基于PLC的小水電站水電機組狀態監測系統設計

樂 紅

(德宏師范高等?？茖W校，云南 德宏 678400)

基于PLC的小水電站水電機組狀態監測系統設計

樂 紅

(德宏師范高等?？茖W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，機組故障時有發生，因此各地小水電站開始酌情使用計算機監控系統。在該系統中，PLC由于其在控制方面具有實時性、可靠性、易用性等優勢，得到了廣泛的應用?；诖?，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監測系統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；狀態監測系統

1 可編程控制器概述

可編程控制器(Progra mmable Logic Controller，PLC)是為工業現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的工作狀態分為如下兩種：第一種是運行狀態，即PLC采用不斷順序掃描循環的方式來執行相應的應用程序；第二種是停止狀態，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，執行順序控制、邏輯運算、計數和定時等面向用戶的指令，并通過模擬或數字的輸入/輸出控制信號來實現各種控制功能。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、PLC在水電站水輪機調速器控制上的應用、基于PLC的水電站計算機監控系統、基于PLC的水電站集水井自動控制系統等，取得了良好的應用效果。

現如今，PLC的應用幾乎已經覆蓋了所有工業企業，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現場，因此針對不同的工業現場信號(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，能夠長時間穩定工作。此外，當發生故障時，PLC的自診斷功能還能夠及時地分析故障發生原因及部件，從而避免故障的進一步擴大。

2 小水電站水電機組狀態監測系統功能設計

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監測系統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監測系統架構圖。

圖2 水電機組控制系統的架構

基于PLC的小水電站水電機組狀態監測系統具有如下功能：

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

(2) 基于水電機組運行狀態的報警功能。當水電機組狀態監測系統所測得的參數值超過設定限值后，就立刻向操作人員發出報警信號。

(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場試驗，如機組穩定性試驗、甩負荷試驗和擾動試驗。而水電機組狀態監測系統能夠對水電機組在線運行的各種數據進行準確采集和記錄，利用系統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的變化。

(4) 指導水電機組的優化運行。通過對水電機組運行狀態各種參數的收集，水電機組狀態監測系統可以對機組不同工況下的參數進行自動統計，并據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定負荷區的運行工況，采取調整負荷的方式來避開危險或者是不穩定負荷區運行，從而延長機組的使用壽命。

(5) 擴展功能。水電機組狀態監測系統的公共部分(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的接入。

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

(7) 與計算機監控系統或水電站MIS網進行通訊。通過以太局域網，水電機組狀態監測系統與計算機監控系統或者是水電站MIS網實現了聯網，因此可以從水電站MIS網中獲取數據，同時也可以將本系統的數據以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進行了解和分析，從而實現了相互間的數據交換。

3 小水電站水電機組狀態監測系統中PLC的選型

為了確保小水電站水電機組狀態監測系統能夠正常發揮其功能，本文在考慮可靠性、經濟性、耐用性等因素的基礎上，對小水電站狀態監測系統中PLC的型號進行了選擇，最終確定使用S5系列PLC進行數據采集。

S5系列PLC適用于各行各業的監測、監測和控制的自動化，其最大特點是無論相聯成網絡還是獨立運行，都能夠實現多種復雜的控制。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及民用領域，包括各種機床、機械、電力設施、民用設施、環境保護設備等，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。

4 結語

我國所蘊藏的水能資源位于世界首位，近年來水電開發的速度不斷加快，不但滿足了居民生活用電和工業生產用電的需求，同時也極大地保護了環境，為國家可持續發展戰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，我國可開發的小水電容量占據世界總容量的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監測系統進行了深入探討。

[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。