基于PLC的水电站监控系统的实现及应用

方伟龙

（广西西江开发投资集团有限公司百色分公司 广西百色 531500）

基于PLC的水电站监控系统的实现及应用

方伟龙

（广西西江开发投资集团有限公司百色分公司 广西百色 531500）

在计算机工控技术飞速发展的背景下，计算机的工控技术逐渐完善。其中，可编程的逻辑控制仪器（Programmable Logic Controller，PLC）这种工业控制的系统给自动化的控制技术提供了应用软件，促进各种监控设备发展与完善。本文就水电站的监控体系结构进行分析，探讨PLC的自动控制实现，同时研究PLC水电站的监控系统应用，以期推动水电站的可持续发展。

PLC；水电站监控系统；实现

近几年来，人们对于供电质量与可靠性要求越来越高，需要对自动化与数字化水平不高的水电厂实行微机控制和监视改造。国内大中型的水电站基本使用自动化装置与计算机的监控系统，而且较为先进，但由于这类监控价格比较贵、系统较为复杂，一些小型的水电站不适用，因此，需要对监控系统进行完善，提高监控系统实用性。

1 水电站中监控系统的结构

某水电站主要对1号机组设备进行自动化改造，对一次设备、油系统、水系统与气系统进行监控。

（1）这种计算机的控制系统具体结构是分散型，其运行的方式是“少人值守”。

（2）系统软硬件都是分层配置，同时将易操作、标准化、开放化与通用化作为基本原则。

（3）各个控制单元比较独立，通常情况下是独立的运行，而单元资源可以和其他单元共享。如果系统中某部分不工作或者是出现故障，基本不会影响到系统的其他部分运行。

（4）集中管理上位机由NC2000组态软件组成，能加强人机对话的功能，而且人机界面比较友好，符合水电站的运行操作。通常监控系统监控对象包含以下几种：1号水轮机组与附属辅助性设备；水电站的厂用电体系；水电站的公用设备；1号机组进出水的闸门；水电站一次电力设备。

此外，水电站中计算机的监控系统主要使用开放、分层模式，其主要包含保护室、管理层与现地的控制层三部分。而水电站的计算机监控系统从图1可以看出。

1.1 监控的管理层

中央的监控层主要负责协调控制与集中监视全部设备运行情况，同时显示——分析——记录被控制过程参数与过程参数的状态，以便综合控制水电厂的生产过程。此外，还要在中央的监控室配备工控机，并采取一主一备原则，这样即便其中一台工控机出现故障，另一台工控机也能保证系统正常工作。

1.2 现地的控制层

现地的控制层可以对工艺流程进行直接控制，主要包含重要设备运行，可以独立的完成数据采集与控制。现地的控制层主要使用分布方式，也就指现代化控制层按照现场的设备分为若干小单元，同时每一个单元都要建立独立LCU。而本次研究水电站的监控系统主要包含两个组，同时均设立了独立的LCU。其中LCU结构模式从图2中可以看出。

图1 发电机组的监控系统图

图2 LCU+工控机的模式图

2 PLC的自动控制系统实现

水轮机组对于计算机的监控系统至关重要，其不仅是整个生产过程直接执行的部分，而且是接收管理层指令与命令的关键部分。水轮机组电、水与机是被控的对象，要想实现对其的精确控制难度比较大。控制内容主要包含水轮机组自动开停机、负荷调整、故障诊断以及故障报警等。

2.1 PLC的编程

应用主程序和功能块方式对PLC实施编程，编程系统主要包含八个功能块，也就是自动开机的模块FC1、自动停机的模块FC2、状态判断的模块FC3、增减有功（无功）的模块FC4、虚拟量判断模块FC5、辅机控制模块FC6、故障的处理模块FC7以及与其他系统通讯处理模块FC8。在运行的过程中，PLC可以对八个功能模块进行读写的操作，并将各功能模块调用情况写入其中，以便自动地控制机组及其他辅助设备。

