PLC在水電站自動(dòng)控制系統(tǒng)中的運(yùn)用及其串行通訊

潘培華

【摘要】自動(dòng)控制系統(tǒng)的功能與水平是衡量我國水電站發(fā)展現(xiàn)代化水平的重要指標(biāo)，同時(shí)也是保障水電站安全、穩(wěn)定運(yùn)行不可或缺的技術(shù)手段。隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，水電站自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展也迎來了新的機(jī)遇，PLC是一種具備邏輯編程功能的控制器，其在水電站自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用提高了水電站控制系統(tǒng)的自動(dòng)化、智能化、科技化水平。為此，文章對(duì)PLC在水電站自動(dòng)控制系統(tǒng)中的運(yùn)用以及串行通訊進(jìn)行深入的探討，以便充分發(fā)揮PLC的作用。

【關(guān)鍵詞】PLC；水電站；自動(dòng)控制系統(tǒng)

PLC是在結(jié)合我國工業(yè)發(fā)展情況基礎(chǔ)上發(fā)明的數(shù)字運(yùn)行電子系統(tǒng)，具有可編程控制功能，在系統(tǒng)中設(shè)置了可編程存儲(chǔ)器，工業(yè)生產(chǎn)中可以結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)需要將控制程序輸入到存儲(chǔ)器中，從而提高控制系統(tǒng)的針對(duì)性，在我國機(jī)械生產(chǎn)、工業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用。而在水電站中的應(yīng)用能夠?yàn)樗娬镜陌踩?、穩(wěn)定運(yùn)行提供堅(jiān)實(shí)的保障，降低水電站發(fā)生故障的幾率，為此，需要對(duì)PLC在水電站自動(dòng)控制系統(tǒng)中的運(yùn)用以及串行通訊進(jìn)行具體的分析。

1、PLC在水電站自動(dòng)控制系統(tǒng)中運(yùn)用的結(jié)構(gòu)與原理

PLC作為一種可編程邏輯控制器，其具有一套完整的編程程序，水電站可以根據(jù)實(shí)際控制情況，將控制要求以PLC語言算法進(jìn)行轉(zhuǎn)換，輸入到系統(tǒng)中，系統(tǒng)會(huì)對(duì)輸入信息進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)換成水電站的控制要求輸出信息。但輸入控制要求信號(hào)過程中，必須排除干擾信號(hào)對(duì)控制器的影響，否則會(huì)影響控制效果。

PLC的主要應(yīng)用結(jié)構(gòu)為計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，具體的部分有CPU、ROM、RAM以及輸入、輸出電路接口。其具備的功能有：指令接受、指令讀取、指令執(zhí)行、指令中斷處理。其中ROM為水電站編制的控制要求存儲(chǔ)位置，并記錄已完成的控制程序；RAM一般存儲(chǔ)控制中產(chǎn)生的邏輯變量以及內(nèi)部程序運(yùn)行應(yīng)用的各項(xiàng)工作單元；輸入電路接口主要負(fù)責(zé)的是信號(hào)轉(zhuǎn)換，調(diào)整為系統(tǒng)能夠執(zhí)行與處理的信號(hào)語言；輸出電路接口主要負(fù)責(zé)的是將控制信號(hào)輸出，對(duì)現(xiàn)場的控制系統(tǒng)發(fā)揮作用，是控制信號(hào)的執(zhí)行單元。

與傳統(tǒng)的繼電控制系統(tǒng)相比，PLC控制系統(tǒng)具有一定的優(yōu)勢，例如，在水電站油壓裝置的控制上，其主要功能是為自動(dòng)補(bǔ)氣，主要通過油壓信號(hào)器節(jié)點(diǎn)的信號(hào)來控制繼電器IKM的開合，實(shí)現(xiàn)油壓的調(diào)整，當(dāng)油壓上升到上限時(shí)，繼電器IKM處于閉合狀態(tài)；但油壓下降到下限值低于額定要求時(shí)，繼電器IKM也處于閉合狀態(tài)；從而影響到補(bǔ)氣閥的開關(guān)狀態(tài)，這樣的控制能夠始終將水電站的油壓控制在額定要求范圍內(nèi)。而使用PLC系統(tǒng)進(jìn)行控制后，可以直接輸入控制信號(hào)代替繼電控制系統(tǒng)的中間介質(zhì)，代替IKM等元件，直接進(jìn)行控制驅(qū)動(dòng)。從這個(gè)角度來看，繼電控制系統(tǒng)主要是通過各獨(dú)立元件發(fā)揮作用來保障控制功能的實(shí)現(xiàn)，而PLC主要是通過輸入的控制信號(hào)以及軟元件來完成最終的控制要求，將控制信號(hào)輸入到水電站的線圈、接線、觸點(diǎn)等位置上。PLC內(nèi)部到軟元件，代替?zhèn)鹘y(tǒng)繼電控制系統(tǒng)中的繼電接觸器，提高了控制的穩(wěn)定性。而且PLC控制主要通過程序完成，繼電控制系統(tǒng)主要是通過控制元件完成，PLC控制更靈活、方便。

