基于PLC的小水電站水電機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)設計

樂 紅

(德宏師范高等專科學校，云南 德宏 678400)

基于PLC的小水電站水電機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)設計

樂 紅

(德宏師范高等專科學校，云南 德宏 678400)

我國小水電站水電機組的運行水平沒有達到應有的高度，機組故障時有發(fā)生，因此各地小水電站開始酌情使用計算機監(jiān)控系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，PLC由于其在控制方面具有實時性、可靠性、易用性等優(yōu)勢，得到了廣泛的應用。基于此，在闡述PLC組成和特點的基礎上，對基于PLC的小水電站水電機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)架構和功能進行了深入分析，以期為促進PLC在小水電站的應用提供有益的參考。

PLC；小水電站；水電機組；狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)

1 可編程控制器概述

可編程控制器(Progra mmable Logic Controller，PLC)是為工業(yè)現(xiàn)場應用而專門設計的，它由輸出電路、輸入電路、中央處理單元、電源、編程器等部件構成(圖1)。PLC的工作狀態(tài)分為如下兩種：第一種是運行狀態(tài)，即PLC采用不斷順序掃描循環(huán)的方式來執(zhí)行相應的應用程序；第二種是停止狀態(tài)，一般用于修改和編寫相應的程序。

圖1 PLC的組成

PLC以CPU為核心，結合自動控制、計算機等技術，執(zhí)行順序控制、邏輯運算、計數(shù)和定時等面向用戶的指令，并通過模擬或數(shù)字的輸入/輸出控制信號來實現(xiàn)各種控制功能。PLC在水電站的應用存在于多個領域，例如基于PLC的水電站緊急停機保護系統(tǒng)、PLC在水電站水輪機調速器控制上的應用、基于PLC的水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)、基于PLC的水電站集水井自動控制系統(tǒng)等，取得了良好的應用效果。

現(xiàn)如今，PLC的應用幾乎已經覆蓋了所有工業(yè)企業(yè)，它具有如下特點：

(1) PLC的安裝和維護都非常便利。由于PLC具有很強的抗干擾能力，因此一般只要將其I/O端和相應設備進行連接，就可以正常運行。此外，PLC是由多個不同的模塊構成的，模塊發(fā)生故障后，不需要對整個裝置進行維修，只需要檢修或更換相應模塊，就能夠使PLC重新恢復正常。

(2) PLC采用模塊化結構，用戶非常容易就能夠學會操作。PLC的每個功能對應一個編程模塊(子程序)，用戶只需要看懂繼電器接線圖，就能夠按照其邏輯關系進行編程。

(3) PLC具有多樣化的I/O接口模塊。由于PLC需要運行于多個不同的工業(yè)現(xiàn)場，因此針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號(如強電或弱電、開關量或模擬量、脈沖或電位)配置了多樣化的I/O接口模塊(如電磁線圈、接近開關、按鈕等)。

(4) PLC具有很高的可靠性。PLC對采用的器件進行嚴格篩選，各輸入端都適用了R- C濾波器，并且每個模塊都配備了相應的屏蔽措施，因此具有較高的可靠性，能夠長時間穩(wěn)定工作。此外，當發(fā)生故障時，PLC的自診斷功能還能夠及時地分析故障發(fā)生原因及部件，從而避免故障的進一步擴大。

2 小水電站水電機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)功能設計

如前文所述，PLC在小水電站水電機組控制中的應用較多，本文將以水電機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)為例來探討其具體應用。圖2為基于PLC的小水電站水電機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)架構圖。

圖2 水電機組控制系統(tǒng)的架構

基于PLC的小水電站水電機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)具有如下功能：

(1) 實時狀態(tài)監(jiān)測、分析和記錄功能。水電機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)能夠實時監(jiān)測水電機組的穩(wěn)定性參數(shù)(大軸擺度、壓力脈動和機架振動等)，并進行參數(shù)的計算、分析和特征提取。

(2) 基于水電機組運行狀態(tài)的報警功能。當水電機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)所測得的參數(shù)值超過設定限值后，就立刻向操作人員發(fā)出報警信號。

(3) 機組性能的評估和分析。在以往，對水電機組性能進行評估和分析的主要方式是進行一系列的現(xiàn)場試驗，如機組穩(wěn)定性試驗、甩負荷試驗和擾動試驗。而水電機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)能夠對水電機組在線運行的各種數(shù)據(jù)進行準確采集和記錄，利用系統(tǒng)所提供的一系列性能分析功能，讓用戶隨時了解機組運行狀態(tài)的變化。

