却系统进行了系统设计、计算和分析，为进一步的工程实际应用提供参考依据。冷却水循环系统是整个发电机轴承的重要环节，由管道设备及水泵和控制电路按一定的组织方式所构成，冷却对象主要为发电机轴承，其冷却强度对发电机轴承寿命起着决定性的作用。原供水方式一直采用人工控制，使用后的水
7、未经循环，直接外排，浪费很大，同时还存在水质差、水量不足、水压低等问题。考虑到原供水方式已暴露出如上很多弊端，且无事故供水措施，严重制约了炼铁厂生产的发展和经济效益的提高。因此发电机各轴承冷却水循环泵站自动控制系统势在必行。系统从水池中抽水，通过管道传输，利用对温度、压力、流量、电流等参数的检测来决定泵站的水泵的控制策略和各个泵站间的切换。通过对泵站的改造可以提高循环利用率，能缓解公司生产用水紧张的局面，同时也能确保发电机用水的安全性和可靠性，各项供水指标比直接使用河水时有明显改善，悬浮物浓度下降且基本稳定。二、选题意义针对目前PLC在发电机轴承冷却水循环系统自动化控制的的研究还处于初始阶段，
8、结合设计要求进行本次设计。将国内外对小型泵站的研究的成果和技术方案转化到发电机轴承冷却水循环系统中。通过本次设计要做出发电机轴承低压冷却水循环泵站自动控制系统的合理设计方案，使整个泵站系统的总体成本大幅下降，系统运行时节能降耗、且稳定可靠。通过本次设计要探索出一种小型泵站的PLC自动控制方法，得出性价比较高的控制器选型方案，得出合理的软硬件设计方案。针对高炉的冷却水循环系统采用PLC对其进行泵站控制是一种新的尝试，通过本次设计要探索一种实用的发电机轴承冷却水循环系统泵站控制方法。第二章 冷却水循环控制系统工作原理一、控制系统要求1 控制系统功能要求本次设计应实现：发电机轴承冷却水循环系统自动化
9、控制的实时性和可靠性要求；无人值守系统能正常运行，满足系统的温度、压力、流量、电流等工艺参数要求；系统可靠性高，故障自动排除；泵站内的各泵采用互备技术，任何一个泵出故障都不影响系统正常工作；泵站系统的过载检测、故障实时报警，并实现故障紧急处理避免危险情况的发生；系统的可维护性强，发生故障能迅速定位，出现故障能快速修复；整个设计合理并切合工程实际，便于施工且性价比合理。整个系统可以与冷却水循环系统自动化控制的网络系统联网，能进行通信，上位机可以监控所有设备的运行情况，能对所有设备进行管理。系统的通信总线采用RS485总线。所设计的的系统采用的硬件设备与原有的设备和系统其他设备都有很好的兼容性，能
10、在不改变其他任何硬件的情况下完成控制系统设计。本地设备通过报警检测，系统应具有一定的自诊断能力，能实现部分故障的自我修复，对于不能修复的故障，应能迅速指示出故障所在处，以便检修人员能迅速的对故障做出处理。2 设计技术指标根据发电机的实际情况，整个电厂水循环系统应满足以下指标：(1)满足发电机轴承冷却水循环系统的生产用水，循环水量为60100立方米/小时，自流回水；循环利用率大于90。(2)冷却壁的压力不低于0.3MPa；冷却出水温度40。(3)改善供水水质，使水中悬浮物含量低于20mgL，并采用水质稳定措施基本消除发电机轴承冷却壁及循环水设施的结垢、腐蚀现象。(4)设置事故泵站及事故水泵，确保
11、安全供水。3设计原则发电机轴承冷却水循环系统的的设计应根据工程的510年发展规划进行，做到远近期结合，以近期为主，正确处理近期建设与远期发展的关系，适当考虑扩建的可能。水资源循环利用，电能节约利用，降低能耗提高效率，不给环境造成不良影响。整个系统的性价比高，所选控制器及其外围稳定可靠，出现故障易修复。高炉冷却水循环系统的设计，必须从全局出发，工艺参数、工程特点和高炉的实际条件，结合国情合理地确定设计方案；必须坚持节约用地的原则；同时还应符合现行的国家有关标准和规范的规定。根据系统兼容性要求冷却水循环系统采用与整个发电机其他控制系统的PLC采用同品牌同系列的产品。通讯和组态也采用统一的标准，确保
