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【摘要】随着科学技术水平的不断提高，PLC控制技术日趋成熟，并在生产实践中获得了广泛应用。本文通过基于PLC控制系统于水力发电厂的应用展开相应探讨，以期为同行提供一些有益的参考。
【关键词】PLC控制系统；水力发电厂；应用
1、某水电站监控系统概述
某水电站监控系统结构示意图如图1所示。该系统采用的是开放式分层、分布结构，因而不仅具有较高的安全系数，同时还具有理想的易维护性能。
1.1现地控制单元级 该单元级的主要功能在于对那些处于被监控状态下的设备进行数据采集，完成相应的顺序及逻辑控制，以及和其他设备进行数据交换。现地控制单元级主要由三大部分组成，一是HMI人机界面，二是PLC，三是有关测量设备。需要说明的是，对于该单元级而言，PLC属于核心设备，决定着现地控制单元级的性能[1]。
1.2主控层 主站监控功能基于实际需要被有机分布在厂站级主控层中，以操作员工工作站为例，其主要功能包括以下几点：1）对数据进行采集和处理；2）对数据库进行实时管理；3）保证监控系统具有良好的人机联系功能；4）对历史数据进行存档管理；5）对本厂运行状况进行监控；6）对控制中心下达的命令进行接收和执行；7）对工作方式进行及时且有效的设定或者变更[2]。
2、PLC系统设计
2.1 PLC选型及I/O配置
本系统PLC先用了GE FANUC系列90-30 Max-ON双机热设备系统与Versamax远程I/O相结合的控制系统。借助双Genius LAN网络进行通信，从而有效降低突发事件的出现几率及影响程度。
2.1.1 2套PLC主站 1#和2#PLC主站，均采用以下配置：1）电源模块，型号为IC693PWR330，数量为1；2）接口模块，型号为IC693BEM331，数量为2；3）以太网模块，型号为IC693CMM321，数量为1。对于PLC主站而言，其通过接口模块实现相应的远程连接，并以双Genius形式存在，起到了对网络冗余的有效控制[3]。
2.1.2 1套VersaMax I/O模块 该模块主要包括：1）模拟量输入模块，型号为IC200ALG266，数量为2；2）模拟量输出模块，型号为IC200ALG326，数量为1；3）开关量输入模块，型号为IC200MDL650，数量为6；4）开关量输出模块，型号为IC200MDL750，数量为2；5）Genius网接口模块，型号为IC200GBI001，数量为2。
2.2 GE Faunc90-30冗余系统工作原理
安装双机热备软件MAX-ON，然后将编程软件Proficy Machine Edition有效导入，如此一来，便能实现理想的双机热备功能，同时也赋予整个系统较高的安全系数。数据采集部分主要涉及两大块，一个是主备PLC，另一个是I/O PLC机架。双机热备和数据采集，这两大部分借助Genius双总线保持连通，并进行数据的有效互通。一套PLC主要包括CPU（≥2个）、总线传输模块（1个）以及荣云通信模块（1个）三大部分，这样才能够达成2个控制器同步连接的效果。需要指出的是，2个CPU在执行扫描动作时应保持高度的同步性，从而保证主CPU、备CPU的同步运行，如此一来，在切换CPU的过程中，可以实现对扰动的有效控制，实现所谓的无扰动切换。CPU冗余系统处于运行状态时，将会一直保持设备状态控制数据、一系列内部数据的即时同步传输，从而保证2个CPU能够以同步状态运行，进而获取一致的结果。对于PLC以及热备PLC而言，在其每个扫描周期内均进行2次数据传输，与此同时，对CPU之间的数据传输展开系统而细致的检查，从而确保CPU之间能够实现真正意义上的无扰动切换[4]。
2.3 PLC系统功能
