水电站中的PLC在计算机监控系统中的开发应用

　　摘要： 介绍了在水电站计算机监控系统中PLC所担负的自动控制调节、通信、功率调节等功能。本文结合目前在实际运行的计算机监控系统，阐述了PLC在计算机监控系统中起到的作用及应用前景 ，及其产生的社会效益和经济效益。

　　关键词：系统结构 PLC程序主要功能 运行中出现的问题及解决

　　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

　　随着计算机技术的高速发展，各种计算机技术在水电站综合自动化方面得到很大的应用，其中因为可编程控制器PLC的因其在顺序控制方面得天独厚的优势故在水电站自动控制领域中得到了很好的应用。本文主要讨论PLC在水轮发电机组监控系统中信息采集、机组自动控制和与SCADA系统通讯等功能的开发应用。

　　1 系统结构

　　1.1计算机监控系统结构概述

　　水电站计算机监控系统结构以网络为基础，由电站级设备和现地控制单元级设备组成。

　　水电站综合自动化系统结构如图所示。

　　电站级也称为上位机，设备包括主机/操作员工作站、通讯工作站、激光打印机、卫星时钟、逆变稳压电源等组成，安装在电站中控室或计算机房，完成电站所有数据处理和运行监视控制功能。

　　现地控制单元级设备按被监控对象的类型分为机组LCU、开关站及公用LCU，分别安装在的被监控对象的近旁，完成监控系统对监控对象的数据采集、监视和控制功能。LCU具有独立工作的能力，当电站级设备或网络设备故障时，LCU仍然能在当地实现对有关设备的监控，当其与电站级恢复联系后又能自动地服从电站级系统的控制和管理。LCU主要采用进口可编程序控制器(PLC)模件，以及液晶触摸屏、交流采样装置、同期装置、输出继电器等设备，组屏后构成相应现地控制单元。

　　网络设备为监控系统的构成基础，采用网络交换机，为电站级设备和现地控制单元级设备提供相互连接的快速数据通道。

　　主机/操作员工作站采用双机工作方式，任何一台工作站故障，系统仍可正常运行，提高了运行操作的安全可靠性。

　　主机/操作员工作站配置声卡和语音软件，用于当被监控对象发生事故或故障时，发出语音报警提醒运行人员。

　　通讯工作站基本配置同主机/操作员工作站，另配置电力专用Modem 和串口扩展卡，完成与电网调度及其他智能设备的通讯工作。

　　1.2 现地控制单元LCU及PLC功能简介

　　现地控制单元(LCU)按被监控对象的类型分为机组LCU、开关站及公用LCU。它直接与现场设备接口，完成对被监控设备的数据采集和监控功能。它服从电站级的控制和管理，当电站级或网络故障时，它也可以独立工作，在当地通过液晶触摸屏实现对有关设备的监视和控制功能。

　　现地控制单元(LCU)的主要功能包括数据采集与处理、报警及安全监视、控制和调节、人机接口、数据通信和自诊断等。

　　2 PLC程序主要功能模块介绍

　　本节主要讨论一下水电站发电机组LCU中PLC的功能应用。

　　2.1 数据采集模块

　　对电站主辅设备的运行状态、运行参数等进行实时采集，经工程化处理后，作为监控系统实时监视、报警、控制、计算和其他处理的依据。

　　数据采集的对象按输入信号类型，分为模拟量、开关量、电能量、综合量等。

　　2.2 自动控制模块

　　(1)可以接收主站机设备与触摸屏发来的控制命令来完成水轮发电机组各种机组工况的转换，事故停机，紧急停机，机组出口断路器和机组辅助设备的控制，机组有功功率、无功功率调节。

　　正常开机方向流程：接受命令后，判断机组在停机态并且开机条件正常发开冷却水命令，延时判断冷却水正常后开启主阀，主阀开启后发调速器开机令然后延时等待机组转速上升至95%额定转速进入空转态，当判断以转速信号以后合灭磁开关发励磁装置开机令，延时等待发电机出口电压上升至85%额定电压后机组进入空载态，判断同期条件满足后给同期装置发启动同期令，当判断机组出口断路器合上以后机组状态进入发电态流程成功。

　　正常停机方向流程：接受命令后，判断机组在发电态即开始卸负荷至机组额定有无功出力的5%然后发跳发电机出口断路器命令，当判断发电机出口断路器断开后机组进入空载态发励磁停机令，延时判断机组出口电压小于额定电压的10%机组进入空转态，发调速器停机令延时等待机组转速小于额定转速的35%时发刹车投入命令，直到机组转速为0后延时20秒退发退出刹车令机组进入停机态，此时退出冷却水。

