水电厂自动化控制系统的PLC改造

http://www.chinaqking.com 期刊门户-中国期刊网2018/5/8来源:《电力设备》2017年第36期文/徐斐 姜岷
[导读]摘要:随着社会的发展,我国的科学技术有了飞速的发展,PLC技术也得到了广泛的应用。

        (国网新源水电有限公司富春江水力发电厂  浙江省杭州市  311504)
        摘要:随着社会的发展,我国的科学技术有了飞速的发展,PLC技术也得到了广泛的应用。PLC作为一种集运行速度快、通信功能强、高生产力且易操作等特点为一身的可编程控制器,被广泛应用于各个行业。尤其在提高水电厂自动化控制水平中的应用极具代表性。从水电厂对PLC自动化控制系统应用的需求出发,结合PLC的功能特性,制定了针对水电厂自动化控制系统的PLC改造方案,以期可实现高度自动化、可维护、高可靠性的水电厂自动化控制。
        关键词:水电厂;自动化控制;PLC改造
        引言
        现代我国水电厂建设已趋于自动化,水电厂电力系统自动化控制技术的发展不仅关系我国经济与工业的发展,同时也与人们的生活戚戚相关。因此,只有加强对电力建设的发展,才能促进我国国民经济的繁荣昌盛。虽然我国水电厂的发电能有所提高,但现阶段水电厂电力系统自动化水平还不够高,设备也不够先进,所以发展和提高水电厂电力系统的自动化控制技术是目前研究的重点课题。伴随着工业计算机技术的不断应用和发展,通过对水电厂自动化系统进行PLC改造,可有效确保水电厂的稳定可持续发展。
        1PLC概述
        PLC是可编程控制器。重要的工作原理就是,利用对系统软件的控制,根据串行方法工作。控制系统会按照PLC当中编程好的扫描顺序,对每一个输入点状态扫描,之后从一定程度上对数据进行处理,之后向输出点传达控制指令。每一个时间点,CPU只需要同时执行一条指令,接着循环运转。
        2PLC技术的原理
        PLC简单地说就是自动扫描用户程序,其次序是自上而下。不仅是扫描梯形图,也是要扫描电气自动化设备中的各触电回路,还要运用逻辑运算的能力来处理不同触点所落实的控制线路。在系统RAM存储区域中,刷新逻辑线圈中的状态要按照计算后获取的成果来进行操作。当然,输出线圈于I/O映像区中所指定位置的状态也要进行刷新。
        3PLC特点介绍
        3.1抗干扰性
        抗干扰性是受到多个不同领域的因素的影响的,首先,设备本身的电磁兼容能力和自带的抗干扰能力就是一个很重要的影响因素,选择设备的时候,要仔细的研究、对比每种不同设备的性能问题,并且严格按照一定的采购标准进行选择;其次,就是对设备内部的线缆问题的分布情况,在设备内部有各种各样的线缆问题,我们要做的工作就是合理安排动力电缆的设置位置,并且采用滤波、隔离的操作合理处理引线问题,合理设置接地点,这些操作也可达到抗干扰性的作用。最后一点就是比较综合性的措施:合理安排电缆的信号传输相关工作,传输信号有所不同,根据不同的传输信号,安排信号电缆,提高各部分的传输效率和信息接收效率。
        3.2编程简单,使用方便
        目前大多数PLC采用继电控制形式的“梯形图编程方式”,既有传统控制线路的清晰直观,又适合电气技术人员的读图习惯和微机应用水平,易于接受,与常用的汇编语言相比,更受欢迎。为进一步简化编程,当今的PLC还针对具体问题设计了诸如步进梯形指令、功能指令等。PLC是为车间操作人员而设计的,一般只要很短时间的训练即能学会使用。而微电脑控制系统则要求具有一定知识的人员操作。当然,PLC的功能开发需要有软件专家的帮助。这是优于微机的另一个特点。
        3.3便于维护
        电子技术的综合性应用是PLC的一个重要的特点,从外观上来说,PLC体积小,内部组成部分结构紧凑,而且便于挪动,消耗的能量资源较小,这些特点综合起来实现了机电一体化的目标,使其具有便于维护的特点。
        3.4减少控制系统设计及施工的工作量
        由于PLC采用软件编程来达到控制功能,而不同于继电器控制采用接线来达到控制功能,同时PLC又能率先进行模拟调试,并且操作化功能和监视化功能很强,这些都减少了许多的工作量。
