摘要： 介紹了在水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中PLC所擔(dān)負(fù)的自動(dòng)控制調(diào)節(jié)、通信、功率調(diào)節(jié)等功能。本文結(jié)合目前在實(shí)際運(yùn)行的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，闡述了PLC在計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中起到的作用及應(yīng)用前景 ，及其產(chǎn)生的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

　　關(guān)鍵詞：系統(tǒng)結(jié)構(gòu) PLC程序主要功能 運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決

　　Abstract: the article introduces the computer monitoring system in hydropower station in PLC allotted automatic control regulation, communications and power control etc. Function. This paper based on the actual operation of the computer monitoring and control system, this paper expounds the PLC of the computer monitoring and control system in the effect and the application prospects and its social benefits and economic benefits.

　　Keywords: system structure PLC program main function operation of the problems and solve

　　0 引言

　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，各種計(jì)算機(jī)技術(shù)在水電站綜合自動(dòng)化方面得到很大的應(yīng)用，其中因?yàn)榭删幊炭刂破鱌LC的因其在順序控制方面得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)故在水電站自動(dòng)控制領(lǐng)域中得到了很好的應(yīng)用。本文主要討論P(yáng)LC在水輪發(fā)電機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)中信息采集、機(jī)組自動(dòng)控制和與SCADA系統(tǒng)通訊等功能的開發(fā)應(yīng)用。

　　1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　1.1計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概述

　　水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，由電站級(jí)設(shè)備和現(xiàn)地控制單元級(jí)設(shè)備組成。

　　水電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示。

　　電站級(jí)也稱為上位機(jī)，設(shè)備包括主機(jī)/操作員工作站、通訊工作站、激光打印機(jī)、衛(wèi)星時(shí)鐘、逆變穩(wěn)壓電源等組成，安裝在電站中控室或計(jì)算機(jī)房，完成電站所有數(shù)據(jù)處理和運(yùn)行監(jiān)視控制功能。

　　現(xiàn)地控制單元級(jí)設(shè)備按被監(jiān)控對(duì)象的類型分為機(jī)組LCU、開關(guān)站及公用LCU，分別安裝在的被監(jiān)控對(duì)象的近旁，完成監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)監(jiān)控對(duì)象的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視和控制功能。LCU具有獨(dú)立工作的能力，當(dāng)電站級(jí)設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備故障時(shí)，LCU仍然能在當(dāng)?shù)貙?shí)現(xiàn)對(duì)有關(guān)設(shè)備的監(jiān)控，當(dāng)其與電站級(jí)恢復(fù)聯(lián)系后又能自動(dòng)地服從電站級(jí)系統(tǒng)的控制和管理。LCU主要采用進(jìn)口可編程序控制器(PLC)模件，以及液晶觸摸屏、交流采樣裝置、同期裝置、輸出繼電器等設(shè)備，組屏后構(gòu)成相應(yīng)現(xiàn)地控制單元。

　　網(wǎng)絡(luò)設(shè)備為監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成基礎(chǔ)，采用網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，為電站級(jí)設(shè)備和現(xiàn)地控制單元級(jí)設(shè)備提供相互連接的快速數(shù)據(jù)通道。

　　主機(jī)/操作員工作站采用雙機(jī)工作方式，任何一臺(tái)工作站故障，系統(tǒng)仍可正常運(yùn)行，提高了運(yùn)行操作的安全可靠性。

　　主機(jī)/操作員工作站配置聲卡和語(yǔ)音軟件，用于當(dāng)被監(jiān)控對(duì)象發(fā)生事故或故障時(shí)，發(fā)出語(yǔ)音報(bào)警提醒運(yùn)行人員。

　　通訊工作站基本配置同主機(jī)/操作員工作站，另配置電力專用Modem 和串口擴(kuò)展卡，完成與電網(wǎng)調(diào)度及其他智能設(shè)備的通訊工作。

　　1.2 現(xiàn)地控制單元LCU及PLC功能簡(jiǎn)介

　　現(xiàn)地控制單元(LCU)按被監(jiān)控對(duì)象的類型分為機(jī)組LCU、開關(guān)站及公用LCU。它直接與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備接口，完成對(duì)被監(jiān)控設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控功能。它服從電站級(jí)的控制和管理，當(dāng)電站級(jí)或網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)，它也可以獨(dú)立工作，在當(dāng)?shù)赝ㄟ^(guò)液晶觸摸屏實(shí)現(xiàn)對(duì)有關(guān)設(shè)備的監(jiān)視和控制功能。

　　現(xiàn)地控制單元(LCU)的主要功能包括數(shù)據(jù)采集與處理、報(bào)警及安全監(jiān)視、控制和調(diào)節(jié)、人機(jī)接口、數(shù)據(jù)通信和自診斷等。

