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摘要:本文以可编程控制器在梯子洞电站辅机系统控制中的应用为例,介绍了可编程控制器在水电站辅机系统控制应用中的结构组成、主要功能、与传统控制方式的比校及应用前景。
关键词: 可编程控制器; 电站辅机控制;应用
Abstract: this article with programmable controller in a hole of the application of the power plant auxiliary system control for example, this paper introduces the programmable controller in hydropower station in application of auxiliary system control structure, main function, and the traditional way of control than the school and the application prospects.
Keywords: programmable controller; Power plant auxiliary equipment control; application
中图分类号：V351.31 文献标识码：A 文章编号
1．引言
位于重庆酉阳县境内的梯子洞电站是乌江支流阿逢江梯级开发的最后一级电站，装机容量3*12MW，地下式厂房，电站按“无人值班（少人值守）”设计原则设计建设，运行可靠性和自动化程度要求较高。电站的辅机包括调速器油压装置、漏油装置、蝴蝶阀液压站、渗漏井排水、检修井排水、顶盖排水、清水池供水及中压空压机、低压空压机等共26台泵组和4台空压机。这些辅机是电站发电生产过程中的重要设备，是保证电站主设备正常运行不可或缺的部分，一旦这些辅机发生事故或故障，将可能造成机组停机、水淹厂房等严重后果。为满足水电站辅机的安全可靠和自动化运行要求，电站的辅机系统的控制采用基于可编程控制器的控制方式控制。
2．可编程控制器简介
可编程控制器（Programmable Logic Controller ）简称PLC，二十世纪六十年代末在美国首先出现，目的是用来取代传统继电器，经多年的发展实践，可编程控制器技术已成为一项非常成熟的工控技术。可编程控制器具有逻辑判断、计时、定序、运算、控制、通迅等多种功能，其可靠、灵活、易编程、易组态的优点已得到广泛认可，在电站、变电站和化工、冶金、机械等各行各业中已大量采用。目前国市场上的可编程控制器产品种类繁多，常用的产品有西门子、三菱、施耐德、通用、欧姆龙、AB等，梯子洞电站辅机控制选用的是通用发那科（GE Fanuc） 公司的VersaMax 系列可編程控制器。
3．可编程控制器在梯子洞电站辅机控制中的应用
梯子洞电站的油系统、水系统、气系统等辅机的26台泵组及4台空压机共采用了18套以GE VersaMax 可编程控制器为核心的控制单元控制，其典型结构配置和功能如下。
3．1 GE VersaMax 可编程控制器的结构组成
3．1．1中央处理器模块（CPU）：选用IC200CPU001 ，CPU模块执行用户程序，直接控制I/O模块，具有34K内存，最多支持64个模块，2048个开关量I/O点，支持浮点运算、子程序、实时时钟。此外CPU模块还内置RS-232和RS-485两个通迅口，RS-232口与触摸屏连接，RS-485口与上位机通迅，支持SNP、Modbus RTU 、Series I/O协议。
3．1．2开关量输入模块（DI）：选用IC200MDL640，DC24V正逻辑，16点/块，可接收各种开关量的传感装置如按钮、开关、BCD码拔码开关等设备的信号。
3．1．3开关量输出模块（DO）：选用IC200MDL740，DC24V正逻辑，16点/块，向接触器、指示灯和中间继电器等设备发信号。
3．1．4模拟量输入模块（AI）：选用IC200ALG230，4点/块，用于接收4-20mA的电流信号或0-10V的电压信号。
3．1．5电源模块（Power）： 选用IC200PWR001，电源模块直接安装在CPU上，为CPU和I/O模块提供5V和3.3V的电压，具有短路、过载和反极性保护。
在应用中，GE VersaMax系列可编程控制器的各种模块都提供多种型号供现场需要选择，配置中的开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块、电源模块都可灵活的进行扩展，还可方便的扩充模拟量输出模块、温度量输入模块、各种通迅模块等。
