基于LH_TX02與VersaMax PLC的小型水電站自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陳國(guó)平，蔡 勇，阮德超，徐述輝，周 聰

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

目前，我國(guó)中小型水電市場(chǎng)巨大，自動(dòng)化程度越來(lái)越高[1]，“PLC+通信服務(wù)器+操作站”的機(jī)組控制模式在中小型水電站的運(yùn)用非常廣泛。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，簡(jiǎn)化了安裝接線，便于維護(hù)且經(jīng)濟(jì)可行，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)輔助設(shè)備在自動(dòng)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(jī)規(guī)模3×4 500 kW，4500小時(shí)的年利用時(shí)間，6 000萬(wàn)度的年發(fā)電量。2009年9月左右該電站建成投產(chǎn)，結(jié)合以往電站項(xiàng)目中通信方面的經(jīng)驗(yàn)，編寫了LH_TX02通信服務(wù)器跟下位機(jī)之間的通信程序。本文主要介紹基于LH_TX02通信服務(wù)器與GE VersaMax PLC的三佳水電站自動(dòng)化系統(tǒng)。

1 上位機(jī)界面

現(xiàn)場(chǎng)有三臺(tái)機(jī)組LCU屏，一個(gè)公用LCU屏。每面屏柜都裝有一個(gè)通信服務(wù)器加一套GE小型PLC。圖1是三佳水電站#2機(jī)組監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)圖，界面硬件基于維綸通MT8000觸摸屏。

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

LH_TX02通信服務(wù)器是Linux操作系統(tǒng)，Linux系統(tǒng)相對(duì)于windows在工業(yè)運(yùn)用中有顯著優(yōu)點(diǎn)，其代碼開源免費(fèi)，安全穩(wěn)定，資源占用率小，發(fā)熱少，無(wú)需風(fēng)扇等部件。其在win平臺(tái)下工程配置界面如圖2所示。

圖2 通信服務(wù)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(guān)量從I001開始，然后128個(gè)開關(guān)量存入到從R100開始的8個(gè)16位內(nèi)部寄存器中，通信服務(wù)器將直接讀取R100開始的8個(gè)寄存器[4-5]。

對(duì)于有些需要屏蔽的變量，可用上圖第4步中邏輯與指令來(lái)屏蔽。機(jī)組空轉(zhuǎn)狀態(tài)標(biāo)志為M31，由于機(jī)組空轉(zhuǎn)有殘壓，殘壓不穩(wěn)定會(huì)導(dǎo)致勵(lì)磁、調(diào)速器等誤報(bào)相應(yīng)PT故障，這些信號(hào)是不必要的，用邏輯與指令即可屏蔽掉。

通信服務(wù)器與其他設(shè)備（如溫度、調(diào)速器、保護(hù)、計(jì)量表等）的通信故障信號(hào)，在機(jī)組LCU屏（現(xiàn)地控制單元）中需要實(shí)時(shí)反映出來(lái)，通信服務(wù)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(tái)監(jiān)控機(jī)上下發(fā)遙控命令，經(jīng)過(guò)以太網(wǎng)將命令下達(dá)到通信服務(wù)器，由通信服務(wù)器回寫一個(gè)模擬值到PLC指定的內(nèi)部寄存器中，經(jīng)過(guò)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(cè)

PLC作為機(jī)組控制的靈魂，接收到的命令的正確性尤為重要。因?yàn)橥ㄐ欧?wù)器故障或外部干擾等原因會(huì)導(dǎo)致其接收到錯(cuò)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(gè)內(nèi)部可讀寫寄存器。當(dāng)PLC第一次運(yùn)行時(shí)，分別給它們賦不同的值，通信服務(wù)器把讀上來(lái)R232中的值回寫到R408中，通信正常則兩個(gè)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(wù)器傳來(lái)的任何消息。

PLC與通信服務(wù)器之間通信判斷流程圖如圖7所示。

圖7 PLC與通信服務(wù)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(wù)器之間通信判斷梯形圖如圖8所示。

3 結(jié) 論

圖8 PLC與通信服務(wù)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(wù)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(cè)等方面實(shí)現(xiàn)了與下位機(jī)的通信連接。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行證明，采用了LH_TX02通信服務(wù)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(dòng)化系運(yùn)行良好，值得推廣。

[1]徐錦才.小型水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)[M].南京：河海大學(xué)出版社，2005．

[2]陳國(guó)平，阮德超，胡文軍，等.大冶鐵礦尖林山車間井下通風(fēng)系統(tǒng)改造研究[J].武漢工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2013（6）:80-84.CHEN Guo-ping，RUAN De-chao，HU Wen-jun，et al.Study on transformation of Daye iron mine shaft ventilation system[J].Journal of Wuhan Engineering University，2013（6）:80-84.

[3]呂玲，陳國(guó)平，阮德超.基于歐姆龍CP1H PLC和組態(tài)王的射流泵測(cè)試系統(tǒng)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2012（22）:89-91.LV Ling，CHEN Guo-ping，RUAN De-chao.Jet pump testing system based on omron CP1H PLC and kingview[J].Electronic design engineering，2012（22）:89-91.

[4]阮德超，呂玲，徐述輝.基于Kingview與NC608的水電站監(jiān)控系統(tǒng)雙機(jī)熱備設(shè)計(jì) [J].中國(guó)農(nóng)村水利水電，2013（9）:143-146.RUAN De-chao，LV Ling，XU Shu-hui.Two-Computer commutative hot standby monitoring system in hydropower stations based on kingview and NC608[J].Chinese Rural Water Conservancy and Hydropower，2013（9）:143-146.

[5]陳豪杰.阿薩漢水電站自動(dòng)控制系統(tǒng)的完善[J].小水電，2012（5）:64-67.CHEN Hao-jie.Improvement of automatic control systems of asahan hydropower station[J].Small Hydropower，2012（5）:64-67.

[6]王衛(wèi)衛(wèi).水電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的可靠性分析[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2012（20）:71-72.WANG Wei-wei.Reliability analysis of hydropower station synthetic automation system[J].Industry and Technology Forum，2012，（20）:71-72.