12、整个系统兼容性强，扩充改造方便。4系统的保护设计框架由于被控对象的特性，系统需要对水池中液位的高度进行检测，防止出现由于液位下降导致水泵抽不到水。对流过空气开关的电流进行检测，防止出现大电流。对流量进行检测确定每个水泵都有水流过。当系统发生大电流时，系统发生报警，比对上位机发出信号，请求关闭当前泵站，启动其他泵站，待上位机回复确认信息后系统关闭。当水池的液位下降到比设定的液位低的时侯，有检测部分向PLC发信号系统报警，PLC请求上位机关闭该泵站，待系统回复确定信息后，系统执行相应的操作。利用流量检测来去定水泵中是否有水流过，如有流量则该泵启动正常，如果没有则该泵启动异常，需要启动备用泵。上位机
13、能随时通过通信监测到每个泵的运行情况。整个发电厂的控制层能获得系统的所有信息，有利于工厂的统一管理和资源的统一分配利用。整个系统的各个设备都支持本地控制，当系统通信系统出现问题时可以选择本地控制。可以设定系统的各个参数，保证系统的安全可靠运行，实现冷却系统的不间断供水循环。系统可能出现的的故障和指示报警以及对故障的处理办法可以用表1来表示。表1 常见故障及处理方法可能出现的报警指示解决办法上电后系统不工作，且无指示检查电源泵起异常指示灯亮检查该泵及其相关电路是否正常温度过高指示灯亮换用其他泵站或给站水循环系统加冷水液位过低指示灯亮换用其他泵站或给站水循环系统加水电流过大报警逐个关闭水泵并换用其
14、他泵站二、冷却水系统控制方案的确定1方案概述根据发电厂的规划拟采用三个泵站对发电厂冷却系统供水，本设计只是对其中的一个进行设计。系统的水压和温度要求在进行软件设计时可以实现。故障水泵的要求，设计本身采用的是各个泵之间的互备技术，任何情况下每个泵都有一个或两个泵作为其他泵的备份，每个泵循环作为备用泵，确保不会因为长时间不用损坏而不能起到备用的可靠性，互备技术不用一对一的给各个泵做备份，节约了成本，也减轻了控制系统的负担。2方案确定目前小型泵站的自动化控制有两种设计方案：一种方法是利用PLC控制的恒压变频调速的方法进行压力和流量的控制；另一种方法是用PLC进行泵的开关控制来控制开关和流量。方案（1
15、）采用模拟量的PLC控制变频调速方案采用电动机调速装置与PLC构成控制系统，进行优化控制，完成供水压力的恒定控制，在管网流量变化时达到稳定供水压力和节约电能的目的。系统的控制目标是泵站总管的出水压力，系统设定的给水压力值与反馈的总管压力实际值进行比较，其差值输入变频器运算处理后，发出控制指令，控制泵电动机的投运台数和运行变量泵电动机的转速，从而达到给水总管压力稳定在设定的压力值上。通过安装在管网上的压力传感器，把水压转换成420mA的模拟信号，通过变频器内置的PID控制器，来改变电动水泵转速。当用户用水量增大，管网压力低于设定压力时，变频调速的输出频率将增大，水泵转速提高，供水量加大，当达到设
16、定压力时，电动水泵的转速不在变化，使管网压力恒定在设定压力上，反之亦然。工作流程是利用设置在管网上的压力传感器将管网系统内因用水量的变化引起的水压变化，及时将信号（4-20mA或0-10V）反馈PID调节器，PID调节器对比设定控制压力进行运算后给出相应的变频指令，改变水泵的运行或转速，使得管网的水压与控制压力一致。该方案有如下的缺点：1.性价比高，该系统采用的变频调速初期投资成本高，维护费用大。2.控制系统复杂，不利于施工和后期维护。3.系统采用模拟量控制，容易受到干扰，发电厂发电机轴承是一个强电磁干扰的地方，采用模拟量传输信号的时候很容易受到干扰，是系统的可靠性大大降低。4.对突发事件的应对能力不强，当受到强干扰时紧急应对能力弱。方案（2）采