3．2软件及编程
GE VersaMax 可编程控制器的编程软件为VersaPro，编程软件环境为常用的Windows操作系统，界面友好，易于学习。VersaPro 的功能包括硬件组态，创建和编辑可编程控制器逻辑，向可编程控制器上传或下载程序，监视可编程控制器程序逻辑的执行等。
GE VersaMax 可编程控制器以梯形图，顺序功能图和指令语句等多种方式编程。常用的梯形图由传统的电气控制原理图演变而来，和传统的电气展开原理图有相似之处，两者都是用约定的图形符号或等效的电路符号作的展开原理图，都是将输入信号经特定的逻辑判断后完成一定的控制功能，所以也易于接受和学习。
3．3功能描述
对于不同的控制对象，通过对可编程控制器编程与外围自动化元件的配合易于实现不同的控制功能。现以梯子洞电站检修排水系统中的可编程控制器控制为例，简要描述可编程控制器在辅机系统控制中的功能。
3．3．1泵组启停控制：可编程控制器自动检测液位变送器的水位测量信号（4-20mA输入）和水位浮子开关的开关量信号，按预先编写的程序进行运算和逻辑判断，输出信号控制泵组的启停，维持检修集水井水位在设定范围。同时保留现地控制功能，可跨越可编程控制器用按钮开关直接启停各泵组。
3．3．2泵组主用备用自动切换：可编程控制器自动累加记录“主用”和“备用”泵组的启动次数及运行时间，自动循环切换“主用”和“备用”，启动次数及运行时间通过编程设定，满足“设备定期轮换制”的运行要求。而在传统继电器控制中，要实现泵组的主用和备用自动切换其接线是很复杂的。
3．3．3故障告警：在水位测量错误，水位越限或装置自检有故障时发告警信号，并在故障表里记录故障发生的时间和故障内容。
3．3．4显示和通迅：可编程控制器通过CPU模块的RS-232通迅口将集水井水位、泵组的工作状态等信息实时在显示屏或触摸屏上显示。通过RS-485通迅口与站内通迅机联机通迅，将工作状态上传到上位监控机监视。对一些必要的开关量，可编程控制器还提供无源I/O接点，接到电站公用LCU监控。
4．辅机控制中可编程控制器控制与传统继电器控制的比较
4．1传统继电器控制方式是通过继电器逻辑来实现控制，不但体积大、继电器多、功耗大，而且由于控制电源为强电（常为DC/AC220V），继电器和压力表等接点还容易发生烧灼、氧化、粘连等故障。而可编程控制器为模块化结构，不但占用空间小，由于采用DC24V电源作为控制电源，用程序逻辑取代继电器逻辑，可靠性高，几乎无需维修。
4．2传统控制方式采用硬接线逻辑，控制回路接线复杂，若要改变控制方式或控制条件就必需改变接线，灵活性差；而可编程控制器只要修改部分程序就能达到目的，方便灵活。
4．3传统控制方式的继电器触点数量有限，应用中常需加中间继电器来扩大触点数量，使用中受高温、潮湿等环境影响大；而可编程控制器内无硬触点，“软继电器”触点可无限次使用，更能适应高温、潮湿、振动等恶劣工作环境。
4．4 可编程控制器独立性强，具一定自诊断功能，各I/O点都有相应的指示灯显示，控制系统各点的工作状态一目了然，查找故障方便。
4．5 可编程控制器采用模块化结构，通用性强，并易于扩展。
5．结论
以可编程控制器为核心的辅机控制技术已日臻成熟，在水电站辅机控制中得到了广泛的应用，与传统继电器控制方式相比有显著的优越性。
从梯子洞电站的运行情况来看，采用可编程控制器控制的辅机系统运行稳定，可靠性高，满足电站“无人值班（少人值守）”的自动化运行要求，同时也减少了电站的维护工作量和运行成本；可作为水电站辅机控制的运行维护、传统辅机控制方式的技术改造作参考和借鉴。
作者简介：张波，男,1976- 电气工程师,研究方向为发变电运行管理
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词: 可编程控制器; 电站辅机控制;应用
Abstract: this article with programmable controller in a hole of the application of the power plant auxiliary system control for example, this paper introduces the programmable controller in hydropower station in application of auxiliary system control structure, main function, and the traditional way of control than the school and the application prospects.
