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摘要：随着计算机技术的高速发展，各种计算机技术在水电站综合自动化控制方面得到了很大的应用。其中可编程逻辑控制器PLC在控制方面有着得天独厚的优势，因此在水电站机电设备控制领域有非常广阔的应用空间。本文主要对PLC在水电站辅助设备控制系统的技术改造进行了初步的探讨。
关键词：PLC；水电站；辅助设备控制系统
可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）是一种新型的专门为工业控制而设计的数字运算操作的自动控制装置，它将传统的继电器控制技术、计算机技术和通信技术融为一体，具有功能强、通用性好、灵活、可靠性高、环境适应性好、编程简单、使用和维护方便，以及体积小、重量轻、功耗低等一系列优点，因此被广泛应用于水电站机电设备控制领域。PLC为水电站的安全经济运行带来了保障，为电站实现“无人值班、少人职守”奠定了良好的基础。下文主要阐述PLC在水电站辅助设备控制系统技术改造中的应用。
1、PLC 的工作原理
第一阶段，输入处理阶段。在这一阶段，可编程逻辑控制器用扫描的方式来读取采样数据，并将这些数据存储于输入映像寄存器中所对应的单元。在这过程中，即使输入的数据状态发生了变化，输入映像寄存器中的处理单元所接收的数据也不会被改变，直到下一个扫描周期到来，才进行输入采样，重新进入可输入状态。
第二阶段，程序处理阶段。在用户程序执行的过程中，可编程逻辑控制器的执行顺序总是自上而下地对用户程序进行扫描，在扫描的过程中，按照固定的顺序和路线进行运算，其中扫描顺序也是由左至右、自上而下，从0步开始顺序运算，得出运算结果并将该结果写入映像寄存器中，最终确定是否执行用户程序中的处理指令。
第三阶段，输出处理阶段。在全部程序执行完毕，输出映像器中的输出继电器的通断状态转存到输出锁存器中，成为PLC的输出，驱动外部负载。这一阶段中的输出，才是可编程逻辑控制器所要完成的真正任务。
2、PLC 在油压装置控制中的应用
2.1 油壓装置控制系统的基本要求
油压装置是水电站不可缺少的重要辅助设备，它产生并贮存高压油，供机组操作之用，是机组起动、停止、调整负荷等操作的动力，不论机组是处于运行还是停机状态，油压装置都应处于准备状态，当有一台油泵发生故障时，一定要能起动备用油泵，并及时发出故障信号，便于检查和维修，并且要求2台泵都能够互为主备用，确保机组安全。
2.2 传统的油压装置控制系统的不足
传统的有触点控制线路需要大量的中间继电器，回路也需要许多闭锁条件，导致接线复杂化、可靠性差，时常发生中间继电器线圈烧毁、压力接点和中间继电器触点粘连烧毁，甚至发生烧毁电动机等事故，导致整个系统基本不能自动和安全运行。原因有以下几点：
（1）图1是改造前油压装置油泵电动机操作结线图，采用直流220V或交流380V强电控制是造成中间继电器触点、压力接点粘连烧毁的主要原因。
（2）轮换中间继电器1（2）ZJ长期带电（交流380V）是造成继电器线圈烧毁的主要原因。
（3）当主用泵起动时，如果轮换到的主用泵刚好有故障，不能马上起动备用泵，而要等到备用起动线路来起动备用泵，并且故障油泵不能发出故障信号。
（4）电动机主回路保护过于简单，热继电器只能保护过流，不能很好地保护缺相运行的电动机。而实际运行中，大部分电动机烧毁都因缺相所引起。纵使更换了交流固态控制器，虽然在起动过流、运行过流、过电压等保护方面有比较可靠的作用，但对电动机的缺相保护仍然存在着问题。
（5）不能随时或及时远方起动油压装置的油泵。
图 1 传统的油压装置油泵电动机操作结线
2. 3 对传统油压装置控制系统的改造
针对传统油压装置控制系统中存在的问题，我站在前年冬修期间，对传统油压装置控制系统进行了改造，并取得了满意的效果。改进有以下几点：
（1）图2是改造后的油压装置油泵电动机操作结线图，将以前直流220V或交流380V强电控制改为直流24V弱电控制，有效地解决了压力接点辅助触头粘连和烧毁的情况。
（2）将传统有触点油压装置控制改为PLC（GE90-30）无触点可编程逻辑控制器控制，减少了中间继电器所引起的各种故障。例如：
如图1所示，以前在油压正常的情况下，当轮换中间继电器1（ 2）ZJ的（4、12）这对常闭触头接触不好或者误动作时，很容易造成2个轮换中间继电器频繁跳动，严重影响到油泵的正常起动，而且频繁的跳动，也无法保证油泵的正常运转。
图 2 改造后的油压装置油泵电动机操作结线
