PLC在瀑布溝水電站輔機控制系統中的應用

嚴映峰，趙小明，李天晨，吳麗云

（國電大渡河瀑布溝水力發電總廠，四川 漢源 625304）

PLC在瀑布溝水電站輔機控制系統中的應用

嚴映峰，趙小明，李天晨，吳麗云

（國電大渡河瀑布溝水力發電總廠，四川 漢源 625304）

隨著PLC（Programmable logic controller可編程邏輯控制器）工業控制技術的不斷發展，由于其具有可靠性高，抗干擾能力強等優點，PLC在水電站控制系統中得到了廣泛的應用，大大提高了水電站的自動化水平，為水電站的自動控制和無人值班提供了可靠的保障。主要介紹了PLC在瀑布溝電站輔機控制中的應用，以及輔機控制與監控系統的關系等。

PLC；輔機；控制；應用；

0 概述

瀑布溝水電站位于大渡河中游，地處四川省西部漢源和甘洛兩縣交界處，是一座以發電為主，兼有防洪、攔沙等綜合效益的特大型水利水電樞紐工程。該電站裝設6臺混流式機組，單機容量600 MW，多年平均發電量147.9億kW·h。水庫總庫容53.9億m3，具有不完全年調節能力。工程于2004年3月開工建設，2009年底首批兩臺機組發電，計劃2010年全部投產。本電站按無人值班原則設計，采用計算機監控系統控制，由流域梯級調度中心統一調度運行。基于“無人值班”（少人值守）的要求，對電站自動化控制系統的要求很高。

1 PLC在瀑布溝水電站輔機控制中的應用范圍

瀑布溝電站的輔機自動控制部分主要包括機組輔助設備自動控制和公用輔助設備自動控制，這類控制在自動控制范疇內屬于順序控制系統，每個順序控制都是按照生產流程的要求及生產設備的特點來設定，采用PLC將每套系統單獨進行控制可以減少監控系統PLC的負擔，使每套系統相對獨立，方便維護，增加了整個系統的可靠性。

1.1 機組輔助設備自動控制部分

機組輔助設備自動控制部分主要包括調速器油壓裝置和漏油裝置控制系統、圓筒閥油壓裝置及漏油裝置控制系統、頂蓋排水控制系統、水導外循環控制系統（2、4、6號機組）、發電機推力外循環控制系統、機組技術供水控制系統、主變技術供水及冷卻器控制系統等。

1.2 公用輔助設備自動控制部分

公用輔助設備自動控制部分主要包括檢修維護低壓空壓機控制系統、制動用氣低壓空壓機控制系統、壓縮空氣補氣低壓空壓機控制系統、中壓空壓機控制系統、放空洞工作閘門水封控制系統、廠房滲漏排水控制系統、檢修排水控制系統、左岸壩體滲漏排水控制系統、右岸壩體滲漏排水控制系統、水廠清水池控制系統、高區水池控制系統、地下副廠房潛水排污泵及電梯基坑潛水排污泵控制系統、主變室電梯基坑潛水排污泵控制系統等。

以上各系統全部采用PLC單獨控制，PLC根據按鈕或I/O模塊所采集的外圍自動化元器件的輸入信號,通過程序執行將計算結果輸出對各控制對象進行控制，同時將程序執行情況和故障信號等上送監控系統，這樣即減少了監控系統的負擔，又使監控系統對全廠設備的運行情況都得到了控制。全廠采用分層控制方式，結構清楚，可靠性提高。

2 PLC控制系統的特點

所謂自動控制是指生產過程中，根據實際要求按照邏輯運算、順序操作、定時和計算數等規則通過預先編制的程序，在現場輸入信號（包括開關量、模擬量）的作用下，執行機構按預定程序動作，實現以開關量為主的自動控制。瀑布溝電站PLC的設計安裝就是根據這一原則來實現的。其輸入主要是靠按鈕、壓力開關、浮子開關、動斷觸點等開關量為主的控制信號。輸出為繼電器、電磁閥等驅動元件。PLC內部控制部分有定時器、計數器、中間繼電器等元器件以及許多的常開、常閉觸點。而傳統的自動控制則是由繼電器控制來實現的，由于設備體積大、功耗高、動作速度緩慢、接線復雜、通用性、靈活性差、維護工作量大、故障率高等而導致設備可靠性差，采用PLC控制克服了傳統繼電器控制的弱點，把計算機技術與繼電器控制有機地結合起來，為工業自動化提供了十分完美的現代化控制裝置，其優越性主要表現在以下方面：

（1）PLC是在繼電器、接觸器以及由中、小規模的集成電路及其它電氣元件的復雜控制系統裝置上發展起來的一種新型控制器，采用現代大規模集成電路技術和嚴格的生產工藝制造，內部電路采取了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性。從PLC的外電路來說，使用PLC構成控制系統，和同等規模的繼電接觸器系統相比，電氣接線及開關接點已減少到數百甚至數千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現故障時可及時發出警報信息。

