亭子口電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)PLC控制的穩(wěn)定性淺談

杜鵬明

(亭子口水電站，四川 蒼溪，628400)

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亭子口電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)PLC控制的穩(wěn)定性淺談

杜鵬明

(亭子口水電站，四川 蒼溪，628400)

本文結合亭子口水電站，著重分析了PLC控制系統(tǒng)的干擾源,從實際應用的角度提出了PLC控制穩(wěn)定性的方法。PLC工作的穩(wěn)定性不高,企業(yè)的生產(chǎn)效率將得不到提高,甚至發(fā)生設備或安全事故,因而提高PLC控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有非常重要的意義。

PLC控制系統(tǒng) 穩(wěn)定性 干擾 亭子口水電站

對于水電站的實時監(jiān)控系統(tǒng),特別強調其實時性、可靠性、安全性、可維護性、可擴充性等要求,能在惡劣環(huán)境下完成數(shù)據(jù)采集和處理、控制調節(jié)、診斷、通訊及信息管理等。計算機監(jiān)控系統(tǒng)的安全可靠和穩(wěn)定，直接影響到電力生產(chǎn)、電網(wǎng)運行的安全。本文從以下幾方面介紹亭子口電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

1 按照對象采取分層分布方式模塊化設計

亭子口水電站監(jiān)控系統(tǒng)采用雙星型分層分布網(wǎng)絡結構，網(wǎng)絡中各服務器、工作站的功能簡介如下：監(jiān)控系統(tǒng)上位機布置有2臺實時數(shù)據(jù)服務器(主機)、2臺歷史數(shù)據(jù)服務器及一臺磁盤陣列。在同一個網(wǎng)絡中，有實時服務器和歷史服務器。實時服務器可以查看實時的數(shù)據(jù)，但是不能查看歷史的數(shù)據(jù)，歷史服務器可以查看任一時刻的數(shù)據(jù)。如果系統(tǒng)中的歷史數(shù)據(jù)跟實時數(shù)據(jù)存放在同一服務器數(shù)據(jù)庫中，將會造成很大的數(shù)據(jù)訪問量，影響系統(tǒng)的運行速度。3臺操作員工作站(其中一臺用于大壩)，主要實現(xiàn)客戶端與服務器的數(shù)據(jù)交換，完成對全廠設備的監(jiān)視及自動控制。1臺工程師站，用于NC2000上位機及各LCU的軟件維護。1臺培訓工作站，完成NC2000系統(tǒng)日常模擬培訓功能。2臺廠內通信工作站，完成監(jiān)控系統(tǒng)與廠內其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換，并通過串口單向傳輸數(shù)據(jù)至模擬屏。2臺調度通信服務器，以太網(wǎng)口采用104規(guī)約通過調度數(shù)據(jù)網(wǎng)接入四川省調及華中網(wǎng)調，RS232串口采用101規(guī)約，有電力貓進行調制，再通過專線分別接入四川省調及華中網(wǎng)調。1臺WEB數(shù)據(jù)服務器，用于采集主機的監(jiān)控數(shù)據(jù)，并經(jīng)過正向隔離裝置向Web發(fā)布服務器傳輸要求的監(jiān)控數(shù)據(jù)。1臺Web發(fā)布服務器，用于向公網(wǎng)發(fā)布所需的監(jiān)控數(shù)據(jù)，便于電廠其它系統(tǒng)數(shù)據(jù)鏈接。1臺外設服務器，用于提供監(jiān)控系統(tǒng)日常報表打印等其它外設服務。1臺語音報警服務器，對監(jiān)控系統(tǒng)信號進行實時語音報警。1臺歷史數(shù)據(jù)備份服務器，為防止磁盤陣列故障歷史數(shù)據(jù)丟失，磁盤陣列的數(shù)據(jù)經(jīng)過壓縮后存儲在歷史備份服務器中。

2 冗余化配置

提高設備安全性和可靠性最主要的手段就是雙重化的冗余配置。冗余配置，一般分并聯(lián)冗余和熱備冗余兩種(如圖1)。

圖1 雙重化的冗余配置示意

2.1 PLC的熱備冗余

亭子口電站各現(xiàn)地LCU PLC控制采用熱備冗余，兩套PLC互為主備用，平時一套處于工作狀態(tài)，一套處于熱備狀態(tài)?！爸鳈C”和“備機”的硬件配置完全相同，即由電源模塊、CPU模塊、RIO通訊模塊、以太網(wǎng)模塊等組成。雙機熱備系統(tǒng)的核心模塊為CPU模塊，型號為1756-L61。除了完成所有的控制功能以外，同時通過高速光纖完成“主機”和“備機”之間的實時數(shù)據(jù)交換功能，通訊速率可達100M。

