PLC在中小型水電站監控系統中的應用與研究

吳佩澤

華能甘肅水電開發有限公司 甘肅 蘭州730070

1 水電站監控系統簡介

對于一個中小型水電站的監控管理系統來說，其監控系統還存在自動化技術不全面、運行不穩定等因素。水電站控制系統具有有功和無功調節的作用，其機組啟停機操作要按照規范化的制度形式開展，這也是標準的邏輯控制系統。與之前的中間繼電器相比，有諸多優點，但其控制系統具有復雜和維修困難也有所提升。而PLC技術自身邏輯功能出色，控制簡便，具有較高的穩定性和可靠性，能夠取代傳統的繼電器控制，應用于我國水電站的調節系統當中，從而提升了水電站的工作效率。

1.1 中小型綜合水電站應用計算機安全監控管理系統軟件設計基本原則 電站采用計算機遠程監控管理系統，系統按"無人值班"(少于一人同時值守)的基本原則設計進行系統設計，既同時可實現站內遠程監控，又有可能同時實現遠程站外監控。系統高度可靠，實時性好，抗干擾能力強，適應現場工作環境。選用開放式、全方位分布的系統結構，系統硬件配置和主要設備組件選型均能適應我國計算機行業發展迅速的應用特點，具有好的選進性和從前向后性的兼容性，充分故障保護本機用戶的正常投資。

軟件設計采用系統模塊化、結構化軟件設計，保證系統的應用可擴性，滿足系統功能不斷增加及系統規模不斷擴充的應用需要。采用成熟的、可靠的、標準化的企業硬件、軟件、網絡結構。監控管理系統工作響應速度快，可靠性和資源可用率高，可維護性好。監控管理系統人機接口操作功能強，適應大型電廠設備運行人員習慣性的操作。

1.2 中小型綜合水電站采用計算機安全監控管理系統硬件配置工作模式(1)采用集中式整體結構。該通信模式兩層之間的無線網絡連接結構主要是基于現場通信總線或以太網總線聯接的一個實時視頻通訊無線網絡。其主要特點之一就是所有網絡監控軟件功能在在同一臺虛擬主機上同時運行，簡單、可靠、造價低、投資少。適用于對工程監控管理系統性能要求不高的小型地下水電站工程綜合管理自動化監控系統。

(2)采用星形網/網狀環網網絡結構設計模式。采用PLC直接總線連接以太網的全方位開放、分層、分布式網絡結構。該系統結構主要適用于通信協議復雜，協議接口數量比較多而且PLC通信接口占用數量比較少，對水電監控管理系統性能要求較高的中小型地下水電站群的綜合利用自動化監控系統。

2 PLC在中小型地下水電站安全監控管理系統設計中的重要應用

2.1 中小型水電站監控系統概述A 水電站為中小型水電站，在該水電站監控系統設計過程中，主要針對分站層設備，采用PLC技術，根據電站安全性能需求，進行了水電站現場自動化現場控制系統組件。

2.2 PLC在中小型水電站監控系統設計目的 以中小型水電站閘門監控為例，在中小型水電站監控系統應用過程中，現場控制單元PLC應用的根本要求為閘門閉合控制。一般來說，PLC控制單元需要依據前期設置的程序控制電磁閥與電源模塊的連接或脫離，達到閘門升降或者同位糾偏控制的目的；而中小型水電站水位監測主要通過上、下游污水位置系統安裝的上游水位測量傳感器，通過一個PLC的模擬量數據采集處理模塊與上游水位測量傳感器、監控器和系統應用終端的接口連接，根據水位變化對中小型水電站閘門進行控制；在中小型水電站閘門現場控制模塊，主要通過閘門兩端閘門開度儀與PLC模塊的并聯。以數字量的方式進行傳輸，從而達到閘門全閉合啟動控制、閘門糾偏、閘門下滑防控預警等處理。

此外，在現場實時閘門控制范圍監控的基礎上，若閘門現場控制單元PLC與監控中心間出現傳輸中斷現象。通過現場控制單元PLC的運行，可實現自動系統診斷與人工共同作業，從而保證現場作業環境的穩定、安全。

2.3 PLC在中小型水電站監控系統中的設計 針對中小型水電站監控系統現場控制設備類型多、信號復雜、電磁干擾強度大、控制系統濕度大、堵塞風險大的特點。在PLC控制設備選擇過程中，結合實際水電站控制需求，可選擇美國通用電氣公司生產的90-30系列產品，或者西門子企業生產的S7-301系列產品。以西門子S7-301產品為例，其內部模塊具有電源中斷自動控制、pid自動控制、間接尋址、結構化編程、軸對點定位控制模塊、c方言語言協議預處理控制模塊、genius控制模塊、basic控制模塊、高速自動計數器控制模塊等幾個核心模塊。不僅可以完成復雜的指令，而且可以通過簡化啟動、故障自動診斷，作為單獨的PLC場制單元進行獨立控制。

在實際應用過程中，可選擇IC694zao CPU360型CPU 模塊，其內部具有4KI/O儲存區、240.0K可配置內存、SNP通信串口、670mA 電源及RS-485端口。可以通過TCP/IPMODBUS 協議接口的基礎上，與PROFIBUSDOP現場總線相連，保證遠程高速網絡數據傳輸。

3 基于PLC技術中小型水電站監控系統應用效益分析

在實際監測應用發展過程中，基于大型PLC監測技術的中小型水電站現場監控監測系統主要具有實時現場狀態數據采集、記錄、分析以及監測的四大功能，其系統可通過電機壓力齒輪脈動、機架齒輪振動、大軸齒輪擺動三種參數的實時檢測，提取系統關鍵性能參數，確定性能預警檢測數值，保證中小型水電動力機組現場狀態性能預警檢測信號的及時、準確性地發出；而系統通過中小型水電動力機組現場狀態預警檢測監控系統實際運行，也成為可以直接依據現場狀態監測數據單元采集PLC內部監測數據，結合以往監測數據采集記錄，進行系統實際應用運行性能評估分析，可為后期水電動力機組性能優化系統運行及公共部分水電功能區的擴展應用提供有效的技術指導。

結束語

綜上所述，探討PLC在中小型民用水電站安全監控管理系統建設中的實際應用對中小型水電站的持續發展建設具有重要的推動作用。因此要進一步加強PLC在中小型水電站監控系統中的應用，這樣才能提高系統運行的穩定性。