　　2 PLC程序主要功能模塊介紹

　　本節(jié)主要討論一下水電站發(fā)電機(jī)組LCU中PLC的功能應(yīng)用。

　　2.1 數(shù)據(jù)采集模塊

　　對(duì)電站主輔設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)等進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，經(jīng)工程化處理后，作為監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)視、報(bào)警、控制、計(jì)算和其他處理的依據(jù)。

　　數(shù)據(jù)采集的對(duì)象按輸入信號(hào)類型，分為模擬量、開關(guān)量、電能量、綜合量等。

　　2.2 自動(dòng)控制模塊

　　(1)可以接收主站機(jī)設(shè)備與觸摸屏發(fā)來(lái)的控制命令來(lái)完成水輪發(fā)電機(jī)組各種機(jī)組工況的轉(zhuǎn)換，事故停機(jī)，緊急停機(jī)，機(jī)組出口斷路器和機(jī)組輔助設(shè)備的控制，機(jī)組有功功率、無(wú)功功率調(diào)節(jié)。

　　正常開機(jī)方向流程：接受命令后，判斷機(jī)組在停機(jī)態(tài)并且開機(jī)條件正常發(fā)開冷卻水命令，延時(shí)判斷冷卻水正常后開啟主閥，主閥開啟后發(fā)調(diào)速器開機(jī)令然后延時(shí)等待機(jī)組轉(zhuǎn)速上升至95%額定轉(zhuǎn)速進(jìn)入空轉(zhuǎn)態(tài)，當(dāng)判斷以轉(zhuǎn)速信號(hào)以后合滅磁開關(guān)發(fā)勵(lì)磁裝置開機(jī)令，延時(shí)等待發(fā)電機(jī)出口電壓上升至85%額定電壓后機(jī)組進(jìn)入空載態(tài)，判斷同期條件滿足后給同期裝置發(fā)啟動(dòng)同期令，當(dāng)判斷機(jī)組出口斷路器合上以后機(jī)組狀態(tài)進(jìn)入發(fā)電態(tài)流程成功。

　　正常停機(jī)方向流程：接受命令后，判斷機(jī)組在發(fā)電態(tài)即開始卸負(fù)荷至機(jī)組額定有無(wú)功出力的5%然后發(fā)跳發(fā)電機(jī)出口斷路器命令，當(dāng)判斷發(fā)電機(jī)出口斷路器斷開后機(jī)組進(jìn)入空載態(tài)發(fā)勵(lì)磁停機(jī)令，延時(shí)判斷機(jī)組出口電壓小于額定電壓的10%機(jī)組進(jìn)入空轉(zhuǎn)態(tài)，發(fā)調(diào)速器停機(jī)令延時(shí)等待機(jī)組轉(zhuǎn)速小于額定轉(zhuǎn)速的35%時(shí)發(fā)剎車投入命令，直到機(jī)組轉(zhuǎn)速為0后延時(shí)20秒退發(fā)退出剎車令機(jī)組進(jìn)入停機(jī)態(tài)，此時(shí)退出冷卻水。

　　當(dāng)在上述流程中任何時(shí)候條件不滿足的情況下PLC流程退出并發(fā)報(bào)警信號(hào)。

　　(2)在控制模塊中加入控制閉鎖功能主要如下：

　　LCU遙控/現(xiàn)地控制方式由切換按鈕互鎖;有關(guān)模件故障或測(cè)點(diǎn)退出時(shí)，LCU將自動(dòng)禁止相應(yīng)的控制操作;LCU檢查控制流程每一步操作相關(guān)的閉鎖條件，符合要求時(shí)才進(jìn)行操作;控制過(guò)程受阻時(shí)，將給出受阻原因;事故停機(jī)操作命令優(yōu)先級(jí)高于正常開停機(jī)操作;機(jī)械及電氣保護(hù)動(dòng)作引起的事故停機(jī)操作，不受控制方式的約束;采取必要的邏輯判斷以減少誤啟動(dòng)事故停機(jī)的可能性;負(fù)荷調(diào)節(jié)采取了一系列的限制與保護(hù)措施，如功率限值保護(hù)、電壓保護(hù)、電流保護(hù)等，保證調(diào)節(jié)的可靠和機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

　　2.3 通信模塊

　　LCU的通信包括以下內(nèi)容：

　　(1)PLC通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與主站級(jí)設(shè)備進(jìn)行通信，向主站級(jí)發(fā)送數(shù)據(jù)采集和事件信息，接受其下行的控制命令并將執(zhí)行結(jié)果回送主站級(jí)。

　　(2)PLC與各種現(xiàn)地智能設(shè)備的通信。機(jī)組LCU可以與交流采樣裝置、調(diào)速器、勵(lì)磁裝置、保護(hù)裝置等通過(guò)串口進(jìn)行通信將各現(xiàn)地設(shè)備信息經(jīng)過(guò)處理上送到主站級(jí)設(shè)備。

