摘要：详细叙述了水轮机进水阀工艺流程、自动控制系统说明。同时，总结了要保证PLC正常运行应该注意的一系列问题，并给出一些合理的建议。

关键词：进水阀、工艺流程、PLC、抗干扰性、应用效果

1 概述

水轮机进水阀是水电站重要辅助设备，通常是满足运行及检修的需要，在压力管道末端，水轮机蜗壳或引水管道之前所设的阀门称为水轮机进水阀。进水阀只有全开及全关两种工作方式，不调节进水流量。

传统的进水阀控制系统多采用“继电器逻辑”控制，虽然控制逻辑已经比较精炼，严密，但其控制部分是由继电器触点实现的，故障率较高，而且控制柜布线复杂，给确定故障查找故障带来较大困难。

PLC（Programmable Logic Controller）为“可编程序控制器”的英文简称。它以功能强，性能价格比高；可靠性高，系统设计、安装、调试维修工作量少等优点。现在已成为工业控制领域的主流控制设备，在各行各业发挥着越来越大的作用。下面介绍S7-200PLC在我厂水轮机进水液动蝶阀中的应用。

2 工艺流程

PDF92-WY-500水轮机进水液动蝶阀由阀体、活门、止水结构、旁通、机械锁定、液压锁定等部分组成。

2.1 工作原理

2.1开阀时，启动油泵电机组，油泵将压力油输入蓄能器至额定压力后停止。打开旁通阀，介质进入水轮机蜗壳，排气阀自动排气，待阀前、后的压力差值达到设定值时，液压锁定油缸电磁换向阀动作，解除液压锁定。进水液动蝶阀摆动油缸电磁换向阀动作，压力油进入摆动油缸无杆腔，摆动油缸带动曲柄、阀轴转动，开启进水液动蝶阀。进水液动蝶阀开到位后，液压锁定油缸电磁阀换向，液压锁定投入，关闭旁通阀。

2.2 关阀时，液压锁定油缸电磁换向阀动作，解除液压锁定，进水液动蝶阀摆动油缸电磁阀换向，摆动油缸带动曲柄、阀轴转动，阀门关闭。关闭到位后，液压锁定油缸电磁阀换向，液压锁定投入。

2.3 首次开阀和检修后开阀时，应先解除机械锁定；水轮机系统需要检修、维护时，关闭后应投入机械锁定。

3 电气部分

电气控制系统采用德国SIEMENS CPU226型PLC，操作部分采用SIEMENS TP270工业人机界面和就地按钮站，人机界面用于显示和操作，就地按钮站在检修、调试和紧急情况下使用。控制系统还有远程故障诊断和维护功能。油泵电机采用软起动，软起动器为施耐德产品。整个控制系统控制可靠、自动化程度高。

4 控制程序设计

该控制系统软件采用西门子公司的STEP7-MICRO/WIN32的软件编写，PLC控制系统使用功能控制语言，可用多种方法，如梯形图（Ladder）、语句表（STL）、功能图块（FBD）进行设计，软件开发、调试和维护采用多种方法，可有效利用软件资源。

系统软件大体分三个部分：控制、数据处理、通讯。控制程序比较直观，它是根据PLC的I/O的配置情况及其工艺流程逻辑关系编制出来。 该系统初始化用到了子程序调用指令，在主程序中对模拟量子程序进行调用。

在人机对话HMI界面可选择就地控制，进入就地控制菜单，可以进行开关油泵、开关旁通阀、投入或解除锁定、开关主阀等；在远程控制菜单下，可以由中控室自动或人工完成进水阀的全部程序动作，本程序由主程序和子程序组成。

（一）、主程序主要完成开关阀及造压功能。

（二）、子程序完成模拟量数据的采集处理，通过EM231、EM232对液压站压力、油温、油位进行数据采集及输出，如：液压站压力，通过压力变送器检测压力的高低，输出4—20mA模拟信号送入扩展模块EM231，经PLC程序内部运算，由PLC输出开关信号控制油泵工作状态，保持油压在一定范围内，实现油压自动控制。

（三）、控制说明：

阀门的操作显示主要通过触摸屏来完成（画面示意图附后），触摸“请进入控制系统”进入主画面，该画面有油压、油位、油温数字显示和相应的图形显示，阀门的状态显示包括主阀、旁通阀和锁定的投入与拔出以及主备油泵的运行等指示，就地操作键，远控操作键，紧急关阀键、状态信息键等控制器键。

1.1 就地操作：进入主画面后，按“就地操作”键，将“就地操作 调试/自动”键置“调整”位，分别操作主阀开、关键、旁通阀开、关键、锁定投入、拔出键，可一步步操作各项动作；操作主、备油泵，可整定油压值等。将“就地操作 调试/自动”键置“自动”位，操作主阀开、关键，阀门按设定程序动作。该画面也有油压、油位、油温数字显示和相应的图形显示，阀门的状态显示包括主阀、旁通阀和锁定的投入与拔出以及主备油泵的运行等指示。在该画面下操作“远控操作”可进入远控画面，操作“状态信息”进入状态指示画面。

1.2 远控操作：进入主画面后，按“远控操作”键，阀门控制受远方使能信号控制。控制区域均可显示。但在需紧急关阀时，操作“紧急关阀”键，阀门不受任何其它使能信号控制按设定程序关阀。在该画面下操作“就地操作”可进入就地控制画面，操作“状态信息”进入状态指示画面。

5 PLC应用中需要注意的问题

PLC是一种用于工业生产自动化控制的设备，一般不需要采取什么措施，就可以直接在工业环境中使用。然而，尽管有如上所述的可靠性较高，抗干扰能力较强，但当生产环境过于恶劣，电磁干扰特别强烈，或安装使用不当，就可能造成程序错误或运算错误，从而产生误输入并引起误输出，这将会造成设备的失控和误动作，从而不能保证PLC的正常运行，要提高PLC控制系统可靠性，一方面要求PLC生产厂家提高设备的抗干扰能力；另一方面，要求设计、安装和使用维护中引起高度重视，多方配合才能完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰性能。因此在使用中应注意工作环境、正确选择接地点，完善接地系统、主要抗干扰措施、控制系统中干扰及其来源等问题入手解决。

6 应用效果

该控制系统从安装调试成功后，于2005年8月通过业主单位的验收。目前控制系统运行稳定可靠，且操作简单、直观；故障率低、故障查找处理方便、快速。

参考文献：

1、S7-200编程手册[P] 1998版…… 西门子公司

2、翟曌，刘文彦，邓新中. 地环流抑制技术的探讨[J]. 自动化仪表，2003，3：21～24

3、龚瑞昆，李奇平. 改善传感器特性的软件处理方法[J]. 自动化仪表，2001，3：42—47