PLC在水電廠計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用

薄 巖，劉文言

國網(wǎng)新源豐滿發(fā)電廠檢修公司電氣工程處自動班 132108

1 計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)概述

1.1 計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)對水電廠的意義

計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)成為了水電廠的重要組成部分，尤其在水電廠綜合自動化系統(tǒng)中成為了一個關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，其主要是為了完成發(fā)電機(jī)、水輪機(jī)、勵磁系統(tǒng)、調(diào)速器等設(shè)備的管理與監(jiān)控，然后利用計算機(jī)的遠(yuǎn)程操控實(shí)現(xiàn)水輪發(fā)電機(jī)的自動化運(yùn)轉(zhuǎn)（開啟、停止、調(diào)相運(yùn)行等）。

1.2 結(jié)構(gòu)及功能

1.2.1 基本結(jié)構(gòu)

對于水電廠的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)而言，其主要采用的是全分布開放結(jié)構(gòu)模式，其主要任務(wù)是負(fù)責(zé)完成全廠集中監(jiān)控任務(wù)的電站控制系統(tǒng)和現(xiàn)地控制單元兩個部分的管控。其中前者被稱為主控級，后者簡稱為LCU，現(xiàn)地控制單元以PLC為基礎(chǔ)構(gòu)成。這兩個部分的組成成分之間存在著層次結(jié)構(gòu)的不同，但都是由軟硬件體系、軟件控制組成，并且通過了統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)程序及運(yùn)行控制，而主控級則可以實(shí)時監(jiān)控現(xiàn)地控制單元的具體工作情況。

計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的往往采用的是雙光纖、全分散開放式總線網(wǎng)絡(luò)作為其內(nèi)部通信結(jié)構(gòu)，所有主控級設(shè)備和各個控制單元都設(shè)有獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫，這樣就方便互相訪問。

1.2.2 計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能

從目前來看，水電廠的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要有以下幾個功能：進(jìn)行有效數(shù)據(jù)的采集、對全廠的安全進(jìn)行監(jiān)視、進(jìn)行科學(xué)化的參數(shù)運(yùn)算、控制與調(diào)節(jié)機(jī)械設(shè)備、鳴響報警、通信、軟件開發(fā)以及監(jiān)控系統(tǒng)的自診等。

2 計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)地控制單元

對于計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)地控制單元而言，主要從以下幾個方面探討：

1）結(jié)構(gòu)

水電廠的現(xiàn)地控制單元主要由交流電量采集裝置、觸摸屏、溫度巡查裝置、轉(zhuǎn)速測量裝置、PLC、微機(jī)自動準(zhǔn)同期裝置等組成。

2）硬件配置

現(xiàn)地控制系統(tǒng)的硬件配置由兩大部分組成：PLC和遠(yuǎn)程I/O。

（1）PLC：PLC在內(nèi)部配備了CPU模塊和遠(yuǎn)程I/O模塊，其中包括電源模塊、I/O模塊、熱備模塊和以太網(wǎng)模塊；

（2）遠(yuǎn)程I/O模塊：遠(yuǎn)程I/O模塊內(nèi)部沒有CPU模塊，主要包括數(shù)據(jù)采集遠(yuǎn)程I/O、順控遠(yuǎn)程I/O、電源模塊、RPA模塊。數(shù)據(jù)采集遠(yuǎn)程模塊I/O的功能主要是為了接收現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集器傳輸過來的模擬量，并且利用自身的計算系統(tǒng)進(jìn)行模數(shù)的轉(zhuǎn)換與計算；而順控遠(yuǎn)程I/O主要是接收現(xiàn)地執(zhí)行元件所傳輸過來的開關(guān)量信號，并且將接收到的信號傳送給現(xiàn)地控制單元和執(zhí)行現(xiàn)地控制單元所下達(dá)的開關(guān)量指令；RPA模塊主要用于與現(xiàn)地控制單元的遠(yuǎn)程I/O模塊進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接。

3）PLC的硬件配置

水電廠計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)PLC的硬件配置主要有電源模塊、CPU模塊、I/O模塊以及模擬量模塊。

（1）電源模塊：工作中主要采用的是直流（24V）電源；

（2）CPU模塊：在監(jiān)控系統(tǒng)的CPU模塊上配備了RS485和MB+通訊接口，MB+的作用是為了實(shí)現(xiàn)設(shè)備與現(xiàn)地控制單元的通訊及現(xiàn)場計算機(jī)之間的接口，同時也能實(shí)現(xiàn)PLC的現(xiàn)場檢修與調(diào)試。除此之外CPU模塊還具備一般的微處理功能；

