PLC在水輪發電機自動控制系統中的應用問題研究

王智慧 朱俊杰

摘要：水輪發電機是水電廠中的重要組成部分，在目前自動控制系統不斷完善的同時，PLC技術也在其中發揮著重要作用。本文在介紹PLC技術的結構、原理和功能、特點的基礎上，分析PLC在水輪發電機自動控制系統中的具體應用情況，以供參考。

關鍵詞：PLC；水輪發電機；自動控制

1引言

近年來隨著全球經濟的快速發展，全球資源緊缺和環境惡化問題不斷加劇，因此各國都加大了對水能、太陽能、風能等可再生資源的開發和利用力度，其中我國的對于水能的開發和利用技術較為成熟，且水電站的建設數量和規模也在不斷增加，水輪機組發電在并網中所占的比例不斷提高。此外，在目前計算機技術以及相關技術的發展和進步過程中，目前在水電站的運行和管理中也基本實現了自動化運行和管理控制，代替了傳統的人工操作為主的操作和控制方式，不僅節省了人力、降低了人工勞動強度，而且提高了水電站的運行和管理效率和質量。其中在水輪發電機的自動控制系統中，PLC的應用大大提高了其自動化水平，其具有較強的邏輯功能和較為靈活的控制方式，而且具有較高的可靠性，大水輪發電機自動控制系統中發揮著重要作用。

2 PLC技術概述

PLC技術是隨著計算機技術的發展而不斷發展演化而來的一種工業控制裝置，其主要作用是進行邏輯控制和數據處理，是目前自動化技術的三個支柱技術之一，在目前的工業控制領域中具有廣泛的應用。PLC是可編程邏輯控制器的簡稱，其主要由CPU、電源、存儲器、I/O電力以及接口電路等組成，其實質是一種可編程的存儲器，可以用于其內部存儲程序、執行邏輯運算、順序控制、定時、計數、算術操作等面向用戶的指令，并通過數字或模擬式“輸入-輸出”方式，實現對工業生產中各種機械以及生產過程進行控制。在其組成結構中，CPU即中央處理器的主要作用就是進行邏輯和數學運算，對PLC的整個工作進行協調。而存儲器則主要是存儲系統的監控、邏輯變量、信息存儲和用戶程序等。接口電路是由鍵盤和顯示接口進行連接、I/O接口與通信接口進行連接而組成的現場設備和外圍設備等。輸入電路的作用就是對輸入信號進行隔離和電平轉化，而輸出電路則是對輸出的結果起到放大與電平轉化的作用，因而可以起到對現場設備進行驅動的作用。

3水輪發電機自動控制系統

近年來隨著我國經濟的快速發展，人們的生活水平有了較大的提高，而且生產方式也有了較大的改變，不僅對電能的需求量逐漸增加，而且對于電能的依賴程度也不斷增強。在我國進行能源結構調整以及電力企業改革的過程中，水輪發電機組在電力系統中的作用越來越重要，并對于維持電力系統的穩定性運行起到重要作用。在水電站的日常運行過程中，為了維持其供電的穩定性，傳統的控制方式中需要較多的工作人員對水輪發電機的運行情況進行檢查與調節和控制，不僅耗費較多的人力和物力，而且增加了水電站的運行費用。但是隨著水字畫信息技術以及通訊技術等先進技術的發展以及在水輪發電機組中的應用，尤其是PLC技術的應用，實現了水段發電機的自動控制，通過對傳統控制方式中的問題和不足進行總結，并利用PLC進行技術改造，從而實現對水輪發電機的自動控制。目前的水輪發電機自動控制系統主要可以實現能夠根據用電負荷對系統運行中發電機的電壓、轉速、功率等參數進行自動調節，而且實現對系統保護設備等裝置的自動控制，并且促進了水電站運行中無人值班模式的推廣和應用，確保發電機按照PLC編程的邏輯進行自動運轉。

4 PLC在水輪發電機自動控制系統中的應用

在水電廠中對水輪發電機的控制主要是對有功調節和無功調節兩個方面，而且水輪發電機的啟停操作也需要嚴格按照一定的順序進行，屬于典型的順序和邏輯控制系統。所以在傳統的水輪發電機控制系統中采用的是中間繼電器來實現控制效果的，但是此種方式組成的控制系統較為復雜且檢修與維護不方便，而PLC本身具有較強的邏輯功能和較為靈活的控制方式，還具有運行可靠和檢修維護方便的特點，所以已經代替傳統的中間繼電器應用于水輪發電機自動控制系統中。下面以某水電廠中PLC在水輪發電機自動控制系統中的應用情況進行介紹。

4.1在自動監控系統中的應用

在某水電廠中，其主要采用的是分散型自動監控系統，主要就是采用現場總線技術進行就地的儀表和設備控制，其是通過PLC以及遠程I/O來實現遠程控制的，而且此監控系統與水輪發電系統中的其他保護系統、調速系統、勵磁系統、主變控制單元、機組測溫單元以及技術供水等系統通過自動裝置接口進行連接，并通過遠程I/O以及現場總線的方式實現監控系統對上述系統中各種數據和信息的收集，進而可以通過對數據的整理、分析對系統運行中的異常情況進行判斷。在整個系統中采用了PLC控制器來是的實時監控以及測量功能得以實現。

4.2在閘門自動控制中的應用

在水輪發電機系統中的閘門控制中，傳統的控制方式就是通過模擬設備對閘門的位置進行測量，然后將測量信號通過相應的線路進行傳輸，因此不僅需要較多的測量和信號傳輸線路，而且具有較低的運行可靠性。而在此水電廠的閘門控制系統中，同樣采用現場總線技術，由相應的旋轉編碼器來對閘門位置進行測量，而且測量信號的傳輸是通過數字信號的方式進行傳輸，大大減少了系統所用現場接線數量，提高了系統的可靠性，而且在此系統中采用的西門子公司的S7-400PLC控制器來實現編程控制的。

4.3在泵站自動化監控系統中的應用

在水電廠的泵站自動化監控系統中，PLC是此系統的基本RTU單元，其主要作用就是進行測量和控制作用，而且在水電廠的分布式控制系統中，PLC還可以作為此系統中的節點與中心控制節點進行通訊。而且PLC與此中心控制節點進行配合來實現對本站運行中的各種參數的集中處理，以及通過圖形的形式對水位進行顯示、對抽水進行自動定時控制、并可進行自動報警和數據存儲等功能。正是由于PLC的應用才使得此系統的運行滿足監測、控制以及現代化管理的要求，也提高了此系統運行的可靠性。

此外，在水電廠水輪發電機中選用PLC的過程中，應確保此電站中PLC的型號統一，在對其輸入/輸出單元進行選取時應確保留有一定的裕量。在PLC的安裝和應用的過程中，應對其軟硬件采取相應的抗干擾保護措施，而且確保PLC裝置中電池的壽命符合設計和使用要求。

5結語

在目前微電子技術和計算機技術快速發展的背景下，PLC在我國工業領域中各個行業中具有廣泛的應用，而且其在水電廠水輪發電機自動控制系統中也發揮著重要作用，推動水電廠管理中真正實現無人操作和無人值班的管理模式，并且對其控制系統的操作流程進行簡化，降低了人工勞動強度和人工成本，提高水輪發電機的運行效率和運行可靠性，提高了水電廠的經濟和社會效益。

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