2、PLC與水電站控制系統(tǒng)其它控制設(shè)備間的串行通訊

PLC與水電站控制系統(tǒng)中其它控制設(shè)備間的通訊主要通過三種方式來完成，第一種是PLC控制軟件間的通訊、第二種是PLC與上位計(jì)算機(jī)之間的通訊、第三種是PLC與水電站中其它智能裝置間的通訊。在集散控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)上，通過物理連接的方式將PLC與主控計(jì)算機(jī)以星型、總線型、環(huán)型等方式連接，使連接產(chǎn)生的局域網(wǎng)更科學(xué)、更合理，但還需要注意到以下事項(xiàng)：

一是物理層的協(xié)議問題：PLC與其它控制設(shè)備的通信會(huì)應(yīng)用到接收線路、驅(qū)動(dòng)電路、通信介質(zhì)接口等元件而且還要考慮到插件的類型、功能與數(shù)量，保障數(shù)字信號(hào)編碼的準(zhǔn)確，查看硬件功能是否滿足控制鏈路的要求。

二是鏈路層的協(xié)議問題：通過對(duì)鏈路的控制，能夠根據(jù)控制系統(tǒng)的要求組成適應(yīng)格式的信息幀。

三是通訊中信息數(shù)據(jù)的更新問題：PLC在與主控計(jì)算機(jī)連接成局域網(wǎng)后就必須尊重通訊協(xié)議，根據(jù)每個(gè)設(shè)備的物理地址，與其保持實(shí)時(shí)有效的通訊連接。其中數(shù)據(jù)的交換主要通過計(jì)算機(jī)查詢方式來完成，主控計(jì)算機(jī)可以按照一定的周期規(guī)律對(duì)PLC設(shè)備進(jìn)行查詢，但PLC設(shè)備對(duì)主控計(jì)算機(jī)的查詢進(jìn)行回應(yīng)后，數(shù)據(jù)就開始進(jìn)行交換。而數(shù)據(jù)信息的更新主要是通過主控計(jì)算機(jī)的廣播方式來完成，根據(jù)不同節(jié)點(diǎn)按照主控計(jì)算機(jī)的要求進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的更新。另外，通過例外報(bào)告法也可以完成信息數(shù)據(jù)的更新，其主要是根據(jù)事先在PLC內(nèi)編制的信息預(yù)定表，了解不同節(jié)點(diǎn)PLC的信息變化情況和變化數(shù)量，然后再根據(jù)主控計(jì)算機(jī)的要求調(diào)整PLC編制的預(yù)定表。

四是差錯(cuò)可以利用抗干擾編碼進(jìn)行控制，通過抗干擾編碼的制定可以自動(dòng)進(jìn)行差錯(cuò)糾正。

五是通過PLC與上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行串行通訊需要兩組程序來完成，一組程序是PLC的通訊程序，另一組是上位計(jì)算機(jī)的通訊程序。例如，利用FX2N系列的RS通訊指令進(jìn)行PLC通訊程序編制，可以將操作數(shù)S放置在數(shù)據(jù)傳輸區(qū)域的首地址，這樣在傳入中就可以接收到來自相應(yīng)數(shù)據(jù)地址單元中的信息反饋，通過傳輸參數(shù)的辨認(rèn)，實(shí)現(xiàn)通訊，但是在正式通訊之前必須對(duì)設(shè)置的指令進(jìn)行激活，F(xiàn)X2N系列的數(shù)據(jù)長度在8位至16位之間。

3、結(jié)束語

綜上所述，PLC在我國水電站的事故信息處理、電源監(jiān)視、水力機(jī)組自動(dòng)化操作上發(fā)揮著不可替代的作用，提高了自動(dòng)化控制的操作水平。而串行通訊在其中的應(yīng)用，提高了通訊的及時(shí)性，已成為我國水電站運(yùn)行不可缺少的通信環(huán)節(jié)。而且這種操作可以應(yīng)用到大型泵站的控制系統(tǒng)中，從整體上對(duì)我國水電站的運(yùn)行提供更為全面的保障。

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