基于PLC的機組DCS監(jiān)控開關(guān)站方案研究

王學(xué)奎 劉金永

摘 要：文章研究了核電廠機組DCS遠距離通過PLC監(jiān)控開關(guān)站內(nèi)電氣設(shè)備的問題，對在建和已建其他核電機組中開關(guān)站電氣系統(tǒng)納入機組DCS的方式進行簡要討論，指出了現(xiàn)有模式下，核電廠內(nèi)開關(guān)站與機組DCS通信存在的一些問題，給出開關(guān)站采用PLC與DCS通信控制的設(shè)計方案，通過開關(guān)站設(shè)置PLC并作為單獨的控制子站，監(jiān)控站內(nèi)設(shè)備狀態(tài)，并經(jīng)過光纖傳輸至DCS，能可靠實現(xiàn)機組DCS通過PLC監(jiān)控開關(guān)站設(shè)備運行狀態(tài)，方案在核電廠實現(xiàn)了應(yīng)用，效果較好。

關(guān)鍵詞：監(jiān)控;PLC;DCS;MODBUS

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.18.116

0 前言

PLC（Programmable Logic Controller），可編程邏輯控制器，主要是為工業(yè)生產(chǎn)過程電氣控制設(shè)計研發(fā)，具有很強的穩(wěn)定性，在工業(yè)控制的過程中得到了非常廣泛的使用，在實現(xiàn)工業(yè)自動化方面具有非常重要的意義[1]。隨著大工程系統(tǒng)集成復(fù)雜度提高，PLC不再作為一個簡單的工業(yè)控制器來使用，還可以建立一個工控站，與外部系統(tǒng)通信，實現(xiàn)信息傳輸與開關(guān)控制作用，這對核電機組DCS（Distributed Control System）遠距離監(jiān)控開關(guān)站內(nèi)的開關(guān)設(shè)備有很好的借鑒作用。在核電廠內(nèi)，開關(guān)站是核電廠與電網(wǎng)的連接樞紐，有一套NCS（Network Control System）系統(tǒng)負責站內(nèi)設(shè)備的運行狀態(tài)監(jiān)控，屬于電網(wǎng)管轄。開關(guān)站內(nèi)設(shè)備的運行狀態(tài)對核電機組的運行安全也有很重要的作用。核電廠內(nèi)機組功率大，相應(yīng)的輔助設(shè)備多，占地面積也大，而開關(guān)站一般是幾個發(fā)電機組的公用站，所以從廠址上，開關(guān)站與機組運行中心距離較遠（一般在1公里以上），直接與機組DCS通信，無法實現(xiàn)。機組DCS系統(tǒng)屬于工業(yè)控制系統(tǒng)，有一套完整的設(shè)計思路和通信體系，開關(guān)站屬于涉網(wǎng)設(shè)備，電網(wǎng)在系統(tǒng)設(shè)計和內(nèi)部通信中有著自己的規(guī)范，兩者均是一套完整的體系，且均適應(yīng)對應(yīng)行業(yè)的發(fā)展，技術(shù)成熟，不容易更改。在開關(guān)站內(nèi)設(shè)計PLC，與機組DCS通信從而控制站內(nèi)設(shè)備，成為核電廠開關(guān)站設(shè)計的一種重要思路。

1 當前核電機組DCS監(jiān)控開關(guān)站方案分析

目前部分在建和已建核電廠的常規(guī)做法是采用硬接線方式將開關(guān)站內(nèi)電氣量直接接入機組DCS系統(tǒng)，目前嶺澳、紅沿河和寧德核電站均采用此方式。硬接線傳輸信號雖然可靠、迅速，但是信息數(shù)量有限，而且擴展性能不理想，自動化程度較低，當傳輸距離較遠時，會遇到信號受干擾不穩(wěn)等問題[2]。

如果采用開關(guān)站內(nèi)的NCS系統(tǒng)（電力網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)）與DCS長距離通信，會帶來電力系統(tǒng)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)與DCS通信規(guī)約不一致、DCS命令出口時間延長，以及NCS的二次安防復(fù)雜化等問題。

