王春泉

摘 要：將PLC應(yīng)用在水電站中可以提升水電站的綜合自動(dòng)化水平，保證系統(tǒng)的運(yùn)行安全性與可靠性，減輕值班人員的工作壓力，提高工作效率，有著編程簡(jiǎn)單、接線容易、便于維護(hù)、使用方便、可靠性高的優(yōu)勢(shì)。本文主要以法國(guó)施耐德公司M340PLC為例分析PLC在水電站綜合自動(dòng)化中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：PLC；水電站自動(dòng)化；應(yīng)用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.05.128

自動(dòng)化是判斷水電站現(xiàn)代化水平的一個(gè)標(biāo)志，也是經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行的一項(xiàng)技術(shù)手段，在可編程控制器（PLC）的推行下，水電站自動(dòng)化水平得到了有效提升。多數(shù)水電站處于偏僻位置，條件十分艱苦，為此，必須要提升水電站的綜合自動(dòng)化水平，推行無人值班制度，降低運(yùn)營(yíng)成本，改善人員工作條件，PLC的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)各類邏輯運(yùn)算，且其硬件有著編程簡(jiǎn)單、接線容易、便于維護(hù)、使用方便、可靠性高的優(yōu)勢(shì)。以下就以法國(guó)施耐德公司M340PLC為例來分析PLC在水電站綜合自動(dòng)化中的應(yīng)用。

1 M340PLC的系統(tǒng)組成

M340PLC主要應(yīng)用于中小型水電站中的中壓與低壓水輪發(fā)電機(jī)組，考慮到我國(guó)中小型水電站的操作要求，實(shí)現(xiàn)了一次開關(guān)設(shè)備與控制設(shè)備的有機(jī)結(jié)合，可以同時(shí)提供保護(hù)、SCADA、同期與自動(dòng)控制功能，利用MPI網(wǎng)將幾臺(tái)機(jī)組聯(lián)合控制起來。

整個(gè)系統(tǒng)由PLC（CPU226、CPU216）、PC機(jī)、操作面板（OP3）、智能電量檢測(cè)儀表、調(diào)制解調(diào)器（MODEM）組成。其中，上位機(jī)可以監(jiān)視機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，包括成組顯示、開關(guān)量輸出顯示、趨勢(shì)曲線顯示、模擬量輸入顯示、工藝流程圖顯示，可以根據(jù)機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)來發(fā)布相關(guān)的控制命令。下位機(jī)應(yīng)用了PLC，軟件選擇M340 STEP7 Microwin32 ，可以實(shí)現(xiàn)各類機(jī)組的開關(guān)量控制、數(shù)據(jù)通信以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集的功能需求。

此外，采用觸摸屏或者OP3來完成模擬量顯示、開關(guān)量輸入顯示、開關(guān)導(dǎo)葉、參數(shù)設(shè)置操作功能，利用MODEM來查詢現(xiàn)場(chǎng)，操作人員只要借助網(wǎng)絡(luò)，即可隨時(shí)觀察系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，并發(fā)布遠(yuǎn)程指令。

2 軟件設(shè)計(jì)與通信實(shí)現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

上位機(jī)可以接受數(shù)據(jù)，并進(jìn)行處理，完成數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、報(bào)表打印等工作，利用Windows平臺(tái)中的VB軟件來變成，利用多線程技術(shù)、消息管理技術(shù)調(diào)用起系統(tǒng)函數(shù)，數(shù)據(jù)庫應(yīng)用了傳統(tǒng)的BDE引擎，網(wǎng)絡(luò)通信基于TCO/IP協(xié)議。

在PC機(jī)軟件設(shè)計(jì)上，采用下載器來下載并存儲(chǔ)PC程序，滿足系統(tǒng)重啟、數(shù)據(jù)恢復(fù)的操作要求，系統(tǒng)人機(jī)界面應(yīng)用了FXDUWIN編寫法，該種軟件可以及時(shí)反饋并處理機(jī)組自動(dòng)化元件信息、機(jī)組軸承溫度信號(hào)。

