PLC在水电厂计算机监控系统中的实际应用

薄 岩，刘文言

国网新源丰满发电厂检修公司电气工程处自动班 132108

1 计算机监控系统概述

1.1 计算机监控系统对水电厂的意义

计算机监控系统已经成为了水电厂的重要组成部分，尤其在水电厂综合自动化系统中成为了一个关键的环节，其主要是为了完成发电机、水轮机、励磁系统、调速器等设备的管理与监控，然后利用计算机的远程操控实现水轮发电机的自动化运转（开启、停止、调相运行等）。

1.2 结构及功能

1.2.1 基本结构

对于水电厂的计算机监控系统而言，其主要采用的是全分布开放结构模式，其主要任务是负责完成全厂集中监控任务的电站控制系统和现地控制单元两个部分的管控。其中前者被称为主控级，后者简称为LCU，现地控制单元以PLC为基础构成。这两个部分的组成成分之间存在着层次结构的不同，但都是由软硬件体系、软件控制组成，并且通过了统一的网络程序及运行控制，而主控级则可以实时监控现地控制单元的具体工作情况。

计算机监控系统的往往采用的是双光纤、全分散开放式总线网络作为其内部通信结构，所有主控级设备和各个控制单元都设有独立的数据库，这样就方便互相访问。

1.2.2 计算机监控系统的主要功能

从目前来看，水电厂的计算机监控系统主要有以下几个功能：进行有效数据的采集、对全厂的安全进行监视、进行科学化的参数运算、控制与调节机械设备、鸣响报警、通信、软件开发以及监控系统的自诊等。

2 计算机监控系统的现地控制单元

对于计算机监控系统的现地控制单元而言，主要从以下几个方面探讨：

1）结构

水电厂的现地控制单元主要由交流电量采集装置、触摸屏、温度巡查装置、转速测量装置、PLC、微机自动准同期装置等组成。

2）硬件配置

现地控制系统的硬件配置由两大部分组成：PLC和远程I/O。

（1）PLC：PLC在内部配备了CPU模块和远程I/O模块，其中包括电源模块、I/O模块、热备模块和以太网模块；

（2）远程I/O模块：远程I/O模块内部没有CPU模块，主要包括数据采集远程I/O、顺控远程I/O、电源模块、RPA模块。数据采集远程模块I/O的功能主要是为了接收现场数据采集器传输过来的模拟量，并且利用自身的计算系统进行模数的转换与计算；而顺控远程I/O主要是接收现地执行元件所传输过来的开关量信号，并且将接收到的信号传送给现地控制单元和执行现地控制单元所下达的开关量指令；RPA模块主要用于与现地控制单元的远程I/O模块进行网络连接。

3）PLC的硬件配置

水电厂计算机监控系统PLC的硬件配置主要有电源模块、CPU模块、I/O模块以及模拟量模块。

（1）电源模块：工作中主要采用的是直流（24V）电源；

（2）CPU模块：在监控系统的CPU模块上配备了RS485和MB+通讯接口，MB+的作用是为了实现设备与现地控制单元的通讯及现场计算机之间的接口，同时也能实现PLC的现场检修与调试。除此之外CPU模块还具备一般的微处理功能；

（3）I/O模块：主要作用是为了给PLC传送开关量的信号以及执行开关量的指令，并为外围提供执行回路；

（4）模拟量模块：通过模数的一定转换，然后将转换后的逻辑计算与数据显示提供给PLC等。

3 基于PLC的计算机监控系统在水电站的应用

前面通过对计算机监控系统的现地控制单元的简要讲述，知道了PLC在这其中占有很重要的地位。下面将举一个PLC在水电站溢洪门监控系统中的案例来加以例证与说明。

水电站溢洪门监控系统主要采用的是计算机监控模式，以此实现闸门与电站的计算机监控系统、水厕情报系统、水务管理等系统的远控指令。

3.1 系统概述

对于溢洪门计算机监控系统而言，其主要采用的是开放性分层分布系统结构，这种结构系统的最大优点在于，其中某部分若出现了故障，并不会影响系统整体及其他设备的正常运转。从目前来看，这种系统具有以下一些特点：

1）各部件具有整体与独立相结合的工作模式；

2）采用全分布全开放系统不仅便于硬件与功能的扩充，而且保护了相关的资源与应用的投资；

3）实时性好，抗干扰能力强；

4）人机接口友好，便于操作。

3.2 系统组成

由于水电站溢洪门监控系统属于计算机监控系统的一种类型，那么其组成部分依然是主控级与现地控制单元两部分。

3.3 系统功能

1）主控计算机

系统主控计算机的主要功能在于负责管理运行的档案、分析处理事故的相关故障信号以及生成并存储各类运行报表等。

2）溢洪门现地控制单元

对于计算机监控系统的溢洪门现地控制单元而言，其主要负责的是监视各个闸门的冀中运行，并且做好相关的数据采集、控制与调节等。

3）溢洪门现地控制箱

从目前来看，计算机监控系统中的现地控制箱的操作一般是独立于PLC的，因此可以直接操作闸门。此外，闸门的现地控制箱内部设置有“现地/远方”开关，通过合理的功能分布，便可以确保各个系统的节点负荷率满足相关的设计要求。

3.4 PLC在此案例中的突出特点分析

在本案例中，充分地考虑了设计的先进性与安全性，其主要部件应选用西门子PLC，而PLC在应用中的特点主要有以下2个方面：

1）溢洪门现地控制单元选用某S7-400H系列的PLC，该类PLC具有一些冗余特点，提高了系统的可靠性。其具体表现于：第一，溢洪门现地控制单元PLC内含双CPU模块、双电源模块、双通讯模块的冗余配置。两个CPU模块以热备方式运行，能够保障系统的运行安全且可靠；第二，系统设备具有双网络特性，能够充分保证网络系统的可靠；第三，冗余开关电源，一旦其中一块发生了故障，另一块依然可以正常提供工作所需的电源，确保系统安全运行；

2）系统器件、部件的性能十分优越且通用性很强。系统现地控制箱的独立PLC具有远方/现地操作监控等功能，可以对整个电站的开闭进行单机操作、整体操作以及选孔操作。

4 结论

根据对溢洪门自动监控系统的阐述与说明，我们了解了溢洪门计算机监控系统完全遵循了可靠、先进、成熟极易适用的设计原则，而PLC在这其中的广泛应用为实现现代化水电厂自动控制起到了进一步推动作用。

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