PLC在瀑布沟水电站辅机控制系统中的应用

严映峰，赵小明，李天晨，吴丽云

（国电大渡河瀑布沟水力发电总厂，四川 汉源 625304）

PLC在瀑布沟水电站辅机控制系统中的应用

严映峰，赵小明，李天晨，吴丽云

（国电大渡河瀑布沟水力发电总厂，四川 汉源 625304）

随着PLC（Programmable logic controller可编程逻辑控制器）工业控制技术的不断发展，由于其具有可靠性高，抗干扰能力强等优点，PLC在水电站控制系统中得到了广泛的应用，大大提高了水电站的自动化水平，为水电站的自动控制和无人值班提供了可靠的保障。主要介绍了PLC在瀑布沟电站辅机控制中的应用，以及辅机控制与监控系统的关系等。

PLC；辅机；控制；应用；

0 概述

瀑布沟水电站位于大渡河中游，地处四川省西部汉源和甘洛两县交界处，是一座以发电为主，兼有防洪、拦沙等综合效益的特大型水利水电枢纽工程。该电站装设6台混流式机组，单机容量600 MW，多年平均发电量147.9亿kW·h。水库总库容53.9亿m3，具有不完全年调节能力。工程于2004年3月开工建设，2009年底首批两台机组发电，计划2010年全部投产。本电站按无人值班原则设计，采用计算机监控系统控制，由流域梯级调度中心统一调度运行。基于“无人值班”（少人值守）的要求，对电站自动化控制系统的要求很高。

1 PLC在瀑布沟水电站辅机控制中的应用范围

瀑布沟电站的辅机自动控制部分主要包括机组辅助设备自动控制和公用辅助设备自动控制，这类控制在自动控制范畴内属于顺序控制系统，每个顺序控制都是按照生产流程的要求及生产设备的特点来设定，采用PLC将每套系统单独进行控制可以减少监控系统PLC的负担，使每套系统相对独立，方便维护，增加了整个系统的可靠性。

1.1 机组辅助设备自动控制部分

机组辅助设备自动控制部分主要包括调速器油压装置和漏油装置控制系统、圆筒阀油压装置及漏油装置控制系统、顶盖排水控制系统、水导外循环控制系统（2、4、6号机组）、发电机推力外循环控制系统、机组技术供水控制系统、主变技术供水及冷却器控制系统等。

1.2 公用辅助设备自动控制部分

公用辅助设备自动控制部分主要包括检修维护低压空压机控制系统、制动用气低压空压机控制系统、压缩空气补气低压空压机控制系统、中压空压机控制系统、放空洞工作闸门水封控制系统、厂房渗漏排水控制系统、检修排水控制系统、左岸坝体渗漏排水控制系统、右岸坝体渗漏排水控制系统、水厂清水池控制系统、高区水池控制系统、地下副厂房潜水排污泵及电梯基坑潜水排污泵控制系统、主变室电梯基坑潜水排污泵控制系统等。

以上各系统全部采用PLC单独控制，PLC根据按钮或I/O模块所采集的外围自动化元器件的输入信号,通过程序执行将计算结果输出对各控制对象进行控制，同时将程序执行情况和故障信号等上送监控系统，这样即减少了监控系统的负担，又使监控系统对全厂设备的运行情况都得到了控制。全厂采用分层控制方式，结构清楚，可靠性提高。

2 PLC控制系统的特点

所谓自动控制是指生产过程中，根据实际要求按照逻辑运算、顺序操作、定时和计算数等规则通过预先编制的程序，在现场输入信号（包括开关量、模拟量）的作用下，执行机构按预定程序动作，实现以开关量为主的自动控制。瀑布沟电站PLC的设计安装就是根据这一原则来实现的。其输入主要是靠按钮、压力开关、浮子开关、动断触点等开关量为主的控制信号。输出为继电器、电磁阀等驱动元件。PLC内部控制部分有定时器、计数器、中间继电器等元器件以及许多的常开、常闭触点。而传统的自动控制则是由继电器控制来实现的，由于设备体积大、功耗高、动作速度缓慢、接线复杂、通用性、灵活性差、维护工作量大、故障率高等而导致设备可靠性差，采用PLC控制克服了传统继电器控制的弱点，把计算机技术与继电器控制有机地结合起来，为工业自动化提供了十分完美的现代化控制装置，其优越性主要表现在以下方面：

