PLC在瀑布溝水電站輔機控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

嚴映峰，趙小明，李天晨，吳麗云

（國電大渡河瀑布溝水力發(fā)電總廠，四川 漢源 625304）

PLC在瀑布溝水電站輔機控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

嚴映峰，趙小明，李天晨，吳麗云

（國電大渡河瀑布溝水力發(fā)電總廠，四川 漢源 625304）

隨著PLC（Programmable logic controller可編程邏輯控制器）工業(yè)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，由于其具有可靠性高，抗干擾能力強等優(yōu)點，PLC在水電站控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)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(yīng)用，以及輔機控制與監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)系等。

PLC；輔機；控制；應(yīng)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(fā)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(shè)6臺混流式機組，單機容量600 MW，多年平均發(fā)電量147.9億kW·h。水庫總庫容53.9億m3，具有不完全年調(diào)節(jié)能力。工程于2004年3月開工建設(shè)，2009年底首批兩臺機組發(fā)電，計劃2010年全部投產(chǎn)。本電站按無人值班原則設(shè)計，采用計算機監(jiān)控系統(tǒng)控制，由流域梯級調(diào)度中心統(tǒng)一調(diào)度運行?；凇盁o人值班”（少人值守）的要求，對電站自動化控制系統(tǒng)的要求很高。

1 PLC在瀑布溝水電站輔機控制中的應(yīng)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(shè)備自動控制和公用輔助設(shè)備自動控制，這類控制在自動控制范疇內(nèi)屬于順序控制系統(tǒng)，每個順序控制都是按照生產(chǎn)流程的要求及生產(chǎn)設(shè)備的特點來設(shè)定，采用PLC將每套系統(tǒng)單獨進行控制可以減少監(jiān)控系統(tǒng)PLC的負擔(dān)，使每套系統(tǒng)相對獨立，方便維護，增加了整個系統(tǒng)的可靠性。

1.1 機組輔助設(shè)備自動控制部分

機組輔助設(shè)備自動控制部分主要包括調(diào)速器油壓裝置和漏油裝置控制系統(tǒng)、圓筒閥油壓裝置及漏油裝置控制系統(tǒng)、頂蓋排水控制系統(tǒng)、水導(dǎo)外循環(huán)控制系統(tǒng)（2、4、6號機組）、發(fā)電機推力外循環(huán)控制系統(tǒng)、機組技術(shù)供水控制系統(tǒng)、主變技術(shù)供水及冷卻器控制系統(tǒng)等。

1.2 公用輔助設(shè)備自動控制部分

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

以上各系統(tǒng)全部采用PLC單獨控制，PLC根據(jù)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(zhí)行將計算結(jié)果輸出對各控制對象進行控制，同時將程序執(zhí)行情況和故障信號等上送監(jiān)控系統(tǒng)，這樣即減少了監(jiān)控系統(tǒng)的負擔(dān)，又使監(jiān)控系統(tǒng)對全廠設(shè)備的運行情況都得到了控制。全廠采用分層控制方式，結(jié)構(gòu)清楚，可靠性提高。

2 PLC控制系統(tǒng)的特點

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

（1）PLC是在繼電器、接觸器以及由中、小規(guī)模的集成電路及其它電氣元件的復(fù)雜控制系統(tǒng)裝置上發(fā)展起來的一種新型控制器，采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)和嚴格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。從PLC的外電路來說，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點已減少到數(shù)百甚至數(shù)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(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。

（2）由于PLC易與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一個整體，PLC用存儲邏輯代替?zhèn)鹘y(tǒng)接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)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(yè)環(huán)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(zhí)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(yīng)用

（1）瀑布溝電站輔機控制系統(tǒng)采用AB公司ControlLogix系列產(chǎn)品，除個別系統(tǒng)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(tǒng)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(gòu)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、I/O等設(shè)備的狀態(tài)，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(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)，等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)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(gòu)成冗余系統(tǒng)，這樣即使某個CPU出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行，不影響設(shè)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(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開關(guān)量輸入（DI）、開關(guān)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(shè)備之間提供信息交換的路徑，使全廠形成一個統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)分散集中控制。瀑布溝電站輔機控制系統(tǒng)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(shù)據(jù)交換全部通過通訊模塊來實現(xiàn)，通訊模塊還與監(jiān)控系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換，將各系統(tǒng)的實時狀態(tài)上送監(jiān)控系統(tǒng)，同時通訊模塊還與第三方設(shè)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(shè)備狀態(tài)及故障信息等，方便運行維護。

瀑布溝電站輔控系統(tǒng)PLC配置如圖1所示：

圖1 瀑布溝輔控系統(tǒng)PLC配置圖

（3）輔機控制與監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)系

由于瀑布溝電站監(jiān)控系統(tǒng)的LCU也選用的是AB公司ControlLogix系列產(chǎn)品，采用同一廠家的PLC可以避免由于通訊協(xié)議不同造成通訊不可靠等，所以瀑布溝電站輔機控制系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)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(wǎng)絡(luò)進行通訊，同時采用雙網(wǎng)冗余通訊方式增加可靠性。傳統(tǒng)輔控與監(jiān)控之間大多采用硬接線方式進行數(shù)據(jù)交換，使整套系統(tǒng)比較復(fù)雜，同時受電纜數(shù)量的限制不能將所有信號上送監(jiān)控系統(tǒng)，使有些信號必須在現(xiàn)場才可以看到，監(jiān)控系統(tǒng)無法知道現(xiàn)場設(shè)備情況。采用通訊方式與監(jiān)控通訊數(shù)據(jù)傳輸量大，PLC將現(xiàn)場設(shè)備運行狀態(tài)信號（包括油泵電機的運行和停止狀態(tài)、泵處在工作和備用狀態(tài)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(shù)的統(tǒng)計結(jié)果等全部上送至監(jiān)控系統(tǒng)，使監(jiān)控系統(tǒng)能全面的掌握每套系統(tǒng)的運行情況，同時減少了輔控系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)之間的電纜連接，使整套系統(tǒng)簡單，可靠性高，方便維護，同時在以后設(shè)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(jiān)控系統(tǒng)對各套系統(tǒng)的控制對象進行單點控制，方便事故處理。

4 結(jié)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(shè)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(chǔ)。但我們也應(yīng)當看到，我們對PLC的應(yīng)用還是比較初級的。隨著技術(shù)的提高，我們應(yīng)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(chǎn)管理工作。