基于PLC的小水電站水電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

樂(lè) 紅

(德宏師范高等?？茖W(xué)校，云南 德宏 678400)

基于PLC的小水電站水電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

樂(lè) 紅

(德宏師范高等?？茖W(xué)校，云南 德宏 678400)

我國(guó)小水電站水電機(jī)組的運(yùn)行水平?jīng)]有達(dá)到應(yīng)有的高度，機(jī)組故障時(shí)有發(fā)生，因此各地小水電站開(kāi)始酌情使用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，PLC由于其在控制方面具有實(shí)時(shí)性、可靠性、易用性等優(yōu)勢(shì)，得到了廣泛的應(yīng)用?；诖?，在闡述PLC組成和特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，對(duì)基于PLC的小水電站水電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)和功能進(jìn)行了深入分析，以期為促進(jìn)PLC在小水電站的應(yīng)用提供有益的參考。

PLC；小水電站；水電機(jī)組；狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

1 可編程控制器概述

可編程控制器(Progra mmable Logic Controller，PLC)是為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用而專門設(shè)計(jì)的，它由輸出電路、輸入電路、中央處理單元、電源、編程器等部件構(gòu)成(圖1)。PLC的工作狀態(tài)分為如下兩種：第一種是運(yùn)行狀態(tài)，即PLC采用不斷順序掃描循環(huán)的方式來(lái)執(zhí)行相應(yīng)的應(yīng)用程序；第二種是停止?fàn)顟B(tài)，一般用于修改和編寫相應(yīng)的程序。

圖1 PLC的組成

PLC以CPU為核心，結(jié)合自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)等技術(shù)，執(zhí)行順序控制、邏輯運(yùn)算、計(jì)數(shù)和定時(shí)等面向用戶的指令，并通過(guò)模擬或數(shù)字的輸入/輸出控制信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)各種控制功能。PLC在水電站的應(yīng)用存在于多個(gè)領(lǐng)域，例如基于PLC的水電站緊急停機(jī)保護(hù)系統(tǒng)、PLC在水電站水輪機(jī)調(diào)速器控制上的應(yīng)用、基于PLC的水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、基于PLC的水電站集水井自動(dòng)控制系統(tǒng)等，取得了良好的應(yīng)用效果。

現(xiàn)如今，PLC的應(yīng)用幾乎已經(jīng)覆蓋了所有工業(yè)企業(yè)，它具有如下特點(diǎn)：

(1) PLC的安裝和維護(hù)都非常便利。由于PLC具有很強(qiáng)的抗干擾能力，因此一般只要將其I/O端和相應(yīng)設(shè)備進(jìn)行連接，就可以正常運(yùn)行。此外，PLC是由多個(gè)不同的模塊構(gòu)成的，模塊發(fā)生故障后，不需要對(duì)整個(gè)裝置進(jìn)行維修，只需要檢修或更換相應(yīng)模塊，就能夠使PLC重新恢復(fù)正常。

(2) PLC采用模塊化結(jié)構(gòu)，用戶非常容易就能夠?qū)W會(huì)操作。PLC的每個(gè)功能對(duì)應(yīng)一個(gè)編程模塊(子程序)，用戶只需要看懂繼電器接線圖，就能夠按照其邏輯關(guān)系進(jìn)行編程。

(3) PLC具有多樣化的I/O接口模塊。由于PLC需要運(yùn)行于多個(gè)不同的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，因此針對(duì)不同的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)(如強(qiáng)電或弱電、開(kāi)關(guān)量或模擬量、脈沖或電位)配置了多樣化的I/O接口模塊(如電磁線圈、接近開(kāi)關(guān)、按鈕等)。

(4) PLC具有很高的可靠性。PLC對(duì)采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格篩選，各輸入端都適用了R- C濾波器，并且每個(gè)模塊都配備了相應(yīng)的屏蔽措施，因此具有較高的可靠性，能夠長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作。此外，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，PLC的自診斷功能還能夠及時(shí)地分析故障發(fā)生原因及部件，從而避免故障的進(jìn)一步擴(kuò)大。

2 小水電站水電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

如前文所述，PLC在小水電站水電機(jī)組控制中的應(yīng)用較多，本文將以水電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為例來(lái)探討其具體應(yīng)用。圖2為基于PLC的小水電站水電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)圖。

圖2 水電機(jī)組控制系統(tǒng)的架構(gòu)

基于PLC的小水電站水電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有如下功能：

(1) 實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、分析和記錄功能。水電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)水電機(jī)組的穩(wěn)定性參數(shù)(大軸擺度、壓力脈動(dòng)和機(jī)架振動(dòng)等)，并進(jìn)行參數(shù)的計(jì)算、分析和特征提取。

(2) 基于水電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的報(bào)警功能。當(dāng)水電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所測(cè)得的參數(shù)值超過(guò)設(shè)定限值后，就立刻向操作人員發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

(3) 機(jī)組性能的評(píng)估和分析。在以往，對(duì)水電機(jī)組性能進(jìn)行評(píng)估和分析的主要方式是進(jìn)行一系列的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，如機(jī)組穩(wěn)定性試驗(yàn)、甩負(fù)荷試驗(yàn)和擾動(dòng)試驗(yàn)。而水電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)λ姍C(jī)組在線運(yùn)行的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確采集和記錄，利用系統(tǒng)所提供的一系列性能分析功能，讓用戶隨時(shí)了解機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的變化。