Keywords: programmable controller; Power plant auxiliary equipment control; application
中图分类号：V351.31 文献标识码：A 文章编号
1．引言
位于重庆酉阳县境内的梯子洞电站是乌江支流阿逢江梯级开发的最后一级电站，装机容量3*12MW，地下式厂房，电站按“无人值班（少人值守）”设计原则设计建设，运行可靠性和自动化程度要求较高。电站的辅机包括调速器油压装置、漏油装置、蝴蝶阀液压站、渗漏井排水、检修井排水、顶盖排水、清水池供水及中压空压机、低压空压机等共26台泵组和4台空压机。这些辅机是电站发电生产过程中的重要设备，是保证电站主设备正常运行不可或缺的部分，一旦这些辅机发生事故或故障，将可能造成机组停机、水淹厂房等严重后果。为满足水电站辅机的安全可靠和自动化运行要求，电站的辅机系统的控制采用基于可编程控制器的控制方式控制。
2．可编程控制器简介
可编程控制器（Programmable Logic Controller ）简称PLC，二十世纪六十年代末在美国首先出现，目的是用来取代传统继电器，经多年的发展实践，可编程控制器技术已成为一项非常成熟的工控技术。可编程控制器具有逻辑判断、计时、定序、运算、控制、通迅等多种功能，其可靠、灵活、易编程、易组态的优点已得到广泛认可，在电站、变电站和化工、冶金、机械等各行各业中已大量采用。目前国市场上的可编程控制器产品种类繁多，常用的产品有西门子、三菱、施耐德、通用、欧姆龙、AB等，梯子洞电站辅机控制选用的是通用发那科（GE Fanuc） 公司的VersaMax 系列可編程控制器。
3．可编程控制器在梯子洞电站辅机控制中的应用
梯子洞电站的油系统、水系统、气系统等辅机的26台泵组及4台空压机共采用了18套以GE VersaMax 可编程控制器为核心的控制单元控制，其典型结构配置和功能如下。
3．1 GE VersaMax 可编程控制器的结构组成
3．1．1中央处理器模块（CPU）：选用IC200CPU001 ，CPU模块执行用户程序，直接控制I/O模块，具有34K内存，最多支持64个模块，2048个开关量I/O点，支持浮点运算、子程序、实时时钟。此外CPU模块还内置RS-232和RS-485两个通迅口，RS-232口与触摸屏连接，RS-485口与上位机通迅，支持SNP、Modbus RTU 、Series I/O协议。
3．1．2开关量输入模块（DI）：选用IC200MDL640，DC24V正逻辑，16点/块，可接收各种开关量的传感装置如按钮、开关、BCD码拔码开关等设备的信号。
3．1．3开关量输出模块（DO）：选用IC200MDL740，DC24V正逻辑，16点/块，向接触器、指示灯和中间继电器等设备发信号。
3．1．4模拟量输入模块（AI）：选用IC200ALG230，4点/块，用于接收4-20mA的电流信号或0-10V的电压信号。
3．1．5电源模块（Power）： 选用IC200PWR001，电源模块直接安装在CPU上，为CPU和I/O模块提供5V和3.3V的电压，具有短路、过载和反极性保护。
在应用中，GE VersaMax系列可编程控制器的各种模块都提供多种型号供现场需要选择，配置中的开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块、电源模块都可灵活的进行扩展，还可方便的扩充模拟量输出模块、温度量输入模块、各种通迅模块等。
3．2软件及编程
