摘要： 介紹了在水電站計算機監控系統中PLC所擔負的自動控制調節、通信、功率調節等功能。本文結合目前在實際運行的計算機監控系統，闡述了PLC在計算機監控系統中起到的作用及應用前景 ，及其產生的社會效益和經濟效益。
關鍵詞：系統結構 PLC程序主要功能 運行中出現的問題及解決
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
隨著計算機技術的高速發展，各種計算機技術在水電站綜合自動化方面得到很大的應用，其中因為可編程控制器PLC的因其在順序控制方面得天獨厚的優勢故在水電站自動控制領域中得到了很好的應用。本文主要討論PLC在水輪發電機組監控系統中信息采集、機組自動控制和與SCADA系統通訊等功能的開發應用。
1 系統結構
1.1計算機監控系統結構概述
水電站計算機監控系統結構以網絡為基礎，由電站級設備和現地控制單元級設備組成。
水電站綜合自動化系統結構如圖所示。
電站級也稱為上位機，設備包括主機/操作員工作站、通訊工作站、激光打印機、衛星時鐘、逆變穩壓電源等組成，安裝在電站中控室或計算機房，完成電站所有數據處理和運行監視控制功能。
現地控制單元級設備按被監控對象的類型分為機組LCU、開關站及公用LCU，分別安裝在的被監控對象的近旁，完成監控系統對監控對象的數據采集、監視和控制功能。LCU具有獨立工作的能力，當電站級設備或網絡設備故障時，LCU仍然能在當地實現對有關設備的監控，當其與電站級恢復聯系后又能自動地服從電站級系統的控制和管理。LCU主要采用進口可編程序控制器(PLC)模件，以及液晶觸摸屏、交流采樣裝置、同期裝置、輸出繼電器等設備，組屏后構成相應現地控制單元。
網絡設備為監控系統的構成基礎，采用網絡交換機，為電站級設備和現地控制單元級設備提供相互連接的快速數據通道。
主機/操作員工作站采用雙機工作方式，任何一臺工作站故障，系統仍可正常運行，提高了運行操作的安全可靠性。
主機/操作員工作站配置聲卡和語音軟件，用于當被監控對象發生事故或故障時，發出語音報警提醒運行人員。
通訊工作站基本配置同主機/操作員工作站，另配置電力專用Modem 和串口擴展卡，完成與電網調度及其他智能設備的通訊工作。
1.2 現地控制單元LCU及PLC功能簡介
現地控制單元(LCU)按被監控對象的類型分為機組LCU、開關站及公用LCU。它直接與現場設備接口，完成對被監控設備的數據采集和監控功能。它服從電站級的控制和管理，當電站級或網絡故障時，它也可以獨立工作，在當地通過液晶觸摸屏實現對有關設備的監視和控制功能。
現地控制單元(LCU)的主要功能包括數據采集與處理、報警及安全監視、控制和調節、人機接口、數據通信和自診斷等。
2 PLC程序主要功能模塊介紹
本節主要討論一下水電站發電機組LCU中PLC的功能應用。
2.1 數據采集模塊
對電站主輔設備的運行狀態、運行參數等進行實時采集，經工程化處理后，作為監控系統實時監視、報警、控制、計算和其他處理的依據。
數據采集的對象按輸入信號類型，分為模擬量、開關量、電能量、綜合量等。
2.2 自動控制模塊
(1)可以接收主站機設備與觸摸屏發來的控制命令來完成水輪發電機組各種機組工況的轉換，事故停機，緊急停機，機組出口斷路器和機組輔助設備的控制，機組有功功率、無功功率調節。
正常開機方向流程：接受命令后，判斷機組在停機態并且開機條件正常發開冷卻水命令，延時判斷冷卻水正常后開啟主閥，主閥開啟后發調速器開機令然后延時等待機組轉速上升至95%額定轉速進入空轉態，當判斷以轉速信號以后合滅磁開關發勵磁裝置開機令，延時等待發電機出口電壓上升至85%額定電壓后機組進入空載態，判斷同期條件滿足后給同期裝置發啟動同期令，當判斷機組出口斷路器合上以后機組狀態進入發電態流程成功。