2 PLC在開關(guān)站內(nèi)的設(shè)計應(yīng)用研究

2.1 PLC控制方案

采用plc簡單控制網(wǎng)絡(luò)，主要指的是在一個主站，當中設(shè)置一臺PLC和一臺個人計算機，在從站當中設(shè)置多臺PLC或者一臺PC機，在整個網(wǎng)絡(luò)當中主站的主要作用是對plc系統(tǒng)進行控制、編程、報警等。PLC系統(tǒng)布置在500kV開關(guān)站內(nèi)，是一個獨立的控制子站，能夠?qū)崿F(xiàn)對開關(guān)站內(nèi)電氣量的測量、開關(guān)站位置狀態(tài)的監(jiān)測以及分合斷路器。PLC對站內(nèi)數(shù)據(jù)的監(jiān)控主要有三大部分：

（1）開關(guān)位置監(jiān)控。用于監(jiān)控站內(nèi)開關(guān)，可通過PLC裝置的數(shù)字量輸入輸出實現(xiàn)。

（2）模擬量監(jiān)測。讀取開關(guān)站內(nèi)的電壓、電流以及氣體壓力等，這些模擬量轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的4-20mA或1-5V等標準的弱電信號，接入PLC的模擬量模塊。

2.2 機組DCS與PLC通信控制方案

通信采用MODBUS協(xié)議，該協(xié)議經(jīng)過多年的實際應(yīng)用，已經(jīng)成為一種應(yīng)用于工業(yè)控制器上的標準通信協(xié)議。該通信格式，以主從形式完成信息的傳送。設(shè)計中，可考慮將機組DCS作為主機（Master），站內(nèi)的PLC作為從機（Slave），主機定期發(fā)出指令，從機收到后，判斷指令類型，若主機只是讀取數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳遞給主機，如主機要操作開關(guān)，則執(zhí)行命令。

由于距離較遠，常規(guī)的網(wǎng)絡(luò)通信實現(xiàn)成本過大，采用光纖通信可減少信號的損耗，同時能提高通信可靠性。每一個核電廠只有一個500kV/220kV開關(guān)站系統(tǒng)，兩臺機組均要通過PLC控制站內(nèi)的開關(guān)設(shè)備，所以要考慮PLC通信的獨立性和冗余性。

3 工程案例應(yīng)用分析

開關(guān)站PLC系統(tǒng)與機組DCS通信方案的設(shè)計在臺山核電得到了很好的應(yīng)用，目前1號機組已商運，2號機組也即將并網(wǎng)，兩臺機組均通過PLC實現(xiàn)對開關(guān)站內(nèi)設(shè)備數(shù)據(jù)的監(jiān)控。在開關(guān)站PLC柜內(nèi)，同時設(shè)有就地顯示和控制屏幕，能就地顯示數(shù)據(jù)，經(jīng)過光纖實現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳至機組DCS，也可以就地操作，實現(xiàn)對開關(guān)的控制，作為DCS的后背功能。與開關(guān)站內(nèi)NCS系統(tǒng)完全分開，既保證了電網(wǎng)運行的要求，同時又實現(xiàn)了機組DCS對開關(guān)站內(nèi)設(shè)備數(shù)據(jù)的監(jiān)控，且監(jiān)控數(shù)據(jù)點相對于其他項目增多數(shù)倍，實現(xiàn)機組DCS對開關(guān)站的全方位監(jiān)控。

4 結(jié)語

PLC技術(shù)的發(fā)展，為多系統(tǒng)聯(lián)合控制提供了很好的解決方案，PLC可作為一個微型獨立的控制站，通過擴展接口，可以接收很多現(xiàn)場數(shù)據(jù)，對大系統(tǒng)的數(shù)據(jù)要求提供了很好的設(shè)計思路。方案中，PLC作為一個子站能夠獨立監(jiān)控開關(guān)站內(nèi)的設(shè)備數(shù)據(jù)，同時通過光纖通信，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的遠距離傳輸，而且穩(wěn)定性強。對其他核電廠項目的開關(guān)設(shè)計提供了很好的借鑒，同時對負載多系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信的設(shè)計，也提供了很好的設(shè)計思路。

參考文獻：

[1]樓緯.通信技術(shù)在PLC自動化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用分析[J].數(shù)字通信世界，2019（02）：99.

[2]閆天軍，郭偉，趙樹春.火電廠電氣監(jiān)控系統(tǒng)接入DCS方式的分析[J].電力系統(tǒng)自動化，2006，30（11）：86-89.

作者簡介：王學(xué)奎（1982-），男，山東菏澤人，碩士研究生，電力工程師，研究方向：智能電網(wǎng)。