PLC在中小型水電站監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用與研究

吳佩澤

華能甘肅水電開發(fā)有限公司 甘肅 蘭州730070

1 水電站監(jiān)控系統(tǒng)簡介

對于一個中小型水電站的監(jiān)控管理系統(tǒng)來說，其監(jiān)控系統(tǒng)還存在自動化技術(shù)不全面、運行不穩(wěn)定等因素。水電站控制系統(tǒng)具有有功和無功調(diào)節(jié)的作用，其機組啟停機操作要按照規(guī)范化的制度形式開展，這也是標(biāo)準(zhǔn)的邏輯控制系統(tǒng)。與之前的中間繼電器相比，有諸多優(yōu)點，但其控制系統(tǒng)具有復(fù)雜和維修困難也有所提升。而PLC技術(shù)自身邏輯功能出色，控制簡便，具有較高的穩(wěn)定性和可靠性，能夠取代傳統(tǒng)的繼電器控制，應(yīng)用于我國水電站的調(diào)節(jié)系統(tǒng)當(dāng)中，從而提升了水電站的工作效率。

1.1 中小型綜合水電站應(yīng)用計算機安全監(jiān)控管理系統(tǒng)軟件設(shè)計基本原則 電站采用計算機遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)，系統(tǒng)按"無人值班"(少于一人同時值守)的基本原則設(shè)計進行系統(tǒng)設(shè)計，既同時可實現(xiàn)站內(nèi)遠程監(jiān)控，又有可能同時實現(xiàn)遠程站外監(jiān)控。系統(tǒng)高度可靠，實時性好，抗干擾能力強，適應(yīng)現(xiàn)場工作環(huán)境。選用開放式、全方位分布的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)硬件配置和主要設(shè)備組件選型均能適應(yīng)我國計算機行業(yè)發(fā)展迅速的應(yīng)用特點，具有好的選進性和從前向后性的兼容性，充分故障保護本機用戶的正常投資。

軟件設(shè)計采用系統(tǒng)模塊化、結(jié)構(gòu)化軟件設(shè)計，保證系統(tǒng)的應(yīng)用可擴性，滿足系統(tǒng)功能不斷增加及系統(tǒng)規(guī)模不斷擴充的應(yīng)用需要。采用成熟的、可靠的、標(biāo)準(zhǔn)化的企業(yè)硬件、軟件、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。監(jiān)控管理系統(tǒng)工作響應(yīng)速度快，可靠性和資源可用率高，可維護性好。監(jiān)控管理系統(tǒng)人機接口操作功能強，適應(yīng)大型電廠設(shè)備運行人員習(xí)慣性的操作。

1.2 中小型綜合水電站采用計算機安全監(jiān)控管理系統(tǒng)硬件配置工作模式(1)采用集中式整體結(jié)構(gòu)。該通信模式兩層之間的無線網(wǎng)絡(luò)連接結(jié)構(gòu)主要是基于現(xiàn)場通信總線或以太網(wǎng)總線聯(lián)接的一個實時視頻通訊無線網(wǎng)絡(luò)。其主要特點之一就是所有網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控軟件功能在在同一臺虛擬主機上同時運行，簡單、可靠、造價低、投資少。適用于對工程監(jiān)控管理系統(tǒng)性能要求不高的小型地下水電站工程綜合管理自動化監(jiān)控系統(tǒng)。

(2)采用星形網(wǎng)/網(wǎng)狀環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計模式。采用PLC直接總線連接以太網(wǎng)的全方位開放、分層、分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要適用于通信協(xié)議復(fù)雜，協(xié)議接口數(shù)量比較多而且PLC通信接口占用數(shù)量比較少，對水電監(jiān)控管理系統(tǒng)性能要求較高的中小型地下水電站群的綜合利用自動化監(jiān)控系統(tǒng)。

2 PLC在中小型地下水電站安全監(jiān)控管理系統(tǒng)設(shè)計中的重要應(yīng)用

2.1 中小型水電站監(jiān)控系統(tǒng)概述A 水電站為中小型水電站，在該水電站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計過程中，主要針對分站層設(shè)備，采用PLC技術(shù)，根據(jù)電站安全性能需求，進行了水電站現(xiàn)場自動化現(xiàn)場控制系統(tǒng)組件。