雙機熱備系統(tǒng)正常工作時，由“主機”采集現(xiàn)場所有設備的實時數(shù)據(jù)，解算所有控制程序，并將控制指令傳輸?shù)剿休敵瞿K中，完成對現(xiàn)場設備的所有控制功能?！皞錂C”在“主機”運行的過程中，實時讀取“主機”中的全部數(shù)據(jù)，并實時監(jiān)測“主機”的運行狀態(tài)。當“主機”上的機架、電源、CPU、RIO通訊模塊中的任一模塊或附件出現(xiàn)故障或網(wǎng)絡中斷時，“備機”切換為“主機”，完成對現(xiàn)場設備的所有控制功能。當“主機”上的故障模塊或附件更換完畢后，則承擔“備機”的角色，繼續(xù)完成對“主機”狀態(tài)的實時監(jiān)測功能。

雙機熱備系統(tǒng)中的“主機”和“備機”之間的切換是完全自動實現(xiàn)的，同時又是平穩(wěn)、無擾動的切換。切換對于過程而言是透明的，系統(tǒng)對過程的監(jiān)控不會中斷，并且不會因為發(fā)生硬件故障而受到不利影響，提高了PLC控制的可靠性。

2.2 電源的冗余

各現(xiàn)地控制單元，采用兩套交直流雙供電插箱，各自分別引入一路交流電源、一路直流電源。供電插箱輸出的交流電源、直流電源，分別采用并聯(lián)冗余的方式輸出可靠的電源系統(tǒng)，并且輸出不同的電源供給不同的支路，實行分級控制。當一套雙電源供電裝置故障時，電源系統(tǒng)可以實現(xiàn)無擾動切換，另一套可以保證監(jiān)控系統(tǒng)的正常運行。這種雙冗余的電源系統(tǒng)，極大地提高了監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

3 強大的軟件處理方式

3.1 開關量的防抖處理

利用PLC軟件的計時器功能，在接收到開關量信號時，在t時間內該信號持續(xù)有效，則認為為真信號，反之假信號做放棄處理。t時間一般為50ms到100ms左右，取決于信號的防抖程度，以及PLC軟件的掃描周期，t時間應該大于或者等于掃描周期。

3.2 模擬量信號的防抖處理

為了增加模擬量信號判斷的準確性，增加模擬量的品質判斷，認為模擬量的品質為好的時候才參與控制，品質為壞的時候不參與控制。模擬量的變化在一定的誤差范圍內被認為是一個連續(xù)的變化過程，當在某一時刻模擬量發(fā)生大幅的跳變值大于允許的最大跳變值，則認為該模擬量的品質為壞；如果小于則認為該模擬量品質為好。當然，判斷模擬量的品質的臨界值，要根據(jù)某一電站所選測量設備和環(huán)境變化來選取。例如，亭子口電站溫度量判斷增加梯度閉鎖功能：任意點溫度變化超過20℃，該測點品質自動變壞，測值繼續(xù)刷新；溫度回復到突變前溫度±20℃后，該測點品質自動變好。

3.3 采用多重判斷，提高可靠性

為了實現(xiàn)更加安全的控制，防止出現(xiàn)某一個測點的誤動作引起的事故。例如開關量的誤動，模擬量的干擾引起的測量不準確，如果采用兩個共同來參與控制，則可以保證設備更可靠的運行。例如，在機組開機判據(jù)“機組主軸密封水正?！敝?，判斷流量開關上送開關量和流量計上送模擬量同時滿足時，則認為“機組主軸密封水正?！保瑵M足條件，增加了可靠性。

總之，監(jiān)控系統(tǒng)PLC控制的穩(wěn)定性，隨著現(xiàn)場實際的應用得到了不斷的改善和更新。通過上述幾點不斷優(yōu)化PLC自身的運行工況，采用更加準確的測量器件和采樣、反饋精度，改進PLC系統(tǒng)軟件和硬件融合力，是提高PLC穩(wěn)定性的可靠辦法。

〔1〕皮狀行.可編程序控制器的系統(tǒng)設計與應用實例[M].北京：機械工業(yè)出版社,2001.

〔2〕路林吉.可編程序控制器原理及應用[M].北京：清華大學出版社,2002.

〔3〕廖常初.可編程控制器基礎及應用.北京：機械工業(yè)出版社,2003.

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2095-1809(2015)06-0018-02

杜鵬明(1984-)，男，漢族，甘肅省靈臺縣人，助理工程師，學士.