GE VersaMax 可编程控制器的编程软件为VersaPro，编程软件环境为常用的Windows操作系统，界面友好，易于学习。VersaPro 的功能包括硬件组态，创建和编辑可编程控制器逻辑，向可编程控制器上传或下载程序，监视可编程控制器程序逻辑的执行等。
GE VersaMax 可编程控制器以梯形图，顺序功能图和指令语句等多种方式编程。常用的梯形图由传统的电气控制原理图演变而来，和传统的电气展开原理图有相似之处，两者都是用约定的图形符号或等效的电路符号作的展开原理图，都是将输入信号经特定的逻辑判断后完成一定的控制功能，所以也易于接受和学习。
3．3功能描述
对于不同的控制对象，通过对可编程控制器编程与外围自动化元件的配合易于实现不同的控制功能。现以梯子洞电站检修排水系统中的可编程控制器控制为例，简要描述可编程控制器在辅机系统控制中的功能。
3．3．1泵组启停控制：可编程控制器自动检测液位变送器的水位测量信号（4-20mA输入）和水位浮子开关的开关量信号，按预先编写的程序进行运算和逻辑判断，输出信号控制泵组的启停，维持检修集水井水位在设定范围。同时保留现地控制功能，可跨越可编程控制器用按钮开关直接启停各泵组。
3．3．2泵组主用备用自动切换：可编程控制器自动累加记录“主用”和“备用”泵组的启动次数及运行时间，自动循环切换“主用”和“备用”，启动次数及运行时间通过编程设定，满足“设备定期轮换制”的运行要求。而在传统继电器控制中，要实现泵组的主用和备用自动切换其接线是很复杂的。
3．3．3故障告警：在水位测量错误，水位越限或装置自检有故障时发告警信号，并在故障表里记录故障发生的时间和故障内容。
3．3．4显示和通迅：可编程控制器通过CPU模块的RS-232通迅口将集水井水位、泵组的工作状态等信息实时在显示屏或触摸屏上显示。通过RS-485通迅口与站内通迅机联机通迅，将工作状态上传到上位监控机监视。对一些必要的开关量，可编程控制器还提供无源I/O接点，接到电站公用LCU监控。
4．辅机控制中可编程控制器控制与传统继电器控制的比较
4．1传统继电器控制方式是通过继电器逻辑来实现控制，不但体积大、继电器多、功耗大，而且由于控制电源为强电（常为DC/AC220V），继电器和压力表等接点还容易发生烧灼、氧化、粘连等故障。而可编程控制器为模块化结构，不但占用空间小，由于采用DC24V电源作为控制电源，用程序逻辑取代继电器逻辑，可靠性高，几乎无需维修。
4．2传统控制方式采用硬接线逻辑，控制回路接线复杂，若要改变控制方式或控制条件就必需改变接线，灵活性差；而可编程控制器只要修改部分程序就能达到目的，方便灵活。
4．3传统控制方式的继电器触点数量有限，应用中常需加中间继电器来扩大触点数量，使用中受高温、潮湿等环境影响大；而可编程控制器内无硬触点，“软继电器”触点可无限次使用，更能适应高温、潮湿、振动等恶劣工作环境。
4．4 可编程控制器独立性强，具一定自诊断功能，各I/O点都有相应的指示灯显示，控制系统各点的工作状态一目了然，查找故障方便。
4．5 可编程控制器采用模块化结构，通用性强，并易于扩展。
5．结论
以可编程控制器为核心的辅机控制技术已日臻成熟，在水电站辅机控制中得到了广泛的应用，与传统继电器控制方式相比有显著的优越性。
从梯子洞电站的运行情况来看，采用可编程控制器控制的辅机系统运行稳定，可靠性高，满足电站“无人值班（少人值守）”的自动化运行要求，同时也减少了电站的维护工作量和运行成本；可作为水电站辅机控制的运行维护、传统辅机控制方式的技术改造作参考和借鉴。
作者简介：张波，男,1976- 电气工程师,研究方向为发变电运行管理
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