Quantum PLC 在水電廠現地控制單元改造中的應用

1 引言
隨著國民經濟的發展，對電力系統、電廠的要求越來越高。對于水電廠來說，裝備一套結構合理、功能完善、可靠性高的現地控制單元，是水電廠提高安全生產水平，實現“無人值班”的重要環節。

2 原有設備問題分析
2.1 原有現地單元
原有現地控制單元包含一面盤柜，柜內安裝了Modicon984-145型PLC，參見圖1。該PLC屬于湊型的PLC，基本的控制和數據采集功能都可以實現;與一體化工控機以及上位機采用了MB+網方式通信，該PLC僅具有一個RS-233口，協議固定為MODBUS，規約只能是MODBUS從站。

圖1 原有盤柜布置圖

2.2 原系統存在問題
(1) 整個電站的通信采用一個MB+網，當通信線路一個地方發生故障可能會影響整個電站的運行，對電廠的安全運行形成隱患;
(2) 對外通信擴展不方便，許多外部設備的信息無法采集到PLC中去;
(3) 隨著外部控制設備的更新改造，所需測控點數增加，原有配置已無法滿足要求;
(4) 當地顯示界面即一體化工控機故障率比較高;
(5) 備品備件訂貨越來越困難。
為此需對現地控制單元進行更新改造。

3 技改方案分析
結合水電廠現場改造的經驗，提出如下三個現地控制單元改造方案以供比選。
(1) 全部更新
把原有設備全部更新，改用Quantum PLC。全部更新，原有設備要全部報廢，這樣改造的成本較高，同時現場配線、安裝等工作量都較大，改造周期較長。
(2) 擴展DI/DO新屏
擴展一面屏，增加開關量輸入和輸出點數，PLC仍采用Modicon984，和上位機通信仍需采用MB+方式。由于僅僅是對原有系統進行擴充，增加了相關的點數，整個系統的功能特點以及可靠性等并沒有過提高，這種方案改造的意義不大。
(3) 擴展PLC新屏
原有屏柜保持，新擴展一面屏柜，采用Quantum PLC，Quantum PLC與原有PLC采用MB+網進行通信;與上位機通信方式改用以太網通信，即PLC直接上以太網，在新增屏柜上安裝一臺通信管理機。
在充分利用原有設備的基礎上，增加了一套Quantum PLC，數據處理能力得到很大的提高，Quantum PLC具有無與倫比的網絡連接能力，特別是應用于MODBUS　PLUS網絡的站間通訊(Peer Cop)技術，其快速、準確、可靠的性能充分滿足功能要求，在新盤柜和舊盤柜之間即采用MB+網進行通迅，高速MB+網絡的通訊功能也得到了充分的利用，上位機的通迅改用了以太網方式，提高了速度和可靠性，同時改造過程中工作量也增加的不是很多，具有可行性。

4 系統設計
系統配置方案如圖2所示。在該方案中，原有Modicon984 PLC配置以及盤柜布置和外部接線不作任何更改;增加了一套盤柜，盤柜內安裝了一套Quantum PLC，PLC配置有140CPU 11303S，增加了開入模件、開出模件、模入模件、以太網通信模件。這就彌補配置點數不足的問題，同時解決了與上位機通信的問題。

圖2 原配盤柜與擴展盤柜

4.1 數據采集和處理功能
原配置Modicon984 PLC和新增Quantum PLC都具數據采集功能，都配有相應的數據采集模件，兩套PLC共同完成現地控制單元的數據采集功能;Modicon984 PLC采集到的所有數據通過MB+網絡，采用Peer Cop方式送到Quantum PLC中去，Quantum PLC對所有的數據進行處理，即數據處理功能全部由Quantum PLC完成，這就充分利用了Quantum PLC高速的數據處理功能。

4.2 控制和調節功能
Modicon984 PLC和新增Quantum PLC都配有開關量輸出模件，即都具有控制和調節功能;Modicon984 PLC中的開出點，既可以由Modicon984 CPU控制也可以由Quantum PLC控制，兩者是‘或’的關系;Quantum PLC通過MB+網絡，采用Peer Cop方式把開出點信息送到Modicon984 PLC中去，同時Modicon984 PLC也編有程序，可以實現對開出點的控制，這主要是用來實現對輔機或自啟動流程的控制。
4.3 人機界面
在新增盤柜，裝有觸摸屏，觸摸屏與Quantum PLC通迅，這樣可以實現所有數據的實時動態顯示，同時可以下發相關的控制令給Quantum PLC，Quantum PLC接受到控制命令后進行解釋執行。
4.4 對外通信
在新增盤柜，安裝有以太網通信模件和通信管理機，以太網通信模件用來和上位機系統通信。通信管理機主要是把現場輔助設備的運行信息進行采集，同時把采集到的數據信息送到Quantum CPU里，其自身具有八個RS-232串口，這樣整個現地控制單元的外部通信功能大大增強。
4.5 系統結構主要特點
(1) 原有Modicon984 PLC相當于一個智能I/O，自身可以運行PLC程序，這樣一些流程就保持不變，而這些控制功能又不受所擴展盤的影響;而對Quantum PLC來說，可以把Modicon984 PLC當一個擴展I/O來處理，它可以處理Modicon984 PLC所有的開關量、模擬量等;
(2) Modicon984 PLC和新增Quantum PLC采用Peer Cop方式，通過高速MB+網絡進行通信，實踐證明，通信快速、準確、可靠。

5 軟件的功能和實現
5.1 Modicon984 PLC程序功能設計
(1) 編寫簡單的程序，以實現Quantum PLC和Modicon984 PLC可以同時控制Modicon984 PLC的開出點，程序示例如圖3所示:

圖3 梯形圖

(2) 把開關量、模擬量進行處理，送到指定的寄存器，以便通過Peer Cop方式一齊傳輸到Quantum PLC;
(3) 簡單的輔機流程和自啟動流程
由于原配置Modicon984CPU不支持Concept編程，所以仍需用MODSOFT組態軟件來編寫。
5.2 Quantum PLC程序功能設計
(1) 發電機組的開停機流程、功率自動調節流程等;
(2) 對所有采集到數據進行處理分析;
(3) 接受上位機和觸摸屏所發的控制命令并解釋執行。
編程軟件采用了組態軟件Concept2.6，該軟件支持梯形圖(LD)、功能塊圖(FBD)、結構化文本(ST)等多PLC編程語言，能保證系統的各類控制功能的需求。

6 結束語
本現地控制單元改造方案，在結構、技術路線、實現方法上都有所創新，該系統的結構設計合理，技術路線和實現方法完全可行;改造實施簡單，大大減少了安裝、配線的工作量，改造工程實施完成幾個月來，運行非常穩定，達到了預期的目標，該方案的成功應用為國內老電廠LCU的技術改造提供了典型范例，對提高發電廠的自動化的水平有重要的現實意義。