2.2 NC2000的组态

NC2000组态属于国电南瑞公司的产品，这种组态功能比较强大、结构复杂，主要包含数据库、图形界面、报警记录与相关报表等部分。通常NC2000组态开发过程具有数据库、脚本语言、运行画面等，图3就是NC2000组态操作的界面。组态的界面可以显示无功功率与有功功率等信息，以便运行值班人员设置无功功率与有功功率，便于直接控制PLC实施增减的操作；在开停机流程界面设置紧急停机的按钮，方便出现事故实施紧急停机的操作；在界面上设置了辅助设备、调速器、励磁等系统的监视灯，方便运行值班人员实时掌握机组运行情况。使用界面控制故障，并把全部故障点进行集中，以便发生故障后，及时报警，及时处理。

3 PLC水电站监控系统的应用

3.1 PLC原理

PLC一般用在一些中小水电站的监控体系分站层的设备中，PLC有很多作用，例如：调节控制与采集数据等。PLC在计算机的控制系统范畴中，与计算机的控制系统比较相似，例如：包含电源、中央的处理器与存储器等。此外，在PLC设计过程中，严格按照工业使用的环境标准，这样可以充分发挥PLC的优势，例如：可靠性比较高、编程比较简单、抗干扰能力比较强等优势。并且由于PLC设计原理存在差异，其产品性能与功能也就会不同，因此，在选择过程中，需要严格按照水电站实际需求选择，例如：系统结构、应用功能、控制规模与安全性能等方面需求。

3.2 本地层中PLC采集数据的功能

图3 1号机组单元监视画面图

在本地层中，PLC一般是对开关器以及机组辅助的控制设备进行控制，同时能够在监控的系统内部进行水轮机组数据采集，其中，信号采集过程如下：①对模拟量进行采集、处理，包含有功、无功、电压、电流量采集。其中，在保护对策方面，若在PLC检查中，可查出预先设定限值，以便及时采取保护措施对被监控设备进行保护。②数字量采集与处理功能主要包含检查状态、定期采集与更新数据库；按照顺序对事件进行记录并报警；相关保护的措施，一旦事故的信号传输至LCU，就可以按照事故信号制定保护措施，有效保护相关设备。③电度量的采集与处理，用串口连接方式对电度表进行连接，然后采集机组的电度量。

3.3 PLC顺序控制的功能以及数据处理

PLC软件功能的模块比较多，主要包含空转、空载、并网发电、正常停机以及事故的紧急停机等。PLC具有最高级紧急停机的流程，主要包含正常停机的流程与事故的停机流程，在启动停机流程时，需要推出停机流程的画面。

3.4 模糊控制下PLC机组电压的自动调节

模糊控制的系统理论主要包含模糊逻辑规则推理、模糊学、模糊知识，同时在模糊控制系统中应用计算机的控制技术，形成闭环结构的数字自动化控制。而电站AVC主要指按照预定要求与条件来控制全厂的无功功率或者是水电站的母线电压，这样不仅不会阻碍了机组安全运行，而且能降低电厂的功率损耗。此外，为确保系统运行电压正常，需确保系统具有充足的电源，主要因为系统网络与负荷均需要无功的功率，并且这些无功的电源能够及时补偿无功的功率损耗。加之，系统主要的无功电源是发电机组，可见，电站AVC控制对于水电站至关重要。而在模糊控制下，PLC主要通过语言规则方式来归纳与描述行为控制的经验，再应用模糊集的理论对水电站运行情况进行分析，然后在计算机技术基础上制定智能的控制方式。而且在模糊控制的系统中，PLC不用构建精确数学的模型，只需要应用发电励磁的控制器实践经验，就能够对发电站的励磁控制器中的参数进行调节。

4 结语

总而言之，可编程的控制器普遍应用在工业生产中的领域，同时已经取得一定成效。而且经分析研究可知，将PLC应用在水电站的监控系统中，可以保障水电站运行可靠性与安全性，有效提高水电站的自动化水平，从而促进我国水电站可持续发展。

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TV736

A

1004-7344（2016）04-0105-02

2016-1-14

方伟龙（1987-），男，助理工程师，大学本科，主要从事水电站电气检修工作。