其中，PLC系統(tǒng)肩負(fù)著開關(guān)控制、初始化、復(fù)位控制、重啟等重要的任務(wù)，這均是通過編程來實(shí)現(xiàn)的。在開關(guān)控制方面，在系統(tǒng)接收到指令之后，即可判斷系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)出控制狀態(tài)；在初始化方面，可以完成對(duì)定時(shí)器、繼電器以及存儲(chǔ)器的初始化處理；在復(fù)位控制上，可以監(jiān)控設(shè)備能否處在正常的工作狀態(tài)中，如果出現(xiàn)故障，可以及時(shí)向PC反饋。

2.2 通信實(shí)現(xiàn)

M340 CPU具有多協(xié)議通信能力，網(wǎng)絡(luò)支持多個(gè)協(xié)議，如PPI協(xié)議、MPI協(xié)議、PROFIBUS協(xié)議，這都可以利用令牌環(huán)網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)，這都是基于字符產(chǎn)生的協(xié)議，具有一個(gè)偶校驗(yàn)位、起始位和停止位、通信幀由起始字符與結(jié)束字符組成，只要波特率吻合，那么協(xié)議可以在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行，相互之間不會(huì)產(chǎn)生影響。

在數(shù)據(jù)的傳送上，使用M340 PPI、MPI令牌來傳送，在水電站系統(tǒng)中，對(duì)于運(yùn)行的實(shí)時(shí)性有著嚴(yán)格的要求，只要具備初始化通訊權(quán)利，即可發(fā)出信息，實(shí)現(xiàn)完整循環(huán)，對(duì)于PPI令牌傳送網(wǎng)絡(luò)，需要合理利用令牌循環(huán)時(shí)間。對(duì)于6站邏輯環(huán)，如果每一個(gè)令牌都發(fā)送雙字值信息，那么需要花費(fèi)1s的循環(huán)時(shí)間，如果站數(shù)或者字節(jié)數(shù)增加，都會(huì)延長(zhǎng)循環(huán)時(shí)間。在M340網(wǎng)絡(luò)之中，循環(huán)時(shí)間可以根據(jù)令牌時(shí)間相加來計(jì)算，

在PLC方面，可以利用MPI口與上位機(jī)進(jìn)行通信，在上位機(jī)中安裝ISA卡，使用Delphi編寫程序，MPI可以為主/從通信或者主/主通信，而M340采用的是非公用連接，因此，每個(gè)CPU只要支持4個(gè)連接，即可滿足運(yùn)行需求。利用PLC通信，上位機(jī)可以隨時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，發(fā)出相關(guān)的控制指令，實(shí)現(xiàn)機(jī)組聯(lián)合運(yùn)行控制。

PLC與電量測(cè)量?jī)x表之間的通信采用自由口通信方式， PLC與MODEM通信采用RS485/ 232標(biāo)準(zhǔn)。自由口通信通過用戶程序可以控制M340CPU通信口的操作模式，實(shí)現(xiàn)用戶定義的通信協(xié)議連接多種智能設(shè)備。PLC定時(shí)讀取電量測(cè)量?jī)x表的電量信號(hào)，電量測(cè)量?jī)x表采用數(shù)據(jù)打包的形式向PLC發(fā)送數(shù)據(jù)， PLC接收完成后調(diào)用PC發(fā)送子程序?qū)LC采集到的現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)信號(hào)和相應(yīng)的控制信息向PC機(jī)發(fā)送。在有報(bào)警信號(hào)產(chǎn)生時(shí)，自動(dòng)調(diào)用撥號(hào)報(bào)警子程序，從而在實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)通信的同時(shí)，保證了通訊的可靠性。

3 結(jié)語

利用PLC系統(tǒng)來改造水電站之后，有效提升了水電站的綜合自動(dòng)化水平，保證了系統(tǒng)的運(yùn)行安全性與可靠性，減輕了值班人員的工作壓力，提高了工作效率，為電站無人值班工作的順利開展提供了系統(tǒng)支持。

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