2.2 PLC在中小型水電站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計目的 以中小型水電站閘門監(jiān)控為例，在中小型水電站監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用過程中，現(xiàn)場控制單元PLC應(yīng)用的根本要求為閘門閉合控制。一般來說，PLC控制單元需要依據(jù)前期設(shè)置的程序控制電磁閥與電源模塊的連接或脫離，達到閘門升降或者同位糾偏控制的目的；而中小型水電站水位監(jiān)測主要通過上、下游污水位置系統(tǒng)安裝的上游水位測量傳感器，通過一個PLC的模擬量數(shù)據(jù)采集處理模塊與上游水位測量傳感器、監(jiān)控器和系統(tǒng)應(yīng)用終端的接口連接，根據(jù)水位變化對中小型水電站閘門進行控制；在中小型水電站閘門現(xiàn)場控制模塊，主要通過閘門兩端閘門開度儀與PLC模塊的并聯(lián)。以數(shù)字量的方式進行傳輸，從而達到閘門全閉合啟動控制、閘門糾偏、閘門下滑防控預(yù)警等處理。

此外，在現(xiàn)場實時閘門控制范圍監(jiān)控的基礎(chǔ)上，若閘門現(xiàn)場控制單元PLC與監(jiān)控中心間出現(xiàn)傳輸中斷現(xiàn)象。通過現(xiàn)場控制單元PLC的運行，可實現(xiàn)自動系統(tǒng)診斷與人工共同作業(yè)，從而保證現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境的穩(wěn)定、安全。

2.3 PLC在中小型水電站監(jiān)控系統(tǒng)中的設(shè)計 針對中小型水電站監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)場控制設(shè)備類型多、信號復(fù)雜、電磁干擾強度大、控制系統(tǒng)濕度大、堵塞風(fēng)險大的特點。在PLC控制設(shè)備選擇過程中，結(jié)合實際水電站控制需求，可選擇美國通用電氣公司生產(chǎn)的90-30系列產(chǎn)品，或者西門子企業(yè)生產(chǎn)的S7-301系列產(chǎn)品。以西門子S7-301產(chǎn)品為例，其內(nèi)部模塊具有電源中斷自動控制、pid自動控制、間接尋址、結(jié)構(gòu)化編程、軸對點定位控制模塊、c方言語言協(xié)議預(yù)處理控制模塊、genius控制模塊、basic控制模塊、高速自動計數(shù)器控制模塊等幾個核心模塊。不僅可以完成復(fù)雜的指令，而且可以通過簡化啟動、故障自動診斷，作為單獨的PLC場制單元進行獨立控制。

在實際應(yīng)用過程中，可選擇IC694zao CPU360型CPU 模塊，其內(nèi)部具有4KI/O儲存區(qū)、240.0K可配置內(nèi)存、SNP通信串口、670mA 電源及RS-485端口?？梢酝ㄟ^TCP/IPMODBUS 協(xié)議接口的基礎(chǔ)上，與PROFIBUSDOP現(xiàn)場總線相連，保證遠程高速網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸。

3 基于PLC技術(shù)中小型水電站監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用效益分析

在實際監(jiān)測應(yīng)用發(fā)展過程中，基于大型PLC監(jiān)測技術(shù)的中小型水電站現(xiàn)場監(jiān)控監(jiān)測系統(tǒng)主要具有實時現(xiàn)場狀態(tài)數(shù)據(jù)采集、記錄、分析以及監(jiān)測的四大功能，其系統(tǒng)可通過電機壓力齒輪脈動、機架齒輪振動、大軸齒輪擺動三種參數(shù)的實時檢測，提取系統(tǒng)關(guān)鍵性能參數(shù)，確定性能預(yù)警檢測數(shù)值，保證中小型水電動力機組現(xiàn)場狀態(tài)性能預(yù)警檢測信號的及時、準(zhǔn)確性地發(fā)出；而系統(tǒng)通過中小型水電動力機組現(xiàn)場狀態(tài)預(yù)警檢測監(jiān)控系統(tǒng)實際運行，也成為可以直接依據(jù)現(xiàn)場狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)單元采集PLC內(nèi)部監(jiān)測數(shù)據(jù)，結(jié)合以往監(jiān)測數(shù)據(jù)采集記錄，進行系統(tǒng)實際應(yīng)用運行性能評估分析，可為后期水電動力機組性能優(yōu)化系統(tǒng)運行及公共部分水電功能區(qū)的擴展應(yīng)用提供有效的技術(shù)指導(dǎo)。

結(jié)束語

綜上所述，探討PLC在中小型民用水電站安全監(jiān)控管理系統(tǒng)建設(shè)中的實際應(yīng)用對中小型水電站的持續(xù)發(fā)展建設(shè)具有重要的推動作用。因此要進一步加強PLC在中小型水電站監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用，這樣才能提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。