2.3.1数据采集和处理 在数据采集过程中，需要实时获取主辅设备的运行状态、参数以及测量值，并将其准确存储在实时数据库中，作为系统控制等动作的执行依据。采集量主要包括模拟量、开关量、脉冲量、数码量以及综合量。
2.3.2控制和调节 实时接收来自当地或者上位机的命令，从而实现对如下被控设备的相应操作：1）对机组状态进行准确转换；2）对断路器进行有效控制；3）对有功负荷及无功负荷进行适度调节。
2.3.3事故停机处理 由监控单元的I/O模块对接收到的事故信息给予响应，并执行事先编制的事故停机流程；在现场设置紧急停机按钮，并采用多对接点设置，从而实现对事故信息的有效响应；予以严谨的逻辑判断，从而降低误认事故的发生率，进而减少误停机事故的发生。
3、PLC系统的实现
3.1通信程序块实现 上位机借助MODBUS TCP/IP协议以完成对PLC中一系列数据的有效读取，如此一来，不仅保证了数据通信的实时性，同时还保证了数据通信的准确性。值得一提的是，在PLC中采用多信箱的通信机制，从而起到了和上位机进行高效通信的效果：上行信箱。上送PLC实时采集到的相关数据，同时对上一周期的测值进行实时刷新，从而得到一个新测值；下行信箱。接收上位机下达的命令，并予以解析和执行；事件信箱。以SOE及PLC某些报警事件为目标对象。此类信号由于发生事件短暂，再加上信息量较大，所以，实时上行信箱数据通常很难获取，因而往往借助事件信箱功能予以实现。在该处理模式中，采用循环堆栈格式以实现对数据的存。上位机将基于对事件信箱指针变化的分析以完成对新事件发生与否进行准确判断。
3.2水轮发电机组的控制 结合水轮发电机组所具有的特性，可对机组控制进行进一步细分，即停机、空转、空载以及发电。上述4大工况的相互转换需要借助专业的机组流程管理程序进行严格控制，并予以逐级细化，将那些相对复杂的流程细化为一个个子程序块，即停机—空转流程、空转—空载流程、空载—发电流程。与此同时，PLC可以对事故信号进行实时扫描，如果检测到事故发生，便会立刻执行事故停机程序。PLC所涉及的流程均借助顺序控制的梯形图予以实现，每个环节的动作均会受到上个环节的闭锁，与此同时，应用事件信箱以实现有效的即时报警。
3.3机组功率调试的实现 为保证准确无误地将机组负载调整到指定值，PLC将会对发电机功率展开相应的PID闭环调节。对于水轮发电机组而言，其监控调节具有一定的特殊性，所以，借助自行编制的PID程序予以实现。以有功调节为例进行说明，其对应的算法如下：（P设-P实）/kp+[（P本设-P本实）-（P上设-P上实）]/kd=调节脉宽[5]。结合PID计算得到的脉宽，借助脉冲调节方式以实现对外部调速器及励磁的有效控制及调节。值得一提的是，应用PID的过程中，需基于电压、频率以及电流等相关综合量对功率调节进行必要的安全性闭锁，从而保证控制调节动作均安全可靠。
4、结束语
GE FANUC90-30系列PLC以其诸多优势，如理想的集成度、优异的组网灵活性、强大的管理能力、便捷的维修操作等，在很多工控领域获得了令人满意的成绩。本文探究的GE90-30冗余PLC控制系统在该水电站获得了理想应用，不仅提高了生产效率，而且减少了运维支出，同时还为电站无人值守的发展趋势提供了有利条件。
参考文献
[1]芦国良，曾强，王海军.水力发电厂应用单片机完善水位数据与PLC接口的研究与实践[J].中国电力教育，2010，S2：493-494.
[2]李景峰，祈兴，王立新，潘为军，魏仁春，雷兵，周登富，金丹旺.丹江口水力发电厂新型液压启闭机应用[J].水电与新能源，2012，06：29-30+36.
[3]熊伟.备自投装置在凤滩水力发电厂应用中的问题与应对措施[J].信息通信，2012，06：260-261.
[4]艾宏亚，骆亮.水力发电厂定位检修技术的应用[J].科技致富向导，2011，36：397.
