PLC在水輪發(fā)電機自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用問題研究

王智慧 朱俊杰

摘要：水輪發(fā)電機是水電廠中的重要組成部分，在目前自動控制系統(tǒng)不斷完善的同時，PLC技術(shù)也在其中發(fā)揮著重要作用。本文在介紹PLC技術(shù)的結(jié)構(gòu)、原理和功能、特點的基礎(chǔ)上，分析PLC在水輪發(fā)電機自動控制系統(tǒng)中的具體應(yīng)用情況，以供參考。

關(guān)鍵詞：PLC；水輪發(fā)電機；自動控制

1引言

近年來隨著全球經(jīng)濟的快速發(fā)展，全球資源緊缺和環(huán)境惡化問題不斷加劇，因此各國都加大了對水能、太陽能、風能等可再生資源的開發(fā)和利用力度，其中我國的對于水能的開發(fā)和利用技術(shù)較為成熟，且水電站的建設(shè)數(shù)量和規(guī)模也在不斷增加，水輪機組發(fā)電在并網(wǎng)中所占的比例不斷提高。此外，在目前計算機技術(shù)以及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和進步過程中，目前在水電站的運行和管理中也基本實現(xiàn)了自動化運行和管理控制，代替了傳統(tǒng)的人工操作為主的操作和控制方式，不僅節(jié)省了人力、降低了人工勞動強度，而且提高了水電站的運行和管理效率和質(zhì)量。其中在水輪發(fā)電機的自動控制系統(tǒng)中，PLC的應(yīng)用大大提高了其自動化水平，其具有較強的邏輯功能和較為靈活的控制方式，而且具有較高的可靠性，大水輪發(fā)電機自動控制系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。

2 PLC技術(shù)概述

PLC技術(shù)是隨著計算機技術(shù)的發(fā)展而不斷發(fā)展演化而來的一種工業(yè)控制裝置，其主要作用是進行邏輯控制和數(shù)據(jù)處理，是目前自動化技術(shù)的三個支柱技術(shù)之一，在目前的工業(yè)控制領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用。PLC是可編程邏輯控制器的簡稱，其主要由CPU、電源、存儲器、I/O電力以及接口電路等組成，其實質(zhì)是一種可編程的存儲器，可以用于其內(nèi)部存儲程序、執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)、算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式“輸入-輸出”方式，實現(xiàn)對工業(yè)生產(chǎn)中各種機械以及生產(chǎn)過程進行控制。在其組成結(jié)構(gòu)中，CPU即中央處理器的主要作用就是進行邏輯和數(shù)學運算，對PLC的整個工作進行協(xié)調(diào)。而存儲器則主要是存儲系統(tǒng)的監(jiān)控、邏輯變量、信息存儲和用戶程序等。接口電路是由鍵盤和顯示接口進行連接、I/O接口與通信接口進行連接而組成的現(xiàn)場設(shè)備和外圍設(shè)備等。輸入電路的作用就是對輸入信號進行隔離和電平轉(zhuǎn)化，而輸出電路則是對輸出的結(jié)果起到放大與電平轉(zhuǎn)化的作用，因而可以起到對現(xiàn)場設(shè)備進行驅(qū)動的作用。

3水輪發(fā)電機自動控制系統(tǒng)

近年來隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們的生活水平有了較大的提高，而且生產(chǎn)方式也有了較大的改變，不僅對電能的需求量逐漸增加，而且對于電能的依賴程度也不斷增強。在我國進行能源結(jié)構(gòu)調(diào)整以及電力企業(yè)改革的過程中，水輪發(fā)電機組在電力系統(tǒng)中的作用越來越重要，并對于維持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性運行起到重要作用。在水電站的日常運行過程中，為了維持其供電的穩(wěn)定性，傳統(tǒng)的控制方式中需要較多的工作人員對水輪發(fā)電機的運行情況進行檢查與調(diào)節(jié)和控制，不僅耗費較多的人力和物力，而且增加了水電站的運行費用。但是隨著水字畫信息技術(shù)以及通訊技術(shù)等先進技術(shù)的發(fā)展以及在水輪發(fā)電機組中的應(yīng)用，尤其是PLC技術(shù)的應(yīng)用，實現(xiàn)了水段發(fā)電機的自動控制，通過對傳統(tǒng)控制方式中的問題和不足進行總結(jié)，并利用PLC進行技術(shù)改造，從而實現(xiàn)對水輪發(fā)電機的自動控制。目前的水輪發(fā)電機自動控制系統(tǒng)主要可以實現(xiàn)能夠根據(jù)用電負荷對系統(tǒng)運行中發(fā)電機的電壓、轉(zhuǎn)速、功率等參數(shù)進行自動調(diào)節(jié)，而且實現(xiàn)對系統(tǒng)保護設(shè)備等裝置的自動控制，并且促進了水電站運行中無人值班模式的推廣和應(yīng)用，確保發(fā)電機按照PLC編程的邏輯進行自動運轉(zhuǎn)。