（1）PLC是在继电器、接触器以及由中、小规模的集成电路及其它电气元件的复杂控制系统装置上发展起来的一种新型控制器，采用现代大规模集成电路技术和严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。从PLC的外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。

（2）由于PLC易与工业控制系统连成一个整体，PLC用存储逻辑代替传统接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护方便，适合于较为恶劣的工业环境、故障率低、可靠性好、抗电气干扰能力强。

（3）PLC采用扫描式的工作方式：其工作过程一般分为输入采样、用户程序执行和输出刷新三个步骤，特别适合于逻辑控制要求较高的顺序控制。

3 PLC在瀑布沟电站辅机控制中的应用

（1）瀑布沟电站辅机控制系统采用AB公司ControlLogix系列产品，除个别系统外大部分采用双机热备冗余配置，即双机架、双电源、双CPU模块、双CNBR模块配置，提高了系统的可靠性。

（2）瀑布沟电站PLC的配置

一套完整的PLC主要由5个模块构成：电源模块、CPU模块、热备模块、I/O模块和通讯模块。

1 ）电源模块向PLC机架和远程I/O机架提供直流24V工作电源，PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用，如果没有一个良好的、可靠的电源整个系统是无法正常工作的，所以瀑布沟电站采用双电源模块供电方式。

2 ）中央处理单元（CPU）是PLC的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O等设备的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内，等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。为提高PLC的可靠性，瀑布沟电站采用双CPU构成冗余系统，这样即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行，不影响设备运行。

3 ）I/O模块是PLC与外界电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI）、开关量输出（DO）、模拟量输入（AI）、模拟量输出（AO）等模块。

4 ）通讯模块为PLC与PLC之间、PLC与上位机以及其他智能设备之间提供信息交换的路径，使全厂形成一个统一的整体，实现分散集中控制。瀑布沟电站辅机控制系统大多采用双冗余CPU机架带远程I/O机架工作模式，I/O机架与CPU之间的数据交换全部通过通讯模块来实现，通讯模块还与监控系统进行数据交换，将各系统的实时状态上送监控系统，同时通讯模块还与第三方设备（软启动器、变频器等）进行通讯，以便运行维护人员及时准确的了解设备状态及故障信息等，方便运行维护。

瀑布沟电站辅控系统PLC配置如图1所示：

图1 瀑布沟辅控系统PLC配置图

（3）辅机控制与监控系统关系

由于瀑布沟电站监控系统的LCU也选用的是AB公司ControlLogix系列产品，采用同一厂家的PLC可以避免由于通讯协议不同造成通讯不可靠等，所以瀑布沟电站辅机控制系统与监控系统之间的通讯除部分重要信号采用硬接线外，其余全部采用AB的Controlnet网络进行通讯，同时采用双网冗余通讯方式增加可靠性。传统辅控与监控之间大多采用硬接线方式进行数据交换，使整套系统比较复杂，同时受电缆数量的限制不能将所有信号上送监控系统，使有些信号必须在现场才可以看到，监控系统无法知道现场设备情况。采用通讯方式与监控通讯数据传输量大，PLC将现场设备运行状态信号（包括油泵电机的运行和停止状态、泵处在工作和备用状态等），所有故障和报警信号（包括电机故障、PLC故障、软启动器故障、电源故障、传感器故障、主/备切换等），各模拟量实测值，以及泵的运行时间和动作次数的统计结果等全部上送至监控系统，使监控系统能全面的掌握每套系统的运行情况，同时减少了辅控系统与监控系统之间的电缆连接，使整套系统简单，可靠性高，方便维护，同时在以后设备改造中增加上送信号也比较方便。采用通讯方式还可以在远方监控系统对各套系统的控制对象进行单点控制，方便事故处理。

4 结束语

采用PLC控制，使瀑布沟电站的自动化控制水平提高，故障大大减少，设备可靠性提高，减少了运行维护人员的工作量，为电站“无人值班”（少人值守）奠定了基础。但我们也应当看到，我们对PLC的应用还是比较初级的。随着技术的提高，我们应不断改造，进一步提高全厂的自动化控制水平。

TP273

B

1672-5387（2010）06-0075-03

2010-10-08

严映峰（1968-），男，副厂长，从事水电站生产管理工作。