        4水电厂自动化控制系统的PLC改造分析
        4.1PLC自动化系统控制设计方案
        PLC控制系统的设计需要考虑到可靠性高、自动化程度高、易于维护等多方面的要求。所以应对控制对象预先设置的要求下,加入相应的监测系统,当遇到突发事故时,可产生报警功能,并及时切断电源,以降低损失。基于此,针对水电厂自动化控制系统的PLC改造应进行以下方面的改进设计。1)在网络通信方面。整个网络应使用MB+网方式通信与MODBUS协议,外部网络应用以太网进行通信,以有效确保远方监控的稳定运行,实现调度自动化。2)系统时钟同步管理。水电厂的自动化控制系统,还需要有高精度的时钟装置来对监控系统进行时间校对与管理,只有确保系统内各个子系统的时钟可同步,才能满足系统的控制要求。3)上机位方面和现地控制单元方面。
        4.2上位机设计
        硬件配置:上位机应该具备性能与可靠性高的特点。因此,CPU的主频不能低于3GHz,内存需要1G以上的容量,硬盘容量不能低于100GB,而且需要高分辨率的显示器。软件:通常使用组态工业控制软件,这类软件可以便于研发人员在短时间内开发出性能先进的整套工业控制系统软件。有助于缩短软件设计与开发的周期,并且可以节约成本,有效地降低了工业造价。
        4.3水电厂控制单位的设计
        通常水电厂的工作环境较为恶劣,主要受电磁干扰、潮湿以及振动干扰等因素的影响,水电厂(泵站)中的一些设备因处的环境都比较恶劣,空气的湿度较大,灰尘比较多,这就对控制系统的可靠性提出了更高要求。传统的辅机控制系统采用继电器、接触器回路,这种回路有许多缺点,如接线复杂,改造困难,维护工作量大,继电器、接触器接点容易烧坏,寿命低,继电器灵敏度低,可靠性差,不能满足远动和通信的要求。本文主要选自QUANTUM系列可靠性非常高的可编程控制器(PLC)为核心组件,配以一系列专用模块,并可固态控制器、软起动器或变频器取代接触器控制电机,很好地克服了这些缺点。此外,PLC的电源对整个机组运行的稳定与否直接相关,所以在设计过程中,应该考虑到电源是否可满足机组以及突发事故的需求,本文主要采用了220V的交流供电方式和24V的直流供电两种方式,以交流电为主,以直流电源为辅。在进行水电厂控制系统PLC改造后,还要进行实操试验,在确保没问题后才能投入运行。
        5PLC在水电厂中的实际应用
        5.1PLC在泵站自动化监控系统中的应用
        在泵站的自动化监控系统中,主要是将PLC可编程控制器作为系统的基本RTU单元,来实现水电厂系统中各种设备的控制和测量工作;此外还可将PLC作为系统的一个节点,主要用作与控制节点完成相应通信。系统网络中所涉及到的相关各类图形及参数都可通过IPC计算机予以显示,并对存在的相关问题进行集中处理,进而实现水电厂的自动监控,动态显示水电厂中水位情况,以及数据存储数据等各项功能。
        5.2PLC在水电厂闸门中的应用
        在以往的水电厂闸门控制系统中,主要是利用模拟设备对闸门的位置进行测量。在实际运行过程中,为实现闸门位置信号的测量往往需要很多接线,严重降低设备运行可靠性。所以,在水电厂闸门控制系统中,选用带有现场总线接口的旋转编码器,来对闸门位置进行测量,不仅可减少现场接线数量,还能有效提高数字传输速度,确保运行可靠性。
        结语
        综上所述,本文通过在PLC基本特性原理的基础上,对水电厂进行自动化控制系统的PLC改造,可有效提高水电厂的自动化控制性能,不仅可改善水电厂的运行环境,同时还能减轻工作人员的劳动强度,节约经济成本。同时,当电力系统出现故障时,PLC还可及时控制并切断事故源,有效降低事故损失。随着PLC技术的不断发展应用,我国的水电厂控制系统必将会更加可靠与稳定。
        参考文献
        [1]黎洪.浅谈水电厂自动化控制系统的PLC改造[J].中国高新技术企业,2014(15):53-55.
        [2]施美霖.水电厂自动化控制系统的PLC改造[J].水电厂自动化,2007(3):11-17.
        [3]顾颖萌,崔建华.PLC在水电机组自动化控制系统中的应用研究[J].测控技术,2002,21(6).