[5]金枫.同步相量测量装置在丹江口水力发电厂的应用[J].水电与新能源，2011，05：33-34.
【关键词】PLC控制系统；水力发电厂；应用
1、某水电站监控系统概述
某水电站监控系统结构示意图如图1所示。该系统采用的是开放式分层、分布结构，因而不仅具有较高的安全系数，同时还具有理想的易维护性能。
1.1现地控制单元级 该单元级的主要功能在于对那些处于被监控状态下的设备进行数据采集，完成相应的顺序及逻辑控制，以及和其他设备进行数据交换。现地控制单元级主要由三大部分组成，一是HMI人机界面，二是PLC，三是有关测量设备。需要说明的是，对于该单元级而言，PLC属于核心设备，决定着现地控制单元级的性能[1]。
1.2主控层 主站监控功能基于实际需要被有机分布在厂站级主控层中，以操作员工工作站为例，其主要功能包括以下几点：1）对数据进行采集和处理；2）对数据库进行实时管理；3）保证监控系统具有良好的人机联系功能；4）对历史数据进行存档管理；5）对本厂运行状况进行监控；6）对控制中心下达的命令进行接收和执行；7）对工作方式进行及时且有效的设定或者变更[2]。
2、PLC系统设计
2.1 PLC选型及I/O配置
本系统PLC先用了GE FANUC系列90-30 Max-ON双机热设备系统与Versamax远程I/O相结合的控制系统。借助双Genius LAN网络进行通信，从而有效降低突发事件的出现几率及影响程度。
2.1.1 2套PLC主站 1#和2#PLC主站，均采用以下配置：1）电源模块，型号为IC693PWR330，数量为1；2）接口模块，型号为IC693BEM331，数量为2；3）以太网模块，型号为IC693CMM321，数量为1。对于PLC主站而言，其通过接口模块实现相应的远程连接，并以双Genius形式存在，起到了对网络冗余的有效控制[3]。
2.1.2 1套VersaMax I/O模块 该模块主要包括：1）模拟量输入模块，型号为IC200ALG266，数量为2；2）模拟量输出模块，型号为IC200ALG326，数量为1；3）开关量输入模块，型号为IC200MDL650，数量为6；4）开关量输出模块，型号为IC200MDL750，数量为2；5）Genius网接口模块，型号为IC200GBI001，数量为2。
2.2 GE Faunc90-30冗余系统工作原理
安装双机热备软件MAX-ON，然后将编程软件Proficy Machine Edition有效导入，如此一来，便能实现理想的双机热备功能，同时也赋予整个系统较高的安全系数。数据采集部分主要涉及两大块，一个是主备PLC，另一个是I/O PLC机架。双机热备和数据采集，这两大部分借助Genius双总线保持连通，并进行数据的有效互通。一套PLC主要包括CPU（≥2个）、总线传输模块（1个）以及荣云通信模块（1个）三大部分，这样才能够达成2个控制器同步连接的效果。需要指出的是，2个CPU在执行扫描动作时应保持高度的同步性，从而保证主CPU、备CPU的同步运行，如此一来，在切换CPU的过程中，可以实现对扰动的有效控制，实现所谓的无扰动切换。CPU冗余系统处于运行状态时，将会一直保持设备状态控制数据、一系列内部数据的即时同步传输，从而保证2个CPU能够以同步状态运行，进而获取一致的结果。对于PLC以及热备PLC而言，在其每个扫描周期内均进行2次数据传输，与此同时，对CPU之间的数据传输展开系统而细致的检查，从而确保CPU之间能够实现真正意义上的无扰动切换[4]。
2.3 PLC系统功能
2.3.1数据采集和处理 在数据采集过程中，需要实时获取主辅设备的运行状态、参数以及测量值，并将其准确存储在实时数据库中，作为系统控制等动作的执行依据。采集量主要包括模拟量、开关量、脉冲量、数码量以及综合量。
