基于PLC的中小型水電站監控系統設計分析

摘 要:在水資源豐富的地區修建中小型水電站是綠色環保和能源節約的重要措施。對水電站的運行進行智能監控管理是提高管理效率和發電效率的有效措施。本文從PLC設計水電站監控系統的角度，對水電站監控系統的建立進行深入分析。

關鍵詞:PLC水電站監控系統

中圖分類號:TP393文獻標識碼:Ａ文章編號:1674-098X(2011)06(c)-0113-01

1 PLC技術概況

PLC技術在中小型電站中的使用在分站層設備，使之可以在水電站的運行中完成數據采集、系統調控的工作。從實際的應用和系統結構上看，PLC就是一種計算機控制系統，其系統的構成與計算系統相似都是由中央處理器和存儲器、輸入和輸出接口、電源系統構成。之所以采用PLC作為控制系統的核心設備主要是因為可以完成于工業基坑相連接同時更加的適應控制要求的編程語言。

在PLC應用于水電站是從20世紀的80年代開始的，主要是因為PLC通常是按照工業應用環境來進行設計和標準衡量的，其可靠性較高、抗干擾、編程簡易、插接性能好等優點，因此很快得到了普遍的認可，一些系統集成商也圍繞其進行了產品的改良。但是由于PLC的設計原理差異問題，使得產品的功能和性能以及可構成的系統規模也出現了不同。通常來看，選擇PLC時應根據不同的水電站的安全性要求、功能性要求、控制規模、系統結構等方面的實際需求進行選取。

2 系統設計的總體思路

在水電站控制系統中，要實現對水輪機組和配套自動控制設備的系統化構建應當對整個系統進行完整的設計和系統實現。首先應了解在整個系統中需要完成控制的機械設備有:閘閥、水輪機、發電機、調速器、勵磁裝置、水位儀、機組控制平臺、計算機中心等。在自動化成對較高的中小型水電站，已經將傳統的常規的勵磁裝置和調速器升級成帶有通訊接口的計算機勵磁器、自動化調速裝置、同時將測量儀器也升級為智能化自動測量儀，這些自動化設備可以與機組的自動化控制平臺相連接，通過通訊端口完成數據上傳和指令實現。另外，水電站的自控系統中最為核心的系統是機組控制部分，這部分實現控制的流程如下:機組基礎數據通過采集系統，形成數據信號，然后經過PLC的處理，通過串聯端口上傳至中央控制計算機，計算機所加載的控制軟件對這些數據進行處理，將機組的實時運行情況反映在控制中心的操控平臺上，這樣工作人員就可以利用主控機進行水電站的運行控制。

3 PLC在監控系統中的數據采集

PLC在水電站中的控制對象是水輪機組及其輔助設備、全站的公共輔助設備、開關站斷路器等，因此PLC監控系統的構成還離不開終端信號采集系統。

3.1 模量采集

這里的模量采集控制包括了定時信息采集、越線情況監測、保護系統監測等，保護措施是:當PLC監測到某處的模量超過了預設定的參數是，這些被監控的設備就會采用相應的保護措施，如:對運行機組進行調控。另外，模量采集還需要對機組的功率輸出、電流、電壓等基礎數據進行采集。

3.2 數字量采集

數字量的采集包括了:定期系統狀態檢查并更新數據庫記錄;對系統運行事件進行時序性記錄和觀察，當有中斷功能的開關出現變化時，可以立即相應;保護措施，當LUC接收到事故信號的時候，即可根據事故信號的來源而采用相應的保護措施。

3.3 電度采集

對水電站機組的電度進行采集，通過串口的連接與電度表進行連接，同時該智能電度表安裝在LCU屏內。

4 系統硬件設計

通過前面的設計思路和采集要求，下面就某水電站的PLC自控系統為例進行硬件設計方案的簡介。

該電站采用的PLC是按照水電站的工作環境為依據進行選擇，采用的是三菱公司出品的FX-2N-32MT為控制系的核心元件。這種PLC輸入和輸出的點位分別為16。而且該系列的PLC具有較好的高速度掃描功能，內部的存儲器容量較大，同時具有豐富的元件資源，多點的輔助繼電器。是一款體積小而性能較高的PLC控制器。設計中為了滿足多點數據采集的需要，還選配了該PLC配套的模塊作為A/D模數轉換裝置。

另外，電源模塊的設計采用的是隔離變壓器經過AC/AC變換后，再完成對整個控制系統的供電，這樣是為了保證系統的電源和電網形成一個相對隔離的狀態，這可以充分提高系統的運行穩定性和抗干擾能力;轉速測量設備是用來測量水輪機的工作狀況的，這里采用的是殘電壓測量的方式，也就是利用發電機起勵之前所產生的剩磁而形成的剩磁電壓，通過濾波器整波后形成方波信號，將這個信號傳遞給PLC進行數據處理，然后計算出水輪機的轉速和頻率等工況。

系統中還有:綜合測量儀，這個測量儀主要是用來對溫度和水位等檢測;液晶控制屏主要是 考慮到工作狀況進行選擇，系統采用了三菱觸摸控制屏作為顯示設備，其他的設備安裝PLC的協議條件進行選擇，通過其對應的軟件來完成人機的交互。至此，整個系統從采集、處理、控制等方面完成了硬件的組織和選擇，通過系統的運行，工作人員就可在主控室實現對水輪機組的狀態監控和調控。

5 PLC程序設計語言分析

在完成前面的硬件系統設計完成后，就是對系統的軟件設計。這個軟件系統主要包括了兩個層面:首先軟件設計應完成人機交互功能的實現，這是為了完成通過控制屏進行控制的目的;其次就是對PLC的程序編輯，著主要要是為了解決數據處理，下位機與上位機的通訊。

5.1 人機交互的設計

這個系統中的人機交互界面程序語言主要是采用軟件來進行編制，上位機的人機交互界面采用的是組態王來實現。因為人機交互的界面設計因為功能、結構、系統布置等都基本相似，只是在變量鏈接和通訊協議等方面存在差異。因此在設計中應當根據操控的情況不同而采用合理的軟件語言。

5.2 數據處理軟件

水電站的這個監控系統的主要是針對的發電機組的狀態、電量、溫度、水位等檢測，因此在數據采集中主要是形成的信號反應的是電流、電壓、頻率等數據，因此在這個系統中應圍繞著這個核心數據處理的特征進行軟件語言的選擇。

6 結語

通過前面的論述不難發現，中小型水電站的PLC控制系統，其控制的目標較為簡單，主要是對水輪機組的運行工況進行如實的反應，并通過人機交互界面完成對整個系統的監控。為此應當在設計中采用穩定性較高的PLC作為核心，同時根據工況配置工業級別的電器元件與之配套，形成完整的數據采用、數據處理、數據傳輸、軟件處理、人機交互等功能的實現。

參考文獻

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