(4) 指導(dǎo)水電機(jī)組的優(yōu)化運(yùn)行。通過(guò)對(duì)水電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)各種參數(shù)的收集，水電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以對(duì)機(jī)組不同工況下的參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)統(tǒng)計(jì)，并據(jù)此生成機(jī)組實(shí)際運(yùn)行的特性曲線，確保用戶能夠掌握危險(xiǎn)或者是不穩(wěn)定負(fù)荷區(qū)的運(yùn)行工況，采取調(diào)整負(fù)荷的方式來(lái)避開(kāi)危險(xiǎn)或者是不穩(wěn)定負(fù)荷區(qū)運(yùn)行，從而延長(zhǎng)機(jī)組的使用壽命。

(5) 擴(kuò)展功能。水電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的公共部分(網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和軟件)，在設(shè)計(jì)之初就具有很靈活的擴(kuò)展功能，并預(yù)留了足夠的接口和容量，從而便于日后其他系統(tǒng)的接入。

(6) 對(duì)事故進(jìn)行追憶。水電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能以開(kāi)關(guān)量狀態(tài)變化、轉(zhuǎn)速變化、擺動(dòng)擺度異常及運(yùn)行參數(shù)變化啟動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)入事故狀態(tài)。系統(tǒng)含有黑匣子數(shù)據(jù)庫(kù)和當(dāng)前數(shù)據(jù)庫(kù)，能夠?qū)Πl(fā)生事故前10 min和事故發(fā)生后5 min的詳細(xì)數(shù)據(jù)進(jìn)行追憶。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行事故狀態(tài)后，能夠在最短的時(shí)間內(nèi)對(duì)事故后的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，事故后的數(shù)據(jù)采集完畢后，系統(tǒng)自動(dòng)將存儲(chǔ)在緩沖數(shù)據(jù)庫(kù)中被凍結(jié)的事件前數(shù)據(jù)送到黑匣子數(shù)據(jù)庫(kù)中，這樣確保黑匣子數(shù)據(jù)庫(kù)能夠詳細(xì)地存儲(chǔ)事故發(fā)生前后的機(jī)組數(shù)據(jù)。

(7) 與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)或水電站MIS網(wǎng)進(jìn)行通訊。通過(guò)以太局域網(wǎng)，水電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)或者是水電站MIS網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)，因此可以從水電站MIS網(wǎng)中獲取數(shù)據(jù)，同時(shí)也可以將本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)以WEB的方式傳輸給MIS網(wǎng)，使得MIS網(wǎng)上的所有用戶都可以通過(guò)IE瀏覽器或者是以WEB化的方式對(duì)水電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行了解和分析，從而實(shí)現(xiàn)了相互間的數(shù)據(jù)交換。

3 小水電站水電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中PLC的選型

為了確保小水電站水電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠正常發(fā)揮其功能，本文在考慮可靠性、經(jīng)濟(jì)性、耐用性等因素的基礎(chǔ)上，對(duì)小水電站狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中PLC的型號(hào)進(jìn)行了選擇，最終確定使用S5系列PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

S5系列PLC適用于各行各業(yè)的監(jiān)測(cè)、監(jiān)測(cè)和控制的自動(dòng)化，其最大特點(diǎn)是無(wú)論相聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)還是獨(dú)立運(yùn)行，都能夠?qū)崿F(xiàn)多種復(fù)雜的控制。S5系列PLC具有如下特點(diǎn)：非常豐富的指令集、極高的可靠性、強(qiáng)大的通訊功能、簡(jiǎn)單易懂的操作模式、豐富的內(nèi)置集成功能和擴(kuò)展模塊，因此其使用范圍從替代繼電器的簡(jiǎn)單控制到更復(fù)雜的自動(dòng)化控制，應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等，如沖壓機(jī)床、磨床、印刷機(jī)械、橡膠化工機(jī)械、中央空調(diào)器、電梯控制、運(yùn)行系統(tǒng)。

4 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)所蘊(yùn)藏的水能資源位于世界首位，近年來(lái)水電開(kāi)發(fā)的速度不斷加快，不但滿足了居民生活用電和工業(yè)生產(chǎn)用電的需求，同時(shí)也極大地保護(hù)了環(huán)境，為國(guó)家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施作出了應(yīng)有的貢獻(xiàn)。就安裝容量而言，小水電處于所有水電站的末端，我國(guó)可開(kāi)發(fā)的小水電容量占據(jù)世界總?cè)萘康?0%以上，小水電資源在西藏、四川、云南、重慶和貴州等五省尤為豐富，小水電已經(jīng)成為我國(guó)電力發(fā)展的熱點(diǎn)。為了確保小水電站水電機(jī)組的正常運(yùn)行，本文筆者就如何構(gòu)建基于PLC的小水電站水電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了深入探討。

[1] 李艷華，劉宇，史廣志.PLC在水電機(jī)組濾水裝置控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].吉林電力，2004(6)

[2] 曾瑞平.基于PLC的水電機(jī)組油壓裝置電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].農(nóng)家科技，2011(5)

[3] 王麗梅，李宏鋼.基于PLC的水電機(jī)組LCU控制程序設(shè)計(jì)[J].城市建設(shè)理論研究，2012(33)

2014-09-10

樂(lè)紅(1968—)，女，云南保山人，講師，研究方向：水電站動(dòng)力設(shè)備。