基于LH_TX02與VersaMax PLC的小型水電站自動化系統(tǒng)設計

陳國平，蔡 勇，阮德超，徐述輝，周 聰

（1.武漢工程大學 湖北 武漢 430073；2.武漢聯(lián)華電氣有限責任公司 湖北 武漢 430223）

目前，我國中小型水電市場巨大，自動化程度越來越高[1]，“PLC+通信服務器+操作站”的機組控制模式在中小型水電站的運用非常廣泛。它結構簡單，操作方便，簡化了安裝接線，便于維護且經(jīng)濟可行，彌補了傳統(tǒng)輔助設備在自動控制方面的不足。

三佳水電站于云南華寧縣華溪鎮(zhèn)大興寨以內(nèi)，距縣城36 km，總裝機規(guī)模3×4 500 kW，4500小時的年利用時間，6 000萬度的年發(fā)電量。2009年9月左右該電站建成投產(chǎn)，結合以往電站項目中通信方面的經(jīng)驗，編寫了LH_TX02通信服務器跟下位機之間的通信程序。本文主要介紹基于LH_TX02通信服務器與GE VersaMax PLC的三佳水電站自動化系統(tǒng)。

1 上位機界面

現(xiàn)場有三臺機組LCU屏，一個公用LCU屏。每面屏柜都裝有一個通信服務器加一套GE小型PLC。圖1是三佳水電站#2機組監(jiān)控網(wǎng)絡圖，界面硬件基于維綸通MT8000觸摸屏。

圖1 機組監(jiān)控畫面Fig.1 Unit monitor screen

LH_TX02通信服務器是Linux操作系統(tǒng)，Linux系統(tǒng)相對于windows在工業(yè)運用中有顯著優(yōu)點，其代碼開源免費，安全穩(wěn)定，資源占用率小，發(fā)熱少，無需風扇等部件。其在win平臺下工程配置界面如圖2所示。

圖2 通信服務器主界面Fig.2 Main interface of communication server

2 程序?qū)崿F(xiàn)

1）PLC 通信處理

圖3為PLC通信處理方面的流程圖。

圖3 PLC通信處理流程圖Fig.3 Flow chart of PLCcommunication process

通信處理程序段如圖4所示。

圖4 通信處理程序段Fig.4 Block of PLCcommunication process

PLC程序中變量打包歸總到指定內(nèi)部寄存器中，如圖4所示，所有的開關量從I001開始，然后128個開關量存入到從R100開始的8個16位內(nèi)部寄存器中，通信服務器將直接讀取R100開始的8個寄存器[4-5]。

對于有些需要屏蔽的變量，可用上圖第4步中邏輯與指令來屏蔽。機組空轉(zhuǎn)狀態(tài)標志為M31，由于機組空轉(zhuǎn)有殘壓，殘壓不穩(wěn)定會導致勵磁、調(diào)速器等誤報相應PT故障，這些信號是不必要的，用邏輯與指令即可屏蔽掉。

通信服務器與其他設備（如溫度、調(diào)速器、保護、計量表等）的通信故障信號，在機組LCU屏（現(xiàn)地控制單元）中需要實時反映出來，通信服務器把數(shù)據(jù)以字節(jié)形式寫入到PLC內(nèi)部寄存器R300中，如上圖第8步中程序段所示，將16位寄存器R300的低8位數(shù)據(jù)離散到PLC的中間繼電器中，方便供觸摸屏讀取。

2）遙控命令處理

在遙控命令處理中，遙控操作有兩種模式，一種模式為操作人員直接在中控室后臺監(jiān)控機上下發(fā)遙控命令，經(jīng)過以太網(wǎng)將命令下達到通信服務器，由通信服務器回寫一個模擬值到PLC指定的內(nèi)部寄存器中，經(jīng)過PLC的邏輯判斷，判斷指令是否正確。如果正確則執(zhí)行，否則不執(zhí)行。

遙控命令處理流程圖如圖5所示。

圖5 遙控命令處理流程圖Fig.5 Flow chart of remote control command processing

遙控命令處理程序段如圖6所示。

圖6 遙控命令處理程序段Fig.6 Block of remote control command handlers

另一種模式是操作人員在現(xiàn)地LCU控制柜上的觸摸屏上操作，操作人員操作觸摸屏上的按鈕，觸摸屏也寫入同樣值到PLC內(nèi)部R寄存器中。

3）通信狀態(tài)檢測

PLC作為機組控制的靈魂，接收到的命令的正確性尤為重要。因為通信服務器故障或外部干擾等原因會導致其接收到錯誤的遙控命令，是很致命的[6]。

在下段程序中，用了R232與R408兩個內(nèi)部可讀寫寄存器。當PLC第一次運行時，分別給它們賦不同的值，通信服務器把讀上來R232中的值回寫到R408中，通信正常則兩個值相等，R232中的值自加1，輸出通信正常保持位。如果通信中斷，則斷開通信正常保持位。在后面程序中將不再接受通信服務器傳來的任何消息。

PLC與通信服務器之間通信判斷流程圖如圖7所示。

圖7 PLC與通信服務器之間通信判斷流程圖Fig.7 Flow chart of Communication judgment between PLC and the communication server

PLC與通信服務器之間通信判斷梯形圖如圖8所示。

3 結 論

圖8 PLC與通信服務器之間通信判斷梯形圖Fig.8 Ladder diagram of communication to judge between PLCand the communication server

本文首先介紹了自主開發(fā)的通信服務器LH_TX02，然后從PLC通信處理、遙控命令處理和通信狀態(tài)檢測等方面實現(xiàn)了與下位機的通信連接。經(jīng)過長期運行證明，采用了LH_TX02通信服務器，并在PLC梯形圖程序中加入通信判斷程序后的水電站自動化系運行良好，值得推廣。

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