　　2.4 故障、事故處理模塊

　　PLC程序中故障事故處理模塊將實(shí)時(shí)采集到故障信息迅速處理形成報(bào)警記錄上送到主按級(jí)設(shè)備提醒值班人員做相應(yīng)處理。

　　PLC直接對(duì)采集到的重大事故信息迅速響應(yīng)和處理，進(jìn)行事故緊急停機(jī)流程直接動(dòng)作于緊急停機(jī)電磁閥和機(jī)組出口斷路器跳閘然后轉(zhuǎn)入機(jī)組正常停機(jī)流程。

　　LCU的機(jī)柜上配有緊急停機(jī)按鈕，直接作用于緊急停機(jī)電磁閥和機(jī)組出口斷路器跳閘回路，作為現(xiàn)場(chǎng)緊急停機(jī)的備用手段，即使LCU完全失去作用，也能保證機(jī)組安全解列停機(jī)。

　　2.5 負(fù)荷調(diào)節(jié)模塊

　　PID 負(fù)荷調(diào)節(jié)程序的功能就是機(jī)組并網(wǎng)狀態(tài)中控制、調(diào)節(jié)機(jī)組的有、無(wú)功出力將其實(shí)際發(fā)出量保持在人工設(shè)定的要求范圍之內(nèi)。

　　負(fù)荷調(diào)節(jié)采用傳統(tǒng)的PID閉環(huán)調(diào)節(jié)。包括控制器﹑傳感器﹑變送器﹑執(zhí)行機(jī)構(gòu)﹑輸入接口、輸出接口。在計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中PID負(fù)荷調(diào)節(jié)程序就是“控制器”，開出繼電器就是“輸出接口”，調(diào)速器及勵(lì)磁裝置就是“執(zhí)行機(jī)構(gòu)”，機(jī)組是 “被控系統(tǒng)”。機(jī)組的有功、無(wú)功為“被控制量”，PT、CT為“傳感器”，交流量信號(hào)變送器或交流量信號(hào)采集裝置為“變送器”，模擬量輸入模件或通訊接口為“輸入接口”，最終被控制量的值將反饋到PID調(diào)節(jié)程序(控制器)。

　　2.6 自診斷模塊

　　LCU提供相應(yīng)的自診斷功能，PLC實(shí)時(shí)監(jiān)視各設(shè)備故障點(diǎn)包括PLC各模件故障、電源故障、通訊接口故障等。當(dāng)診斷出故障時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)上送至電站級(jí)設(shè)備。

　　3 　運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決

　　線路端甩負(fù)荷問(wèn)題：

　　在傳統(tǒng)PLC負(fù)荷調(diào)節(jié)程序中對(duì)機(jī)組的發(fā)電狀態(tài)只判斷發(fā)電機(jī)出口斷路器的位置信號(hào)，當(dāng)電站只有一條進(jìn)線時(shí)線路斷路器如果出現(xiàn)跳閘，則PLC程序仍然判斷機(jī)組在發(fā)電狀態(tài)就會(huì)繼續(xù)調(diào)節(jié)有功出力直到發(fā)電機(jī)頻率升高或過(guò)速停機(jī)，這樣就會(huì)全廠失電。

　　經(jīng)過(guò)改造后的程序及為當(dāng)判斷發(fā)電機(jī)出口頻率大于50.5Hz時(shí)即退出有、無(wú)功調(diào)節(jié)讓調(diào)速器進(jìn)入閉環(huán)調(diào)節(jié)，這樣一來(lái)當(dāng)線路斷路器跳閘時(shí)機(jī)組仍能發(fā)出少部分電來(lái)保證廠用電的供應(yīng)。

　　5結(jié)束語(yǔ)

　　隨著計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的普遍應(yīng)用PLC在水電站監(jiān)控系統(tǒng)中的地位也逐漸提高，各廠家的PLC功能也越來(lái)越強(qiáng)大，將來(lái)會(huì)在水電站監(jiān)控系統(tǒng)中發(fā)揮出更強(qiáng)大的作用。隨著PLC自身的技術(shù)發(fā)展PLC在水電站方面的應(yīng)該也將更專業(yè)化，簡(jiǎn)單化，應(yīng)用前景更加廣闊。同時(shí)也為水電站的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來(lái)了保障。為電站實(shí)現(xiàn)“無(wú)人值班、少人職守”奠定了良好的基礎(chǔ)。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] 方輝欽.現(xiàn)代水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)與試驗(yàn)[M].中國(guó)電力出版社,2004.

　　[2]顧紀(jì)銘.OPC技術(shù)在水電站監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[D].南京：河海大學(xué)計(jì)算機(jī)及信息工程學(xué)院，2007。

　　[3]周大志.基于PLC的過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用,2009,28(7):115-118.