Zusammenfassung: Dieser Artikel präsentiert ein Steuerungssystem auf Basis einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) zur Erfassung und automatischen Steuerung von Gerätesignalen. Am Beispiel der technischen Modernisierung des Niederdruckluftkompressors im Wasserkraftwerk Bapanxia werden die wichtigsten Aspekte des Entwurfs und der Implementierung erläutert. Schlüsselwörter: SPS, Niederdruckkompressor, Systemintegration, Programmierung. 1. Überblick über das Wasserkraftwerk Bapanxia: Das Wasserkraftwerk Bapanxia ist die letzte Stufe der Kaskadenkraftwerke Liu, Yan und Ba im Abschnitt Lanzhou des Gelben Flusses. Es handelt sich um ein Laufwasserkraftwerk zur Spitzenlastabdeckung. Das Kraftwerk verfügt über insgesamt sechs Einheiten mit einer Leistung von je 36 MW. Es ist ein älteres Kraftwerk, das seit 30 Jahren in Betrieb ist. 2. Überblick über die ursprüngliche Ausrüstung: Die beiden Niederdruckkompressoren vom Typ 2V-6/8 im Niederdruckluftsystem des Kraftwerks sind die Hauptkomponenten des Hilfssystems. Der von ihnen bereitgestellte Luftdruck von 0,8 MPa wird hauptsächlich für den Generatorbremsdämpfer, die Deckeldichtung usw. verwendet. Da dieser Luftdruck eine der Voraussetzungen für den Anlauf der Generatoren im Werk ist, darf er nicht unterbrochen werden. Der ursprüngliche Steuerkreis bestand hauptsächlich aus veralteten Relais mit komplexer Struktur und hohem Alter, was die Bedienung und Wartung erheblich erschwerte. Das Luftdrucksignal wird von einem elektrischen Kontaktmanometer erfasst, und der Motor wird über einen Drehstrom-Schütz gestartet und gestoppt. Die Fehlermelde- und Motorschutzeinrichtung (40 kW) ist sehr einfach, und Fehler im Steuerkreis treten häufig auf, wodurch die Versorgung des gesamten Werks mit Niederdruck-Druckluft nicht gewährleistet werden kann. 3. Umbauplan: Nach eingehender Untersuchung und Analyse wurde beschlossen, eine kostengünstige, zentrale SPS-Steuerung einzuführen, das ursprüngliche Bedienfeld zu ersetzen, den Drehstrom-Schütz durch einen kontaktlosen Halbleiterschalter und das elektrische Kontaktmanometer durch einen Druckmessumformer zu ersetzen. Es ist geplant, über ein verdrilltes Zweidrahtkabel eine serielle PLCRS-485-Schnittstelle zur Verbindung mit dem Überwachungsrechner des Generatorsatzes zu nutzen, um die Fernüberwachung zu ermöglichen (siehe Abbildung 1). Um die Bedienung zu vereinfachen, wurde der Systembetriebsmodus vollständig vom ursprünglichen Betriebsmodus übernommen. Nach Festlegung des Plans wurden die benötigten Gerätemodelle entsprechend den Standortanforderungen ausgewählt. 4. Struktur des Steuerungssystems: 5. Zusammensetzung des Steuerungssystems und technische Spezifikationen der Hauptkomponenten: Es wird ein Standard-Schaltschrank verwendet. SPSen und serielle Kommunikationsgeräte stammen von der Mitsubishi Corporation (Japan), zusammen mit zwei Halbleiterschaltern von Enwei Electronics und Luftdruckmessumformern der Beijing Sanjili Jiazhao Company. Geeignete Bediengriffe, Netzschalter, Tasten, Kontrollleuchten, Signalleuchten, Trenntransformatoren und Leistungsüberwachungsrelais wurden ausgewählt. 6. Ablaufplanung: Der Steuerungsablauf (siehe Abbildung 2) ist auf die praktischen Anforderungen ausgelegt. Durch umfangreiche Tests vor Ort erfüllt er alle Anforderungen vor Ort. Programmdesign – Technische Spezifikationen 7. Betriebsarten des Steuerungssystems: 7.1 Umschalten der Betriebsarten: Die beiden Niederspannungseinheiten werden über zwei separate Bedienhebel gesteuert, die das Umschalten zwischen vier Betriebsarten ermöglichen: Automatik, Standby, Manuell und Aus. 7.2 Betriebsarten der Stromversorgung: Das Steuerungssystem wird von zwei separaten Stromversorgungen (Werkshilfsstromversorgung 1 und 2) versorgt, die sich gegenseitig absichern. Der Netzschalter am Bedienfeld des Steuerungssystems ermöglicht das Umschalten zwischen drei Stromversorgungsmodi: Werkshilfsstromversorgung 1 ein, Werkshilfsstromversorgung 2 ein und Aus. 7.3 Betriebsarten der SPS: Die SPS verfügt über zwei Betriebsarten: Betrieb und Debugging, die über einen Steuerknopf umgeschaltet werden. Im Betriebsmodus empfängt die SPS Eingaben, führt Berechnungen durch und steuert die Ausgänge normal. Im Debugging-Modus empfängt die SPS Eingaben normal, jedoch sind alle Ausgangssteuerungen deaktiviert. 8. Funktionale Umsetzung: 8.1 Gewährleistung einer zuverlässigen automatischen Steuerung der beiden Niederspannungseinheiten. 