（3）从图3可以看到，例如： 当轮换到1号泵起动时（%Q0033动作），恰遇该油泵发出故障报警信号，即输入量（%I0031）已动作，可以通过定时器（TMR）延时3S之后，起动中间变量%M0601，马上起动2号泵而无需等到备用泵起动时，才起动2号泵，并发出1号泵故障信号。此方法解决了以前在主用泵起动时，由于油泵自身或者交流固态控制器或交流接触器有问题时，一定要等到备用泵动作，才能够保证油压。如果此时正好遇到线路跳闸甩负荷，这样就会因用油量消耗过大而造成事故低油压停机，使得机组无法带上厂用电，严重威胁电站运行安全。因为在雷雨天，我站经常会在1天内出现多次跳闸，确实碰到过这种紧急情况，所以改造后彻底消除了这个安全隐患。
图3 油压装置控制流程
（4） 在电动机主回路中，采取（图2）在交流固态控制器或交流接触器三相输出电源之间，加装4个380 V、5 A的继电器，每台油泵各2个，将其常开触点1ZJ（1， 4）、2ZJ（1，4）或 3ZJ（1，4）、4ZJ（1，4）串联起来， 作为油泵运行状态的输入量（%I0080， %I0081） 引入PLC （图3） ，如果%Q0033或%Q0034已动作，而%I0080或%I0081未动作，通过延时5S，起动中间变量（%M0494或%M0495）来跳开%Q0033或% Q0034，起到了可靠保护电动机缺相运行的问题。
（5） 在上位机画面做出起动按钮通过%M1077、%M1078、%M1079、%M1080 来实现远方控制，随时或及时保证油压。
（6） 引用压力变送器（模拟量）实现上位机可以观察实时压力值，并增加模拟量与开关量并列的报警，实现远方监视。
3、PLC可编程逻辑控制器的优点
（1） 利用成熟的 PLC技术取消了常规的中间继电器和时间继电器，即减少故障点，大大简化了接线，而且功能更强，可靠性更高。
（2） 实现自动轮换（主、备用泵轮换）。
（3） 用户可以根据需要方便地改写这些软件，并重新存入可编程逻辑控制器的相应存储器中，从而实现更改操作规则（即控制程序）的目的。
（4） 无触点接触，克服了有触点接触可靠性差，以及由固定接线所导致的通用性、灵活性差，维修不方便等问题。
4、结束语
目前上述改造已在本站安全可靠地运行了1年多，自投入运行以来，再也没有出现因继电器触头或压力接点的粘连，而烧毁电动机的现象。整个油压装置控制系统运行可靠，为电站的安全运行做出了贡献。
参考文献：
[1]方辉钦.现代水电厂计算机监控技术与试验[M].中国电力出版社，2004.
[2]周大志.基于PLC的过程控制系统设计[J].自动化技术与应用，2009，28（7）：115-118.
[3]戴棒棒，浅析电气自动化系统在水电站中的应用[J].城市建设理论研究（电子版），2011（24）.
关键词：PLC；水电站；辅助设备控制系统
可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）是一种新型的专门为工业控制而设计的数字运算操作的自动控制装置，它将传统的继电器控制技术、计算机技术和通信技术融为一体，具有功能强、通用性好、灵活、可靠性高、环境适应性好、编程简单、使用和维护方便，以及体积小、重量轻、功耗低等一系列优点，因此被广泛应用于水电站机电设备控制领域。PLC为水电站的安全经济运行带来了保障，为电站实现“无人值班、少人职守”奠定了良好的基础。下文主要阐述PLC在水电站辅助设备控制系统技术改造中的应用。
1、PLC 的工作原理
第一阶段，输入处理阶段。在这一阶段，可编程逻辑控制器用扫描的方式来读取采样数据，并将这些数据存储于输入映像寄存器中所对应的单元。在这过程中，即使输入的数据状态发生了变化，输入映像寄存器中的处理单元所接收的数据也不会被改变，直到下一个扫描周期到来，才进行输入采样，重新进入可输入状态。
第二阶段，程序处理阶段。在用户程序执行的过程中，可编程逻辑控制器的执行顺序总是自上而下地对用户程序进行扫描，在扫描的过程中，按照固定的顺序和路线进行运算，其中扫描顺序也是由左至右、自上而下，从0步开始顺序运算，得出运算结果并将该结果写入映像寄存器中，最终确定是否执行用户程序中的处理指令。
第三阶段，输出处理阶段。在全部程序执行完毕，输出映像器中的输出继电器的通断状态转存到输出锁存器中，成为PLC的输出，驱动外部负载。这一阶段中的输出，才是可编程逻辑控制器所要完成的真正任务。
2、PLC 在油压装置控制中的应用
2.1 油壓装置控制系统的基本要求
油压装置是水电站不可缺少的重要辅助设备，它产生并贮存高压油，供机组操作之用，是机组起动、停止、调整负荷等操作的动力，不论机组是处于运行还是停机状态，油压装置都应处于准备状态，当有一台油泵发生故障时，一定要能起动备用油泵，并及时发出故障信号，便于检查和维修，并且要求2台泵都能够互为主备用，确保机组安全。
2.2 传统的油压装置控制系统的不足