(4) 指導水電機組的優(yōu)化運行。通過對水電機組運行狀態(tài)各種參數(shù)的收集，水電機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)可以對機組不同工況下的參數(shù)進行自動統(tǒng)計，并據(jù)此生成機組實際運行的特性曲線，確保用戶能夠掌握危險或者是不穩(wěn)定負荷區(qū)的運行工況，采取調整負荷的方式來避開危險或者是不穩(wěn)定負荷區(qū)運行，從而延長機組的使用壽命。

(5) 擴展功能。水電機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的公共部分(網絡設備和軟件)，在設計之初就具有很靈活的擴展功能，并預留了足夠的接口和容量，從而便于日后其他系統(tǒng)的接入。

(6) 對事故進行追憶。水電機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)能以開關量狀態(tài)變化、轉速變化、擺動擺度異常及運行參數(shù)變化啟動系統(tǒng)進入事故狀態(tài)。系統(tǒng)含有黑匣子數(shù)據(jù)庫和當前數(shù)據(jù)庫，能夠對發(fā)生事故前10 min和事故發(fā)生后5 min的詳細數(shù)據(jù)進行追憶。當系統(tǒng)進行事故狀態(tài)后，能夠在最短的時間內對事故后的數(shù)據(jù)進行記錄，事故后的數(shù)據(jù)采集完畢后，系統(tǒng)自動將存儲在緩沖數(shù)據(jù)庫中被凍結的事件前數(shù)據(jù)送到黑匣子數(shù)據(jù)庫中，這樣確保黑匣子數(shù)據(jù)庫能夠詳細地存儲事故發(fā)生前后的機組數(shù)據(jù)。

(7) 與計算機監(jiān)控系統(tǒng)或水電站MIS網進行通訊。通過以太局域網，水電機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)與計算機監(jiān)控系統(tǒng)或者是水電站MIS網實現(xiàn)了聯(lián)網，因此可以從水電站MIS網中獲取數(shù)據(jù)，同時也可以將本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)以WEB的方式傳輸給MIS網，使得MIS網上的所有用戶都可以通過IE瀏覽器或者是以WEB化的方式對水電機組的運行狀態(tài)進行了解和分析，從而實現(xiàn)了相互間的數(shù)據(jù)交換。

3 小水電站水電機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中PLC的選型

為了確保小水電站水電機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)能夠正常發(fā)揮其功能，本文在考慮可靠性、經濟性、耐用性等因素的基礎上，對小水電站狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中PLC的型號進行了選擇，最終確定使用S5系列PLC進行數(shù)據(jù)采集。

S5系列PLC適用于各行各業(yè)的監(jiān)測、監(jiān)測和控制的自動化，其最大特點是無論相聯(lián)成網絡還是獨立運行，都能夠實現(xiàn)多種復雜的控制。S5系列PLC具有如下特點：非常豐富的指令集、極高的可靠性、強大的通訊功能、簡單易懂的操作模式、豐富的內置集成功能和擴展模塊，因此其使用范圍從替代繼電器的簡單控制到更復雜的自動化控制，應用領域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測、自動化控制有關的工業(yè)及民用領域，包括各種機床、機械、電力設施、民用設施、環(huán)境保護設備等，如沖壓機床、磨床、印刷機械、橡膠化工機械、中央空調器、電梯控制、運行系統(tǒng)。

4 結語

我國所蘊藏的水能資源位于世界首位，近年來水電開發(fā)的速度不斷加快，不但滿足了居民生活用電和工業(yè)生產用電的需求，同時也極大地保護了環(huán)境，為國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實施作出了應有的貢獻。就安裝容量而言，小水電處于所有水電站的末端，我國可開發(fā)的小水電容量占據(jù)世界總容量的50%以上，小水電資源在西藏、四川、云南、重慶和貴州等五省尤為豐富，小水電已經成為我國電力發(fā)展的熱點。為了確保小水電站水電機組的正常運行，本文筆者就如何構建基于PLC的小水電站水電機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)進行了深入探討。

[1] 李艷華，劉宇，史廣志.PLC在水電機組濾水裝置控制系統(tǒng)中的應用[J].吉林電力，2004(6)

[2] 曾瑞平.基于PLC的水電機組油壓裝置電氣控制系統(tǒng)設計[J].農家科技，2011(5)

[3] 王麗梅，李宏鋼.基于PLC的水電機組LCU控制程序設計[J].城市建設理論研究，2012(33)

2014-09-10

樂紅(1968—)，女，云南保山人，講師，研究方向：水電站動力設備。