4 PLC在水輪發(fā)電機自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

在水電廠中對水輪發(fā)電機的控制主要是對有功調(diào)節(jié)和無功調(diào)節(jié)兩個方面，而且水輪發(fā)電機的啟停操作也需要嚴格按照一定的順序進行，屬于典型的順序和邏輯控制系統(tǒng)。所以在傳統(tǒng)的水輪發(fā)電機控制系統(tǒng)中采用的是中間繼電器來實現(xiàn)控制效果的，但是此種方式組成的控制系統(tǒng)較為復(fù)雜且檢修與維護不方便，而PLC本身具有較強的邏輯功能和較為靈活的控制方式，還具有運行可靠和檢修維護方便的特點，所以已經(jīng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的中間繼電器應(yīng)用于水輪發(fā)電機自動控制系統(tǒng)中。下面以某水電廠中PLC在水輪發(fā)電機自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用情況進行介紹。

4.1在自動監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

在某水電廠中，其主要采用的是分散型自動監(jiān)控系統(tǒng)，主要就是采用現(xiàn)場總線技術(shù)進行就地的儀表和設(shè)備控制，其是通過PLC以及遠程I/O來實現(xiàn)遠程控制的，而且此監(jiān)控系統(tǒng)與水輪發(fā)電系統(tǒng)中的其他保護系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)、勵磁系統(tǒng)、主變控制單元、機組測溫單元以及技術(shù)供水等系統(tǒng)通過自動裝置接口進行連接，并通過遠程I/O以及現(xiàn)場總線的方式實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)對上述系統(tǒng)中各種數(shù)據(jù)和信息的收集，進而可以通過對數(shù)據(jù)的整理、分析對系統(tǒng)運行中的異常情況進行判斷。在整個系統(tǒng)中采用了PLC控制器來是的實時監(jiān)控以及測量功能得以實現(xiàn)。

4.2在閘門自動控制中的應(yīng)用

在水輪發(fā)電機系統(tǒng)中的閘門控制中，傳統(tǒng)的控制方式就是通過模擬設(shè)備對閘門的位置進行測量，然后將測量信號通過相應(yīng)的線路進行傳輸，因此不僅需要較多的測量和信號傳輸線路，而且具有較低的運行可靠性。而在此水電廠的閘門控制系統(tǒng)中，同樣采用現(xiàn)場總線技術(shù)，由相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)編碼器來對閘門位置進行測量，而且測量信號的傳輸是通過數(shù)字信號的方式進行傳輸，大大減少了系統(tǒng)所用現(xiàn)場接線數(shù)量，提高了系統(tǒng)的可靠性，而且在此系統(tǒng)中采用的西門子公司的S7-400PLC控制器來實現(xiàn)編程控制的。

4.3在泵站自動化監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

在水電廠的泵站自動化監(jiān)控系統(tǒng)中，PLC是此系統(tǒng)的基本RTU單元，其主要作用就是進行測量和控制作用，而且在水電廠的分布式控制系統(tǒng)中，PLC還可以作為此系統(tǒng)中的節(jié)點與中心控制節(jié)點進行通訊。而且PLC與此中心控制節(jié)點進行配合來實現(xiàn)對本站運行中的各種參數(shù)的集中處理，以及通過圖形的形式對水位進行顯示、對抽水進行自動定時控制、并可進行自動報警和數(shù)據(jù)存儲等功能。正是由于PLC的應(yīng)用才使得此系統(tǒng)的運行滿足監(jiān)測、控制以及現(xiàn)代化管理的要求，也提高了此系統(tǒng)運行的可靠性。

此外，在水電廠水輪發(fā)電機中選用PLC的過程中，應(yīng)確保此電站中PLC的型號統(tǒng)一，在對其輸入/輸出單元進行選取時應(yīng)確保留有一定的裕量。在PLC的安裝和應(yīng)用的過程中，應(yīng)對其軟硬件采取相應(yīng)的抗干擾保護措施，而且確保PLC裝置中電池的壽命符合設(shè)計和使用要求。

5結(jié)語

在目前微電子技術(shù)和計算機技術(shù)快速發(fā)展的背景下，PLC在我國工業(yè)領(lǐng)域中各個行業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用，而且其在水電廠水輪發(fā)電機自動控制系統(tǒng)中也發(fā)揮著重要作用，推動水電廠管理中真正實現(xiàn)無人操作和無人值班的管理模式，并且對其控制系統(tǒng)的操作流程進行簡化，降低了人工勞動強度和人工成本，提高水輪發(fā)電機的運行效率和運行可靠性，提高了水電廠的經(jīng)濟和社會效益。

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