（3）I/O模塊：主要作用是為了給PLC傳送開關(guān)量的信號以及執(zhí)行開關(guān)量的指令，并為外圍提供執(zhí)行回路；

（4）模擬量模塊：通過模數(shù)的一定轉(zhuǎn)換，然后將轉(zhuǎn)換后的邏輯計算與數(shù)據(jù)顯示提供給PLC等。

3 基于PLC的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在水電站的應(yīng)用

前面通過對計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)地控制單元的簡要講述，知道了PLC在這其中占有很重要的地位。下面將舉一個PLC在水電站溢洪門監(jiān)控系統(tǒng)中的案例來加以例證與說明。

水電站溢洪門監(jiān)控系統(tǒng)主要采用的是計算機(jī)監(jiān)控模式，以此實(shí)現(xiàn)閘門與電站的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、水廁情報系統(tǒng)、水務(wù)管理等系統(tǒng)的遠(yuǎn)控指令。

3.1 系統(tǒng)概述

對于溢洪門計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)而言，其主要采用的是開放性分層分布系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的最大優(yōu)點(diǎn)在于，其中某部分若出現(xiàn)了故障，并不會影響系統(tǒng)整體及其他設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。從目前來看，這種系統(tǒng)具有以下一些特點(diǎn)：

1）各部件具有整體與獨(dú)立相結(jié)合的工作模式；

2）采用全分布全開放系統(tǒng)不僅便于硬件與功能的擴(kuò)充，而且保護(hù)了相關(guān)的資源與應(yīng)用的投資；

3）實(shí)時性好，抗干擾能力強(qiáng)；

4）人機(jī)接口友好，便于操作。

3.2 系統(tǒng)組成

由于水電站溢洪門監(jiān)控系統(tǒng)屬于計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的一種類型，那么其組成部分依然是主控級與現(xiàn)地控制單元兩部分。

3.3 系統(tǒng)功能

1）主控計算機(jī)

系統(tǒng)主控計算機(jī)的主要功能在于負(fù)責(zé)管理運(yùn)行的檔案、分析處理事故的相關(guān)故障信號以及生成并存儲各類運(yùn)行報表等。

2）溢洪門現(xiàn)地控制單元

對于計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的溢洪門現(xiàn)地控制單元而言，其主要負(fù)責(zé)的是監(jiān)視各個閘門的冀中運(yùn)行，并且做好相關(guān)的數(shù)據(jù)采集、控制與調(diào)節(jié)等。

3）溢洪門現(xiàn)地控制箱

從目前來看，計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中的現(xiàn)地控制箱的操作一般是獨(dú)立于PLC的，因此可以直接操作閘門。此外，閘門的現(xiàn)地控制箱內(nèi)部設(shè)置有“現(xiàn)地/遠(yuǎn)方”開關(guān)，通過合理的功能分布，便可以確保各個系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)負(fù)荷率滿足相關(guān)的設(shè)計要求。

3.4 PLC在此案例中的突出特點(diǎn)分析

在本案例中，充分地考慮了設(shè)計的先進(jìn)性與安全性，其主要部件應(yīng)選用西門子PLC，而PLC在應(yīng)用中的特點(diǎn)主要有以下2個方面：

1）溢洪門現(xiàn)地控制單元選用某S7-400H系列的PLC，該類PLC具有一些冗余特點(diǎn)，提高了系統(tǒng)的可靠性。其具體表現(xiàn)于：第一，溢洪門現(xiàn)地控制單元PLC內(nèi)含雙CPU模塊、雙電源模塊、雙通訊模塊的冗余配置。兩個CPU模塊以熱備方式運(yùn)行，能夠保障系統(tǒng)的運(yùn)行安全且可靠；第二，系統(tǒng)設(shè)備具有雙網(wǎng)絡(luò)特性，能夠充分保證網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可靠；第三，冗余開關(guān)電源，一旦其中一塊發(fā)生了故障，另一塊依然可以正常提供工作所需的電源，確保系統(tǒng)安全運(yùn)行；

2）系統(tǒng)器件、部件的性能十分優(yōu)越且通用性很強(qiáng)。系統(tǒng)現(xiàn)地控制箱的獨(dú)立PLC具有遠(yuǎn)方/現(xiàn)地操作監(jiān)控等功能，可以對整個電站的開閉進(jìn)行單機(jī)操作、整體操作以及選孔操作。

4 結(jié)論

根據(jù)對溢洪門自動監(jiān)控系統(tǒng)的闡述與說明，我們了解了溢洪門計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)完全遵循了可靠、先進(jìn)、成熟極易適用的設(shè)計原則，而PLC在這其中的廣泛應(yīng)用為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化水電廠自動控制起到了進(jìn)一步推動作用。

[1]令朝霞,曹立學(xué).以PLC為控制級的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[J].黑龍江科技信息，2009(3).

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[3]陳英婕.水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的研究[D].河北工業(yè)大學(xué)，2007.

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