8.2 Umfassender und zuverlässiger automatischer Schutz für die beiden Niederspannungsmaschinen und das Steuerungssystem: Schutz der Niederspannungsmaschinen: Überhitzungsschutz für die zweistufigen Zylinder der Niederspannungsmaschinen; Überdruckschutz für die zweistufigen Zylinder der Niederspannungsmaschinen; Schutz des 40-kW-Motors: Überstrom, Überlast, Unterspannung, Phasenausfall und dreiphasige Unsymmetrie; Schutz der SPS: Die Betriebsstromversorgung der SPS ist durch einen Trenntransformator isoliert, um die Auswirkungen von Spannungsspitzen auf die SPS zu reduzieren. 8.3 Vollständiges Alarmsystem und Anzeigeleuchten: Das Alarmsystem vor Ort verfügt über 10 Anzeigeleuchten, die Fernsteuerung über 2 Anzeigeleuchten, die zusammen 24 verschiedene Fehler anzeigen. 8.4 Der Drucktransmitter kann analoge Luftdrucksignale zur einfachen Überwachung erfassen. 8.5 Er kann bei Bedarf mit dem Host-Computer kommunizieren, um die Fernüberwachung zu ermöglichen. 9. Vorteile des neuen Systems im Betrieb: 9.1 Die SPS arbeitet zuverlässig, wodurch die Kalibrierung und Reinigung der Originalrelais entfällt. 9.2 Halbleiterschalter: Hervorragende Leistung und umfassender Motorschutz. Halbleiterschalter steuern das Starten und Stoppen von Drehstrommotoren in Niederspannungssystemen. Der Hauptstromkreis verwendet Leistungsthyristoren als Schaltelemente und nutzt fortschrittliche Elektronik für umfassende Erkennung und Steuerung. Anlauf- und Betriebsstrom werden vollständig digitalisiert und ermöglichen so eine einfache Konfiguration. Halbleiterschalter weisen keine Kontaktverluste auf, wodurch Probleme wie schlechter Hauptkontakt und Dreiphasenüberschläge vermieden werden. Dies ermöglicht das häufige Starten großer Motoren und ist wartungsfrei. Halbleiterschalter bieten umfassenden Schutz vor Lastkurzschlüssen, Motorüberstrom, Dreiphasenunsymmetrie und Unterspannung. Die Bedienung ist einfach, die Statusanzeige intuitiv und der Schutz schnell und zuverlässig. 9.3 Einsatz von Druckmessumformern. Digitale Druckmessumformer erfassen Drucksignale und bieten eine intuitive Druckwertanzeige, präzise Messwerte sowie eine komfortable Kalibrierung und Justierung. 9.4 Einfache SPS-Bedienung. Die Mensch-Maschine-Schnittstelle der SPS ist einfach und komfortabel. Die Logiksteuerung ist vollständig in Software implementiert, wodurch der Steuerungsablauf einfach an die Anforderungen des Bedieners angepasst und die betrieblichen Bedürfnisse vor Ort erfüllt werden können. 9.5 Verbessertes Alarmsystem: Das Niederspannungsgenerator-Überwachungssystem verfügt über übersichtliche Alarmanzeigen, die es den Bedienern ermöglichen, Fehlerorte direkt anhand visueller Indikatoren zu identifizieren und schnell zu beheben. Der Schutzbereich ist umfassend. 9.6 Verbesserte Arbeitsumgebung: Der SPS-Schaltschrank zeichnet sich durch ein kompaktes Layout, eine durchdachte Struktur, ein ästhetisch ansprechendes Bedienfeld, ein übersichtliches Bediendisplay und eine komfortable Bedienung aus. 9.7 Fernüberwachung: Die SPS kann jederzeit mit dem Host-Computer kommunizieren und erfasste Schalt- und Analogdaten zur komfortablen Fernüberwachung an eine entfernte ALP-Workstation übertragen. Der Host-Computer kann außerdem Steuerbefehle senden, um die Fernsteuerung des Niederspannungsgenerators zu ermöglichen. 10. Betriebliche Auswirkungen des neuen Systems: 10.1 Durch den Einsatz der SPS wurden die Faktoren, die zu häufigen Fehlern im ursprünglichen Steuerungssystem beitrugen, beseitigt und der Automatisierungsgrad der Hilfseinrichtungen unseres Werks deutlich verbessert. Seit der Inbetriebnahme im Juni 1999 wurden keine Fehler im Niederspannungsgenerator-Steuerungssystem im Betriebsfehlerprotokoll verzeichnet. 10.2 Das System hat wiederholt mechanische Fehler im Niederspannungsgenerator umgehend erkannt und so die wichtigsten mechanischen Anlagen im Betrieb zuverlässig geschützt. 10.3 Das Steuerungssystem arbeitet wartungsfrei. Seit seiner Inbetriebnahme war das System wartungsfrei, was den Wartungsaufwand deutlich reduziert und erhebliche Wartungskosten einspart. 10.4 Die Bedienung des Systems wurde vollständig vom Originalsystem übernommen, sodass die Bediener es ohne Schulung direkt bedienen können. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Niederspannungsgenerator-Überwachungssystem dank fortschrittlicher SPS-Steuerung und durchdachtem Design eine deutlich höhere Leistung als das ursprüngliche Steuerungssystem bietet. Dies wurde im praktischen Betrieb umfassend erprobt und hat zu erheblichen wirtschaftlichen Vorteilen geführt. Es hat einen wichtigen Beitrag zur sicheren Produktion in unserem Werk geleistet und dient als wertvolle Referenz für die eigenständige Modifizierung anderer Anlagen.