　　当在上述流程中任何时候条件不满足的情况下PLC流程退出并发报警信号。

　　(2)在控制模块中加入控制闭锁功能主要如下：

　　LCU遥控/现地控制方式由切换按钮互锁;有关模件故障或测点退出时，LCU将自动禁止相应的控制操作;LCU检查控制流程每一步操作相关的闭锁条件，符合要求时才进行操作;控制过程受阻时，将给出受阻原因;事故停机操作命令优先级高于正常开停机操作;机械及电气保护动作引起的事故停机操作，不受控制方式的约束;采取必要的逻辑判断以减少误启动事故停机的可能性;负荷调节采取了一系列的限制与保护措施，如功率限值保护、电压保护、电流保护等，保证调节的可靠和机组的安全稳定运行。

　　2.3 通信模块

　　LCU的通信包括以下内容：

　　(1)PLC通过网络与主站级设备进行通信，向主站级发送数据采集和事件信息，接受其下行的控制命令并将执行结果回送主站级。

　　(2)PLC与各种现地智能设备的通信。机组LCU可以与交流采样装置、调速器、励磁装置、保护装置等通过串口进行通信将各现地设备信息经过处理上送到主站级设备。

　　2.4 故障、事故处理模块

　　PLC程序中故障事故处理模块将实时采集到故障信息迅速处理形成报警记录上送到主按级设备提醒值班人员做相应处理。

　　PLC直接对采集到的重大事故信息迅速响应和处理，进行事故紧急停机流程直接动作于紧急停机电磁阀和机组出口断路器跳闸然后转入机组正常停机流程。

　　LCU的机柜上配有紧急停机按钮，直接作用于紧急停机电磁阀和机组出口断路器跳闸回路，作为现场紧急停机的备用手段，即使LCU完全失去作用，也能保证机组安全解列停机。

　　2.5 负荷调节模块

　　PID 负荷调节程序的功能就是机组并网状态中控制、调节机组的有、无功出力将其实际发出量保持在人工设定的要求范围之内。

　　负荷调节采用传统的PID闭环调节。包括控制器﹑传感器﹑变送器﹑执行机构﹑输入接口、输出接口。在计算机监控系统中PID负荷调节程序就是“控制器”，开出继电器就是“输出接口”，调速器及励磁装置就是“执行机构”，机组是 “被控系统”。机组的有功、无功为“被控制量”，PT、CT为“传感器”，交流量信号变送器或交流量信号采集装置为“变送器”，模拟量输入模件或通讯接口为“输入接口”，最终被控制量的值将反馈到PID调节程序(控制器)。

　　2.6 自诊断模块

　　LCU提供相应的自诊断功能，PLC实时监视各设备故障点包括PLC各模件故障、电源故障、通讯接口故障等。当诊断出故障时，发出报警信号上送至电站级设备。

　　3 　运行中出现的问题及解决

　　线路端甩负荷问题：

　　在传统PLC负荷调节程序中对机组的发电状态只判断发电机出口断路器的位置信号，当电站只有一条进线时线路断路器如果出现跳闸，则PLC程序仍然判断机组在发电状态就会继续调节有功出力直到发电机频率升高或过速停机，这样就会全厂失电。

　　经过改造后的程序及为当判断发电机出口频率大于50.5Hz时即退出有、无功调节让调速器进入闭环调节，这样一来当线路断路器跳闸时机组仍能发出少部分电来保证厂用电的供应。

　　5结束语

　　随着计算机监控系统的普遍应用PLC在水电站监控系统中的地位也逐渐提高，各厂家的PLC功能也越来越强大，将来会在水电站监控系统中发挥出更强大的作用。随着PLC自身的技术发展PLC在水电站方面的应该也将更专业化，简单化，应用前景更加广阔。同时也为水电站的安全经济运行带来了保障。为电站实现“无人值班、少人职守”奠定了良好的基础。

　　参考文献

　　[1] 方辉钦.现代水电厂计算机监控技术与试验[M].中国电力出版社,2004.

　　[2]顾纪铭.OPC技术在水电站监控系统中的应用研究[D].南京：河海大学计算机及信息工程学院，2007。

　　[3]周大志.基于PLC的过程控制系统设计[J].自动化技术与应用,2009,28(7):115-118.

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文章名称： 水电站中的PLC在计算机监控系统中的开发应用

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