传统的有触点控制线路需要大量的中间继电器，回路也需要许多闭锁条件，导致接线复杂化、可靠性差，时常发生中间继电器线圈烧毁、压力接点和中间继电器触点粘连烧毁，甚至发生烧毁电动机等事故，导致整个系统基本不能自动和安全运行。原因有以下几点：
（1）图1是改造前油压装置油泵电动机操作结线图，采用直流220V或交流380V强电控制是造成中间继电器触点、压力接点粘连烧毁的主要原因。
（2）轮换中间继电器1（2）ZJ长期带电（交流380V）是造成继电器线圈烧毁的主要原因。
（3）当主用泵起动时，如果轮换到的主用泵刚好有故障，不能马上起动备用泵，而要等到备用起动线路来起动备用泵，并且故障油泵不能发出故障信号。
（4）电动机主回路保护过于简单，热继电器只能保护过流，不能很好地保护缺相运行的电动机。而实际运行中，大部分电动机烧毁都因缺相所引起。纵使更换了交流固态控制器，虽然在起动过流、运行过流、过电压等保护方面有比较可靠的作用，但对电动机的缺相保护仍然存在着问题。
（5）不能随时或及时远方起动油压装置的油泵。
图 1 传统的油压装置油泵电动机操作结线
2. 3 对传统油压装置控制系统的改造
针对传统油压装置控制系统中存在的问题，我站在前年冬修期间，对传统油压装置控制系统进行了改造，并取得了满意的效果。改进有以下几点：
（1）图2是改造后的油压装置油泵电动机操作结线图，将以前直流220V或交流380V强电控制改为直流24V弱电控制，有效地解决了压力接点辅助触头粘连和烧毁的情况。
（2）将传统有触点油压装置控制改为PLC（GE90-30）无触点可编程逻辑控制器控制，减少了中间继电器所引起的各种故障。例如：
如图1所示，以前在油压正常的情况下，当轮换中间继电器1（ 2）ZJ的（4、12）这对常闭触头接触不好或者误动作时，很容易造成2个轮换中间继电器频繁跳动，严重影响到油泵的正常起动，而且频繁的跳动，也无法保证油泵的正常运转。
图 2 改造后的油压装置油泵电动机操作结线
（3）从图3可以看到，例如： 当轮换到1号泵起动时（%Q0033动作），恰遇该油泵发出故障报警信号，即输入量（%I0031）已动作，可以通过定时器（TMR）延时3S之后，起动中间变量%M0601，马上起动2号泵而无需等到备用泵起动时，才起动2号泵，并发出1号泵故障信号。此方法解决了以前在主用泵起动时，由于油泵自身或者交流固态控制器或交流接触器有问题时，一定要等到备用泵动作，才能够保证油压。如果此时正好遇到线路跳闸甩负荷，这样就会因用油量消耗过大而造成事故低油压停机，使得机组无法带上厂用电，严重威胁电站运行安全。因为在雷雨天，我站经常会在1天内出现多次跳闸，确实碰到过这种紧急情况，所以改造后彻底消除了这个安全隐患。
图3 油压装置控制流程
（4） 在电动机主回路中，采取（图2）在交流固态控制器或交流接触器三相输出电源之间，加装4个380 V、5 A的继电器，每台油泵各2个，将其常开触点1ZJ（1， 4）、2ZJ（1，4）或 3ZJ（1，4）、4ZJ（1，4）串联起来， 作为油泵运行状态的输入量（%I0080， %I0081） 引入PLC （图3） ，如果%Q0033或%Q0034已动作，而%I0080或%I0081未动作，通过延时5S，起动中间变量（%M0494或%M0495）来跳开%Q0033或% Q0034，起到了可靠保护电动机缺相运行的问题。
（5） 在上位机画面做出起动按钮通过%M1077、%M1078、%M1079、%M1080 来实现远方控制，随时或及时保证油压。
（6） 引用压力变送器（模拟量）实现上位机可以观察实时压力值，并增加模拟量与开关量并列的报警，实现远方监视。
3、PLC可编程逻辑控制器的优点
（1） 利用成熟的 PLC技术取消了常规的中间继电器和时间继电器，即减少故障点，大大简化了接线，而且功能更强，可靠性更高。
（2） 实现自动轮换（主、备用泵轮换）。
（3） 用户可以根据需要方便地改写这些软件，并重新存入可编程逻辑控制器的相应存储器中，从而实现更改操作规则（即控制程序）的目的。
（4） 无触点接触，克服了有触点接触可靠性差，以及由固定接线所导致的通用性、灵活性差，维修不方便等问题。
4、结束语
目前上述改造已在本站安全可靠地运行了1年多，自投入运行以来，再也没有出现因继电器触头或压力接点的粘连，而烧毁电动机的现象。整个油压装置控制系统运行可靠，为电站的安全运行做出了贡献。
参考文献：
[1]方辉钦.现代水电厂计算机监控技术与试验[M].中国电力出版社，2004.
[2]周大志.基于PLC的过程控制系统设计[J].自动化技术与应用，2009，28（7）：115-118.
[3]戴棒棒，浅析电气自动化系统在水电站中的应用[J].城市建设理论研究（电子版），2011（24）.