摘要:本文主要介绍可编程控制器PLC运用在Y-△降压启动设备上几个不常见问题的分析探讨。自20世纪六十年代美国推出第一代可编程逻辑控制器PLC(Programmable Logic Controller)以来,经过半个世纪的发展,PLC在工业控制领域得到了极为广泛的应用,技术越来越先进成熟,功能不断完善,可以说如今的工业控制领域,已经离不开PLC。
在水力发电厂,PLC控制器主要用于一些辅助设备的自动启停及轮换控制,但往往由于控制回路设计上存在的细微问题没有及时发现,或者相关控制元器件本身性能差异的问题,导致PLC控制器运行异常。
关键词:PLC控制器;Y-△降压启动;故障分析
引言
在水力发电厂,PLC控制器主要用于完成油、气、水三大系统辅助设备的自动控制。
对于由电动机拖动的油泵、水泵等,特别是深井泵这类需要带载启动的设备,要使用PLC控制器实现自动控制,通常的做法是配合电机软启动器或者变频器使用。
如果是在启动时可以空载启动、启动完成后重负载运行的设备,设备制造厂家通常从经济实用性和设备运行维护方面综合考虑,多使用Y-△降压启动电路来实现设备启动,如水电厂使用的低压空压机。水电厂辅助设备在设计时,都会考虑备用设备的配置,例如即使一台空压机就可以满足运行要求,但为了保证主设备运行的安全性、可靠性,也会多配置一台备用空压机。一方面提高了设备的可靠性,另一方面两台空压机可以轮换运行,延长设备的使用寿命。
实现两台空压机的自动启、停和轮换控制,最简单可靠的做法就是使用PLC控制器来实现。但往往控制回路上一个细微的问题,就能导致PLC控制器出现一些不易察觉的运行异常现象。例如我厂低压空压机控制系统就因为一根二次回路接线错误,导致了一些时有时无的异常,本文将就此问题进行简要分析。
一、设备概况及异常症状
二期厂房装设有一套低压气系统,配置一个额定压力0.8MPa的储气罐、两台英格索兰柜式空压机,一套PLC控制器。两台空压机轮换运行,由PLC控制器实现自动启、停及轮换控制。
自2017年以来,值班人员发现当1号空压机在主用时,有时会出现同时启动两台空压机的情况。而2号空压机主用时,只会单独启动2号空压机工作。维护人员多次现场检查、手动排气使空压机自动启动。发现当1号空压机在主用时,有时单独启动1号空压机工作,有时1号空压机启动几秒后,2号空压机也跟着启动,两台空压机同时工作,存在不确定性。于是怀疑问题可能出在控制程序或继电器动作不可靠,但详细分析了程序、更换了相关的继电器,均未查出问题症结所在。
二、症状表象提示问题所在
2018年03月初,该空压机控制系统再次出现了两台空压机同时运行的情况。
将调试计算机与PLC控制器联机后,切除正常的一台空压机,只保留异常的空压机自动运行。3次操作排气降低气罐压力,使空压机自动启动,有2次出现了当1号低压空压机启动时,该空压机运行计数加1次,停止时计数再加1的现象,而另外1次却没有出现上述异常现象。于是怀疑问题出在1号空压机运行反馈信号上,经仔细检查,确定故障原因为“运行反馈”继电器线圈接线错误,如下图1所示。
三、故障原因分析
1.运行计数器在启动时+1,停止时再+1问题分析
图1 空压机Y-△启动电路
图1所示,空压机为Y-△降压启动,启动过程如下:
1)空压机收到来自控制柜的启动信号,接触器KM1得电,并自保持,同时KM1的自保持接点使时间继电器KT得电,开始计时。此时,电动机绕组的尾端U2得电,U2对地电压为220V,运行监视继电器K2得电动作。理论上KM2在启动信号发出的同时也是得电闭合的(由于KM1和KM2机械部件动作特性有差异,假设KM2的吸合稍微晚于KM1几十毫秒)。KM2闭合后,U2成为中性点,对地电压为0V,K2继电器失电,程序的计数器模块必然增加计数1次,与程序联机监视情况一致。
2)KT计时时间到,延时断开接点分开(上图右边第3行),KM2失电,KM3得电,转为三角形运行,完成启动过程。此时,U2点对地电压又变成220V,K2继电器再次得电动作。(注:由于KM2和KM3用彼此的辅助触点实现相互闭锁,因此,只有在KM2断开后,KM3才能吸合);
3)空压机启动运行完成后,控制柜发来停止信号,KM1和KM3失电,空压机停止运行。U2点的对地电压再次变为0V,继电器K2失电,因此程序又收到一个由1变0的下降沿,计数又增加1次。这就解释了为何启动时+1,停止时+1的问题。
2.两台空压机同时运行原因分析
当1号空压机主用时,主启压力到,启动1号低压空压机,在启动过程中,星形启动时,如果KM1先于KM2吸合几十毫秒(虽然在理论上KM1和KM2线圈时同时得电的,但机械部件的动作特性不可能完全一致),就会出现U2点在这几十毫秒内得电又失电,运行反馈继电器K2动作又返回的情况,如上述分析过程。PLC收到了1号空压机运行信号,但在KM2吸合后,K2继电器失电,程序里1号空压机运行计数已经加1,此时由于1号、2号空压机均没有运行信号,程序会判断为2号空压机轮为主用,且此时启动信号并没有消失(气罐压力没有升高),从而发出信号启动2号空压机。实际上是1号空压机此时正在由星型切换到三角形的过程中,电机是在运行的。就造成了2台空压机同时启动的情况。也就解释了为何“1号空压机主用时”会出现两台空压机同时运行的情况。
3.有时1台运行、有时2台运行原因分析
同理,由于KM1和KM2的机械部件动作做特性不可能完全一致,控制柜启动信号继电器触点闭合时,KM1和KM2线圈同时得电,会有如下两种情况:
1)如果KM2先于KM1吸合几十毫秒,运行监视继电器K2在整个启动停止过程中就只有在KM2断开的时候得电,直到空压机运行停止后失电,整个过程K2继电器只会有一次得电和失电的过程。这种情况下,就只有1号空压机会运行,
2)另一种情况,如果KM1先于KM2吸合几十毫秒,就会出现如上述分析的情况:K2继电器在KM1吸合时得电,KM2吸合时失电,KM2断开时又得电,直到空压机停机后才又失电。整个启动运行过程会出现两次得电又失电(见图4)。在第一次失电时,1号空压机运行计数已经加1,此时由于1号、2号空压机均没有运行信号,程序会判断为2号空压机轮为主用,且此时启动信号并没有消失(气罐压力没有升高),2号空压机就会启动。因此,就会出现2台空压机运行得情况。
四、故障处理方法
基于上述原因分析,要解决此问题只需要将K2继电器线圈接线改接至KM1接触器的下端头B相即可。由于接触器KM1在空压机启动时就吸合,直到空压机打压结束停机才会返回,整个工作过程中不会出现切换动作,因此可以成功解决该故障。
参考文献:
[1]王民权、应立恒、梅小妍.电工基础[m].清华大学出版社,2013年
论文作者:杨伟
论文发表刊物:《电力设备》2019年第11期
论文发表时间:2019/10/14
标签:空压机论文; 继电器论文; 控制器论文; 两台论文; 信号论文; 情况论文; 设备论文; 《电力设备》2019年第11期论文;