GE90-30 PLC 在水電廠自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用

1 引言
隨著水電廠“無(wú)人值班”(少人值守)工作的不斷開(kāi)展，以及電力體制的改革，對(duì)水電廠的自動(dòng)化技術(shù)提出了更高的要求。計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的飛速發(fā)展給水電廠自動(dòng)化系統(tǒng)無(wú)論在結(jié)構(gòu)上還是功能上，都提供了一個(gè)廣闊的發(fā)展空間。水電廠自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)該成為一個(gè)集計(jì)算機(jī)、控制、網(wǎng)絡(luò)以及多媒體為一體的綜合系統(tǒng)。本文就GE90-30 PLC、PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線在水電廠自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用作些探討。

2 水電站自動(dòng)化系統(tǒng)原理與結(jié)構(gòu)
目前，水電廠自動(dòng)化系統(tǒng)大多采用全計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，取消或簡(jiǎn)化常規(guī)控制手段。而當(dāng)前，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)一般采用全分布、開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，設(shè)電廠級(jí)和現(xiàn)地控制單元級(jí)。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。本文將著重討論現(xiàn)地控制單元級(jí)的設(shè)計(jì)。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)及功能
在水電廠的機(jī)組現(xiàn)地控制單元中，一般需配備交流電

圖1 水電站自動(dòng)化系統(tǒng)原理與結(jié)構(gòu)圖

量的采集裝置、人機(jī)界面、自動(dòng)同期裝置、溫度巡檢裝置和智能控制器、開(kāi)關(guān)輸入量、模擬輸入量板、開(kāi)出量輸出板等，同時(shí)還需具備對(duì)外通訊的功能。本現(xiàn)地控制系統(tǒng)擬采用美國(guó)通用的GE90-30可編程序控制器為核心控制元件，GP系列10.4英寸彩色液晶觸摸屏為人機(jī)界面。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及布置圖如圖2所示。
在系統(tǒng)配置中，可編程序控制器主要由智能CPU、

圖2 現(xiàn)地控制單元結(jié)構(gòu)圖

圖3 PLC配置方案圖

開(kāi)關(guān)量輸入輸出模件、模擬量輸入模件、以太網(wǎng)通訊模件、智能通訊模件、Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線通訊模件。
可編程序控制器配置方案如圖3所示。
(1) 在上述配置中，CPU360是控制系統(tǒng)的核心，IC693MDL655、IC693ALG223分別負(fù)責(zé)采集開(kāi)關(guān)輸入量和模擬輸入量，IC693MDL752輸出開(kāi)出量。在電源上有1個(gè)485串行通訊口，支持SNP規(guī)約，利用這個(gè)端口可以直接和觸摸屏通訊。
(2) 在本方案中，PCM301模件提供2個(gè)串口自由對(duì)外通訊，可通過(guò)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)任意通訊協(xié)議的對(duì)外通訊，編程語(yǔ)言可選擇BASIC或C語(yǔ)言。一個(gè)端口和交流采集裝置和溫度巡檢裝置通訊，另一個(gè)端口負(fù)責(zé)與調(diào)速器和勵(lì)磁裝置通訊，通訊規(guī)約為MODBUS，具體的通訊要通過(guò)BASIC或C語(yǔ)言編程來(lái)實(shí)現(xiàn)。
(3) 該P(yáng)LC配置方案中的以太網(wǎng)通訊模件(CMM 321)，提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)接口，支持TCP/IP MODBUS協(xié)議，可與上位計(jì)算機(jī)通訊，這樣上位機(jī)就能夠?qū)ΜF(xiàn)地單元監(jiān)控。
(4) 在水電廠自動(dòng)化應(yīng)用中，機(jī)組容量增大、控制信息增多、控制負(fù)荷增加等都會(huì)造成現(xiàn)地控制單元控制能力的降低。針對(duì)水電廠被控制對(duì)象分散的特點(diǎn)采用現(xiàn)場(chǎng)總線將分散在現(xiàn)場(chǎng)的智能I/O、智能控制器連成一體。正好體現(xiàn)了分散控制的特點(diǎn)，提高了系統(tǒng)的自治性和可靠性，節(jié)省了大量的信號(hào)電纜和控制電纜。對(duì)于現(xiàn)地控制單元，智能控制器(可編程序控制器)加上現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)是一個(gè)良好的發(fā)展趨勢(shì)。
在本控制系統(tǒng)方案中，采用Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線模件(IC670PBI001)，以便和滲漏集水井排水系統(tǒng)控制單元，空壓機(jī)系統(tǒng)控制單元、技術(shù)供水系統(tǒng)控制單元、主變壓器冷卻水系統(tǒng)控制單元、油壓裝置及漏油泵系統(tǒng)控制單元等通訊。獲取每個(gè)單元的信息或?qū)ζ淇刂啤?BR>在PLC軟件的設(shè)計(jì)中，在PLC的寄存器空間，開(kāi)辟了一段寄存器作為上位機(jī)和PLC交換數(shù)據(jù)的空間，同時(shí)根據(jù)開(kāi)關(guān)輸入量、開(kāi)關(guān)輸出量、模擬量以及通訊采集量的特點(diǎn)制定了相關(guān)的通訊規(guī)約，以便PLC和上位機(jī)能快速可靠的交換數(shù)據(jù)。
(5) 系統(tǒng)特點(diǎn)
a) 具備輸入輸出回路光電隔離保護(hù)功能;
b) 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)以及PLC輸入輸出可靈活配置;
c) 自動(dòng)采集并監(jiān)視反饋信號(hào)及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，并可實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)聯(lián)網(wǎng)通訊功能
d) 具備現(xiàn)地手動(dòng)、自動(dòng)控制及遠(yuǎn)方上位機(jī)控制功能;
e) 簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低了投資成本。

4 結(jié)束語(yǔ)
本現(xiàn)地控制系統(tǒng)方案已被國(guó)內(nèi)幾個(gè)中型水電廠所采用。從系統(tǒng)運(yùn)行情況來(lái)看，在各種方式下設(shè)備操作正確無(wú)誤，數(shù)據(jù)采集與通訊正常，系統(tǒng)可靠性高，上位機(jī)監(jiān)控也很正常，各項(xiàng)性能滿(mǎn)足水電廠自動(dòng)化系統(tǒng)的要求，同時(shí)也為水電廠的運(yùn)行、維護(hù)減少了工作量及生產(chǎn)成本，為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化水電廠“無(wú)人值班”(少人值守)的運(yùn)行管理模式創(chuàng)造了條件。