2.3.2控制和调节 实时接收来自当地或者上位机的命令，从而实现对如下被控设备的相应操作：1）对机组状态进行准确转换；2）对断路器进行有效控制；3）对有功负荷及无功负荷进行适度调节。
2.3.3事故停机处理 由监控单元的I/O模块对接收到的事故信息给予响应，并执行事先编制的事故停机流程；在现场设置紧急停机按钮，并采用多对接点设置，从而实现对事故信息的有效响应；予以严谨的逻辑判断，从而降低误认事故的发生率，进而减少误停机事故的发生。
3、PLC系统的实现
3.1通信程序块实现 上位机借助MODBUS TCP/IP协议以完成对PLC中一系列数据的有效读取，如此一来，不仅保证了数据通信的实时性，同时还保证了数据通信的准确性。值得一提的是，在PLC中采用多信箱的通信机制，从而起到了和上位机进行高效通信的效果：上行信箱。上送PLC实时采集到的相关数据，同时对上一周期的测值进行实时刷新，从而得到一个新测值；下行信箱。接收上位机下达的命令，并予以解析和执行；事件信箱。以SOE及PLC某些报警事件为目标对象。此类信号由于发生事件短暂，再加上信息量较大，所以，实时上行信箱数据通常很难获取，因而往往借助事件信箱功能予以实现。在该处理模式中，采用循环堆栈格式以实现对数据的存。上位机将基于对事件信箱指针变化的分析以完成对新事件发生与否进行准确判断。
3.2水轮发电机组的控制 结合水轮发电机组所具有的特性，可对机组控制进行进一步细分，即停机、空转、空载以及发电。上述4大工况的相互转换需要借助专业的机组流程管理程序进行严格控制，并予以逐级细化，将那些相对复杂的流程细化为一个个子程序块，即停机—空转流程、空转—空载流程、空载—发电流程。与此同时，PLC可以对事故信号进行实时扫描，如果检测到事故发生，便会立刻执行事故停机程序。PLC所涉及的流程均借助顺序控制的梯形图予以实现，每个环节的动作均会受到上个环节的闭锁，与此同时，应用事件信箱以实现有效的即时报警。
3.3机组功率调试的实现 为保证准确无误地将机组负载调整到指定值，PLC将会对发电机功率展开相应的PID闭环调节。对于水轮发电机组而言，其监控调节具有一定的特殊性，所以，借助自行编制的PID程序予以实现。以有功调节为例进行说明，其对应的算法如下：（P设-P实）/kp+[（P本设-P本实）-（P上设-P上实）]/kd=调节脉宽[5]。结合PID计算得到的脉宽，借助脉冲调节方式以实现对外部调速器及励磁的有效控制及调节。值得一提的是，应用PID的过程中，需基于电压、频率以及电流等相关综合量对功率调节进行必要的安全性闭锁，从而保证控制调节动作均安全可靠。
4、结束语
GE FANUC90-30系列PLC以其诸多优势，如理想的集成度、优异的组网灵活性、强大的管理能力、便捷的维修操作等，在很多工控领域获得了令人满意的成绩。本文探究的GE90-30冗余PLC控制系统在该水电站获得了理想应用，不仅提高了生产效率，而且减少了运维支出，同时还为电站无人值守的发展趋势提供了有利条件。
参考文献
[1]芦国良，曾强，王海军.水力发电厂应用单片机完善水位数据与PLC接口的研究与实践[J].中国电力教育，2010，S2：493-494.
[2]李景峰，祈兴，王立新，潘为军，魏仁春，雷兵，周登富，金丹旺.丹江口水力发电厂新型液压启闭机应用[J].水电与新能源，2012，06：29-30+36.
[3]熊伟.备自投装置在凤滩水力发电厂应用中的问题与应对措施[J].信息通信，2012，06：260-261.
[4]艾宏亚，骆亮.水力发电厂定位检修技术的应用[J].科技致富向导，2011，36：397.
[5]金枫.同步相量测量装置在丹江口水力发电厂的应用[J].水电与新能源，2011，05：33-34.