PLC在水電站自動控制系統中的運用及其串行通訊

潘培華

【摘要】自動控制系統的功能與水平是衡量我國水電站發展現代化水平的重要指標，同時也是保障水電站安全、穩定運行不可或缺的技術手段。隨著我國科學技術的不斷進步與發展，水電站自動控制系統的發展也迎來了新的機遇，PLC是一種具備邏輯編程功能的控制器，其在水電站自動化控制系統中的應用提高了水電站控制系統的自動化、智能化、科技化水平。為此，文章對PLC在水電站自動控制系統中的運用以及串行通訊進行深入的探討，以便充分發揮PLC的作用。

【關鍵詞】PLC；水電站；自動控制系統

PLC是在結合我國工業發展情況基礎上發明的數字運行電子系統，具有可編程控制功能，在系統中設置了可編程存儲器，工業生產中可以結合實際生產需要將控制程序輸入到存儲器中，從而提高控制系統的針對性，在我國機械生產、工業生產中有著廣泛的應用。而在水電站中的應用能夠為水電站的安全、穩定運行提供堅實的保障，降低水電站發生故障的幾率，為此，需要對PLC在水電站自動控制系統中的運用以及串行通訊進行具體的分析。

1、PLC在水電站自動控制系統中運用的結構與原理

PLC作為一種可編程邏輯控制器，其具有一套完整的編程程序，水電站可以根據實際控制情況，將控制要求以PLC語言算法進行轉換，輸入到系統中，系統會對輸入信息進行處理，轉換成水電站的控制要求輸出信息。但輸入控制要求信號過程中，必須排除干擾信號對控制器的影響，否則會影響控制效果。

PLC的主要應用結構為計算機結構，具體的部分有CPU、ROM、RAM以及輸入、輸出電路接口。其具備的功能有：指令接受、指令讀取、指令執行、指令中斷處理。其中ROM為水電站編制的控制要求存儲位置，并記錄已完成的控制程序；RAM一般存儲控制中產生的邏輯變量以及內部程序運行應用的各項工作單元；輸入電路接口主要負責的是信號轉換，調整為系統能夠執行與處理的信號語言；輸出電路接口主要負責的是將控制信號輸出，對現場的控制系統發揮作用，是控制信號的執行單元。

與傳統的繼電控制系統相比，PLC控制系統具有一定的優勢，例如，在水電站油壓裝置的控制上，其主要功能是為自動補氣，主要通過油壓信號器節點的信號來控制繼電器IKM的開合，實現油壓的調整，當油壓上升到上限時，繼電器IKM處于閉合狀態；但油壓下降到下限值低于額定要求時，繼電器IKM也處于閉合狀態；從而影響到補氣閥的開關狀態，這樣的控制能夠始終將水電站的油壓控制在額定要求范圍內。而使用PLC系統進行控制后，可以直接輸入控制信號代替繼電控制系統的中間介質，代替IKM等元件，直接進行控制驅動。從這個角度來看，繼電控制系統主要是通過各獨立元件發揮作用來保障控制功能的實現，而PLC主要是通過輸入的控制信號以及軟元件來完成最終的控制要求，將控制信號輸入到水電站的線圈、接線、觸點等位置上。PLC內部到軟元件，代替傳統繼電控制系統中的繼電接觸器，提高了控制的穩定性。而且PLC控制主要通過程序完成，繼電控制系統主要是通過控制元件完成，PLC控制更靈活、方便。

2、PLC與水電站控制系統其它控制設備間的串行通訊

PLC與水電站控制系統中其它控制設備間的通訊主要通過三種方式來完成，第一種是PLC控制軟件間的通訊、第二種是PLC與上位計算機之間的通訊、第三種是PLC與水電站中其它智能裝置間的通訊。在集散控制系統設計上，通過物理連接的方式將PLC與主控計算機以星型、總線型、環型等方式連接，使連接產生的局域網更科學、更合理，但還需要注意到以下事項：

一是物理層的協議問題：PLC與其它控制設備的通信會應用到接收線路、驅動電路、通信介質接口等元件而且還要考慮到插件的類型、功能與數量，保障數字信號編碼的準確，查看硬件功能是否滿足控制鏈路的要求。

二是鏈路層的協議問題：通過對鏈路的控制，能夠根據控制系統的要求組成適應格式的信息幀。

三是通訊中信息數據的更新問題：PLC在與主控計算機連接成局域網后就必須尊重通訊協議，根據每個設備的物理地址，與其保持實時有效的通訊連接。其中數據的交換主要通過計算機查詢方式來完成，主控計算機可以按照一定的周期規律對PLC設備進行查詢，但PLC設備對主控計算機的查詢進行回應后，數據就開始進行交換。而數據信息的更新主要是通過主控計算機的廣播方式來完成，根據不同節點按照主控計算機的要求進行數據信息的更新。另外，通過例外報告法也可以完成信息數據的更新，其主要是根據事先在PLC內編制的信息預定表，了解不同節點PLC的信息變化情況和變化數量，然后再根據主控計算機的要求調整PLC編制的預定表。

四是差錯可以利用抗干擾編碼進行控制，通過抗干擾編碼的制定可以自動進行差錯糾正。

五是通過PLC與上位計算機進行串行通訊需要兩組程序來完成，一組程序是PLC的通訊程序，另一組是上位計算機的通訊程序。例如，利用FX2N系列的RS通訊指令進行PLC通訊程序編制，可以將操作數S放置在數據傳輸區域的首地址，這樣在傳入中就可以接收到來自相應數據地址單元中的信息反饋，通過傳輸參數的辨認，實現通訊，但是在正式通訊之前必須對設置的指令進行激活，FX2N系列的數據長度在8位至16位之間。

3、結束語

綜上所述，PLC在我國水電站的事故信息處理、電源監視、水力機組自動化操作上發揮著不可替代的作用，提高了自動化控制的操作水平。而串行通訊在其中的應用，提高了通訊的及時性，已成為我國水電站運行不可缺少的通信環節。而且這種操作可以應用到大型泵站的控制系統中，從整體上對我國水電站的運行提供更為全面的保障。

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