正常停機方向流程：接受命令后，判斷機組在發電態即開始卸負荷至機組額定有無功出力的5%然后發跳發電機出口斷路器命令，當判斷發電機出口斷路器斷開后機組進入空載態發勵磁停機令，延時判斷機組出口電壓小于額定電壓的10%機組進入空轉態，發調速器停機令延時等待機組轉速小于額定轉速的35%時發剎車投入命令，直到機組轉速為0后延時20秒退發退出剎車令機組進入停機態，此時退出冷卻水。
當在上述流程中任何時候條件不滿足的情況下PLC流程退出并發報警信號。
(2)在控制模塊中加入控制閉鎖功能主要如下：
LCU遙控/現地控制方式由切換按鈕互鎖;有關模件故障或測點退出時，LCU將自動禁止相應的控制操作;LCU檢查控制流程每一步操作相關的閉鎖條件，符合要求時才進行操作;控制過程受阻時，將給出受阻原因;事故停機操作命令優先級高于正常開停機操作;機械及電氣保護動作引起的事故停機操作，不受控制方式的約束;采取必要的邏輯判斷以減少誤啟動事故停機的可能性;負荷調節采取了一系列的限制與保護措施，如功率限值保護、電壓保護、電流保護等，保證調節的可靠和機組的安全穩定運行。
2.3 通信模塊
LCU的通信包括以下內容：
(1)PLC通過網絡與主站級設備進行通信，向主站級發送數據采集和事件信息，接受其下行的控制命令并將執行結果回送主站級。
(2)PLC與各種現地智能設備的通信。機組LCU可以與交流采樣裝置、調速器、勵磁裝置、保護裝置等通過串口進行通信將各現地設備信息經過處理上送到主站級設備。
2.4 故障、事故處理模塊
PLC程序中故障事故處理模塊將實時采集到故障信息迅速處理形成報警記錄上送到主按級設備提醒值班人員做相應處理。
PLC直接對采集到的重大事故信息迅速響應和處理，進行事故緊急停機流程直接動作于緊急停機電磁閥和機組出口斷路器跳閘然后轉入機組正常停機流程。
LCU的機柜上配有緊急停機按鈕，直接作用于緊急停機電磁閥和機組出口斷路器跳閘回路，作為現場緊急停機的備用手段，即使LCU完全失去作用，也能保證機組安全解列停機。
2.5 負荷調節模塊
PID 負荷調節程序的功能就是機組并網狀態中控制、調節機組的有、無功出力將其實際發出量保持在人工設定的要求范圍之內。
負荷調節采用傳統的PID閉環調節。包括控制器﹑傳感器﹑變送器﹑執行機構﹑輸入接口、輸出接口。在計算機監控系統中PID負荷調節程序就是“控制器”，開出繼電器就是“輸出接口”，調速器及勵磁裝置就是“執行機構”，機組是 “被控系統”。機組的有功、無功為“被控制量”，PT、CT為“傳感器”，交流量信號變送器或交流量信號采集裝置為“變送器”，模擬量輸入模件或通訊接口為“輸入接口”，最終被控制量的值將反饋到PID調節程序(控制器)。
2.6 自診斷模塊
LCU提供相應的自診斷功能，PLC實時監視各設備故障點包括PLC各模件故障、電源故障、通訊接口故障等。當診斷出故障時，發出報警信號上送至電站級設備。
3 運行中出現的問題及解決
線路端甩負荷問題：
在傳統PLC負荷調節程序中對機組的發電狀態只判斷發電機出口斷路器的位置信號，當電站只有一條進線時線路斷路器如果出現跳閘，則PLC程序仍然判斷機組在發電狀態就會繼續調節有功出力直到發電機頻率升高或過速停機，這樣就會全廠失電。
經過改造后的程序及為當判斷發電機出口頻率大于50.5Hz時即退出有、無功調節讓調速器進入閉環調節，這樣一來當線路斷路器跳閘時機組仍能發出少部分電來保證廠用電的供應。
5結束語
隨著計算機監控系統的普遍應用PLC在水電站監控系統中的地位也逐漸提高，各廠家的PLC功能也越來越強大，將來會在水電站監控系統中發揮出更強大的作用。隨著PLC自身的技術發展PLC在水電站方面的應該也將更專業化，簡單化，應用前景更加廣闊。同時也為水電站的安全經濟運行帶來了保障。為電站實現“無人值班、少人職守”奠定了良好的基礎。
參考文獻
[1] 方輝欽.現代水電廠計算機監控技術與試驗[M].中國電力出版社,2004.
[2]顧紀銘.OPC技術在水電站監控系統中的應用研究[D].南京：河海大學計算機及信息工程學院，2007。
[3]周大志.基于PLC的過程控制系統設計[J].自動化技術與應用,2009,28(7):115-118.