（2）由于PLC易與工業控制系統連成一個整體，PLC用存儲邏輯代替傳統接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統設計及建造的周期大為縮短，同時維護方便，適合于較為惡劣的工業環境、故障率低、可靠性好、抗電氣干擾能力強。

（3）PLC采用掃描式的工作方式：其工作過程一般分為輸入采樣、用戶程序執行和輸出刷新三個步驟，特別適合于邏輯控制要求較高的順序控制。

3 PLC在瀑布溝電站輔機控制中的應用

（1）瀑布溝電站輔機控制系統采用AB公司ControlLogix系列產品，除個別系統外大部分采用雙機熱備冗余配置，即雙機架、雙電源、雙CPU模塊、雙CNBR模塊配置，提高了系統的可靠性。

（2）瀑布溝電站PLC的配置

一套完整的PLC主要由5個模塊構成：電源模塊、CPU模塊、熱備模塊、I/O模塊和通訊模塊。

1 ）電源模塊向PLC機架和遠程I/O機架提供直流24V工作電源，PLC的電源在整個系統中起著十分重要的作用，如果沒有一個良好的、可靠的電源整個系統是無法正常工作的，所以瀑布溝電站采用雙電源模塊供電方式。

2 ）中央處理單元（CPU）是PLC的控制中樞。它按照PLC系統程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數據；檢查電源、存儲器、I/O等設備的狀態，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當PLC投入運行時，首先它以掃描的方式接收現場各輸入裝置的狀態和數據，并分別存入I/O映象區，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經過命令解釋后按指令的規定執行邏輯或算數運算的結果送入I/O映象區或數據寄存器內，等所有的用戶程序執行完畢之后，最后將I/O映象區的各輸出狀態或輸出寄存器內的數據傳送到相應的輸出裝置，如此循環運行，直到停止運行。為提高PLC的可靠性，瀑布溝電站采用雙CPU構成冗余系統，這樣即使某個CPU出現故障，整個系統仍能正常運行，不影響設備運行。

3 ）I/O模塊是PLC與外界電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態，輸出點反映輸出鎖存器狀態。輸入模塊將電信號變換成數字信號進入PLC系統，輸出模塊相反。I/O分為開關量輸入（DI）、開關量輸出（DO）、模擬量輸入（AI）、模擬量輸出（AO）等模塊。

4 ）通訊模塊為PLC與PLC之間、PLC與上位機以及其他智能設備之間提供信息交換的路徑，使全廠形成一個統一的整體，實現分散集中控制。瀑布溝電站輔機控制系統大多采用雙冗余CPU機架帶遠程I/O機架工作模式，I/O機架與CPU之間的數據交換全部通過通訊模塊來實現，通訊模塊還與監控系統進行數據交換，將各系統的實時狀態上送監控系統，同時通訊模塊還與第三方設備（軟啟動器、變頻器等）進行通訊，以便運行維護人員及時準確的了解設備狀態及故障信息等，方便運行維護。

瀑布溝電站輔控系統PLC配置如圖1所示：

圖1 瀑布溝輔控系統PLC配置圖

（3）輔機控制與監控系統關系

由于瀑布溝電站監控系統的LCU也選用的是AB公司ControlLogix系列產品，采用同一廠家的PLC可以避免由于通訊協議不同造成通訊不可靠等，所以瀑布溝電站輔機控制系統與監控系統之間的通訊除部分重要信號采用硬接線外，其余全部采用AB的Controlnet網絡進行通訊，同時采用雙網冗余通訊方式增加可靠性。傳統輔控與監控之間大多采用硬接線方式進行數據交換，使整套系統比較復雜，同時受電纜數量的限制不能將所有信號上送監控系統，使有些信號必須在現場才可以看到，監控系統無法知道現場設備情況。采用通訊方式與監控通訊數據傳輸量大，PLC將現場設備運行狀態信號（包括油泵電機的運行和停止狀態、泵處在工作和備用狀態等），所有故障和報警信號（包括電機故障、PLC故障、軟啟動器故障、電源故障、傳感器故障、主/備切換等），各模擬量實測值，以及泵的運行時間和動作次數的統計結果等全部上送至監控系統，使監控系統能全面的掌握每套系統的運行情況，同時減少了輔控系統與監控系統之間的電纜連接，使整套系統簡單，可靠性高，方便維護，同時在以后設備改造中增加上送信號也比較方便。采用通訊方式還可以在遠方監控系統對各套系統的控制對象進行單點控制，方便事故處理。

4 結束語

采用PLC控制，使瀑布溝電站的自動化控制水平提高，故障大大減少，設備可靠性提高，減少了運行維護人員的工作量，為電站“無人值班”（少人值守）奠定了基礎。但我們也應當看到，我們對PLC的應用還是比較初級的。隨著技術的提高，我們應不斷改造，進一步提高全廠的自動化控制水平。

TP273

B

1672-5387（2010）06-0075-03

2010-10-08

嚴映峰（1968-），男，副廠長，從事水電站生產管理工作。