PLC在水電廠計算機監控系統中的實際應用

薄 巖，劉文言

國網新源豐滿發電廠檢修公司電氣工程處自動班 132108

1 計算機監控系統概述

1.1 計算機監控系統對水電廠的意義

計算機監控系統已經成為了水電廠的重要組成部分，尤其在水電廠綜合自動化系統中成為了一個關鍵的環節，其主要是為了完成發電機、水輪機、勵磁系統、調速器等設備的管理與監控，然后利用計算機的遠程操控實現水輪發電機的自動化運轉（開啟、停止、調相運行等）。

1.2 結構及功能

1.2.1 基本結構

對于水電廠的計算機監控系統而言，其主要采用的是全分布開放結構模式，其主要任務是負責完成全廠集中監控任務的電站控制系統和現地控制單元兩個部分的管控。其中前者被稱為主控級，后者簡稱為LCU，現地控制單元以PLC為基礎構成。這兩個部分的組成成分之間存在著層次結構的不同，但都是由軟硬件體系、軟件控制組成，并且通過了統一的網絡程序及運行控制，而主控級則可以實時監控現地控制單元的具體工作情況。

計算機監控系統的往往采用的是雙光纖、全分散開放式總線網絡作為其內部通信結構，所有主控級設備和各個控制單元都設有獨立的數據庫，這樣就方便互相訪問。

1.2.2 計算機監控系統的主要功能

從目前來看，水電廠的計算機監控系統主要有以下幾個功能：進行有效數據的采集、對全廠的安全進行監視、進行科學化的參數運算、控制與調節機械設備、鳴響報警、通信、軟件開發以及監控系統的自診等。

2 計算機監控系統的現地控制單元

對于計算機監控系統的現地控制單元而言，主要從以下幾個方面探討：

1）結構

水電廠的現地控制單元主要由交流電量采集裝置、觸摸屏、溫度巡查裝置、轉速測量裝置、PLC、微機自動準同期裝置等組成。

2）硬件配置

現地控制系統的硬件配置由兩大部分組成：PLC和遠程I/O。

（1）PLC：PLC在內部配備了CPU模塊和遠程I/O模塊，其中包括電源模塊、I/O模塊、熱備模塊和以太網模塊；

（2）遠程I/O模塊：遠程I/O模塊內部沒有CPU模塊，主要包括數據采集遠程I/O、順控遠程I/O、電源模塊、RPA模塊。數據采集遠程模塊I/O的功能主要是為了接收現場數據采集器傳輸過來的模擬量，并且利用自身的計算系統進行模數的轉換與計算；而順控遠程I/O主要是接收現地執行元件所傳輸過來的開關量信號，并且將接收到的信號傳送給現地控制單元和執行現地控制單元所下達的開關量指令；RPA模塊主要用于與現地控制單元的遠程I/O模塊進行網絡連接。

3）PLC的硬件配置

水電廠計算機監控系統PLC的硬件配置主要有電源模塊、CPU模塊、I/O模塊以及模擬量模塊。

（1）電源模塊：工作中主要采用的是直流（24V）電源；

（2）CPU模塊：在監控系統的CPU模塊上配備了RS485和MB+通訊接口，MB+的作用是為了實現設備與現地控制單元的通訊及現場計算機之間的接口，同時也能實現PLC的現場檢修與調試。除此之外CPU模塊還具備一般的微處理功能；

（3）I/O模塊：主要作用是為了給PLC傳送開關量的信號以及執行開關量的指令，并為外圍提供執行回路；

（4）模擬量模塊：通過模數的一定轉換，然后將轉換后的邏輯計算與數據顯示提供給PLC等。

3 基于PLC的計算機監控系統在水電站的應用

前面通過對計算機監控系統的現地控制單元的簡要講述，知道了PLC在這其中占有很重要的地位。下面將舉一個PLC在水電站溢洪門監控系統中的案例來加以例證與說明。

水電站溢洪門監控系統主要采用的是計算機監控模式，以此實現閘門與電站的計算機監控系統、水廁情報系統、水務管理等系統的遠控指令。

3.1 系統概述

對于溢洪門計算機監控系統而言，其主要采用的是開放性分層分布系統結構，這種結構系統的最大優點在于，其中某部分若出現了故障，并不會影響系統整體及其他設備的正常運轉。從目前來看，這種系統具有以下一些特點：

1）各部件具有整體與獨立相結合的工作模式；

2）采用全分布全開放系統不僅便于硬件與功能的擴充，而且保護了相關的資源與應用的投資；

3）實時性好，抗干擾能力強；

4）人機接口友好，便于操作。

3.2 系統組成

由于水電站溢洪門監控系統屬于計算機監控系統的一種類型，那么其組成部分依然是主控級與現地控制單元兩部分。

3.3 系統功能

1）主控計算機

系統主控計算機的主要功能在于負責管理運行的檔案、分析處理事故的相關故障信號以及生成并存儲各類運行報表等。

2）溢洪門現地控制單元

對于計算機監控系統的溢洪門現地控制單元而言，其主要負責的是監視各個閘門的冀中運行，并且做好相關的數據采集、控制與調節等。

3）溢洪門現地控制箱

從目前來看，計算機監控系統中的現地控制箱的操作一般是獨立于PLC的，因此可以直接操作閘門。此外，閘門的現地控制箱內部設置有“現地/遠方”開關，通過合理的功能分布，便可以確保各個系統的節點負荷率滿足相關的設計要求。

3.4 PLC在此案例中的突出特點分析

在本案例中，充分地考慮了設計的先進性與安全性，其主要部件應選用西門子PLC，而PLC在應用中的特點主要有以下2個方面：

1）溢洪門現地控制單元選用某S7-400H系列的PLC，該類PLC具有一些冗余特點，提高了系統的可靠性。其具體表現于：第一，溢洪門現地控制單元PLC內含雙CPU模塊、雙電源模塊、雙通訊模塊的冗余配置。兩個CPU模塊以熱備方式運行，能夠保障系統的運行安全且可靠；第二，系統設備具有雙網絡特性，能夠充分保證網絡系統的可靠；第三，冗余開關電源，一旦其中一塊發生了故障，另一塊依然可以正常提供工作所需的電源，確保系統安全運行；

2）系統器件、部件的性能十分優越且通用性很強。系統現地控制箱的獨立PLC具有遠方/現地操作監控等功能，可以對整個電站的開閉進行單機操作、整體操作以及選孔操作。

4 結論

根據對溢洪門自動監控系統的闡述與說明，我們了解了溢洪門計算機監控系統完全遵循了可靠、先進、成熟極易適用的設計原則，而PLC在這其中的廣泛應用為實現現代化水電廠自動控制起到了進一步推動作用。

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