PLC在水电机组自动化控制系统中的应用研究

【摘要】PLC的科学操作性和效果对于水电机组自动化控制系统有很大的帮助。本文概述了PLC的概念，以四川攀枝花上河坝水电厂为例，分析了PLC在水电机组自动化控制系统中的具体的应用。

【关键词】PLC；水电机组；自动化控制系统；应用

中图分类号：TV547.3文献标识码： A

一、前言

水电机组的自动化控制系统是水电机组控制的发展方向，而PLC作为数字运行操作的电子装置，对于水电机组实现自动化控制系统有很大的意义，能够为水电机组实现完全自动化提供技术和设备支持，使水电机组自动化更好、更快的得到完善。

二、PLC概述

PLC是一种专门在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。

三、工艺过程及控制要求

水电机组的工况主要有检修、备用、空载、发电、调相五种，控制主要是按照电网或生产现场的要求，完成任意两种工况之间的转换，在机组有事故或故障时自动启动相应动作流程，将机组转至安全工况。

控制系统要求有远方、近方操作并相互屏蔽以防误操作，对操作命令进行合法性检查，并允许纠错。盘面应有较明显的提示。同时还要完成机组辅助的油、水系统的定期倒换及启停控制、工况小时数统计。

三、系统组成

以四川攀枝花上河坝水电厂为例，在该厂的计算机监控系统中，由操作员站os和工程师站ES两台上位机和包括1号机组、2号机组及线路公用设备3个现地控制单元在内的前置机及可编程控制器组成分层分布式网络系统，机组LCU中使用了OMRON C200H S型可编程控制器，由基板、电源、主机、开关量输入、开关量输出、模拟量输入和模拟量输出等模块组成，它的主机CPU模块带有2个通信接口，一个作编程和在线监视，另一个为标准RS232C串行通信接口，该接口与LCU单元内的前置机通信，将PLC采集的机组数据和状态发送至前置机，由前置机通过以太网传送给上位机。中央控制室的控制命令，先由以太网传送到各LCU单元的前置机，再由前置机通过串口下达给PLC，由PLC进行机组自动开停机控制和有功无功的负荷调整。

图3—1 控制系统组成

四、机组自动控制功能

攀枝花上河坝水电厂自动控制系统的设计思想是以计算机监控系统为主，常规设备为辅，要求监控系统覆盖全厂的控制部分，而且在上位机和前置机均退出运行时，仍有手段完成全部的机组启停控制和负荷调整。为此，除了操作员站计算机和LCU前置机的键盘和显示器可进行机组运行状态显示和操作外，还为机组PLC控制柜配置了控制流程的模拟显示和操作面板，分别与PLC的输入、输出模块相连，以便机组PLC单独控制时，具有良好的人机界面。

机组PLC的主要控制功能包括:开机流程、正常停机流程、事故停机流程、紧急停机流程、执行AGC,AVC自动负荷调整流程、发电转调相流程、调相转发电流程。其中，紧急停机流程具有最高优先级，事故停机流程次之，正常停机流程再次之。任一停机流程启动的同时，即退出当前正在执行的非停机流程，非停机流程之问是并列关系，不可能同时进行。

1开机流程

开机命令可用下述4个方式下达给PLC:操作员站通过操作画面发出; 机组进入AGC自动发电控制时，上位机根据负荷状态自动下达；操作面板上的开机令按钮中控室返回屏上的开机令选择开关。

PLC接到开机令后，即判断开机条件:发电机保护回路正常、水轮机操作回路正常、励磁操作回路正常，机组无事故、制动器复位和发电机出口断路器分闸，上述条件全部满足后，控制流程的模拟显示板上“开机准备”和“开机”指示灯亮，表示开机命令已被接受，开机流程正在执行。开机流程依步进行:喷针在全关位置的条件下，通过继电器输出模块操作开球阀，同时合总冷却水电磁阀、合灭磁开关，并在每个操作命令发出后PLC延时判断操作对象的响应，若响应正确，则控制流程继续进行，否则控制流程中止，并发出报警信号;当球阀开至全开位置、冷却水流通、灭磁开关处于合闸状态时，即操作调速器开机，将机械开限开至空载位置，待转速达到95 %额定转速后，操作励磁装置启励建压，至机端电压达到95 %额定电压时投入自动准同期装置，由自动准同期装置将机组并入电网，PLC采集到“发电机出口断路器合闸”状态信号后，开机流程结束，转入发电状态，“发电”指示灯亮。

2正常停机流程

正常停机为机组在无紧急停机令和事故停机令状态下的停机流程，正常停机令可以由:操作员站通过操作画面发出; 机组进入AGC白动发电控制时，上位机根据负荷状态自动发出; 操作LCU操作面板上的停机令按钮发出;中控室返回屏上的停机令选择开关发出。 PLC接到正常停机令后，LCU操作面板的“停机”指示灯亮，PLC开始执行停机流程:将机组的有功负荷和无功负荷减为零，跳发电机出口断路器，给励磁装置发逆变灭磁令，待发电机正常灭磁后，向调速器发停机令，调速器自动关机，转速下降至70%额定转速，此时，PLC投入制动喷针，使转速降为零后，延时复位制动喷针和机组总冷却水电磁阀，在制动喷针和总冷却水电磁阀确已复位后，PLC退出停机流程，“停机”指示灯灭。

3事故停机流程

在机组轴承温度和冷却空气温度过高的情况下，机组进入事故停机流程，PLC立即作用于调速器的紧急停机电磁阀实现紧急停机，同时判断机组有功和无功负荷降至30%以下时，跳开发电机出口断路器，该断路器正常跳开后，给励磁装置发逆变灭磁令，待机端电压下降至额定机端电压的15%时，向励磁装置发跳灭磁开关令，此后的调速器停机、机组制动和停机复位过程与正常停机流程相同。

当机组发生电气事故时，发电机保护出口和PLC立即作用于发电机出口断路器跳闸，同时向励磁装置发逆变灭磁令和跳灭磁开关令，此后调速器停机、机组制动和复位过程同正常停机流程，在转速为零时操作关球阀，球阀正常关闭后，事故停机流程结束。

4紧急停机流程

当机组转速达到140%额定转速、油压装置事故低油压、稀油站事故低油位及紧急停机令中有任一条件成立时，机组进入紧急停机流程，PLC立即作用于关球阀和调速器的紧急停机电磁阀，同时跳发电机出口断路器，向励磁装置发逆变灭磁令和跳灭磁开关令，此后的调速器停机组制动和复位过程与正常停机流程相同，在转速为零时复位紧急停机电磁阀，紧急停机流程结束。

5自动负荷调整流程

在发电状态下，上位机可切入白动发电控制AGC和白动电压控制AVC状态时，根据日负荷曲线或经济运行曲线，白动选择机组负荷指标并下达给机组PLC，在感知有功和无功负荷指标发生变化后，PLC启动有功和无功功率的闭环调节程序，程序框图：

五、PLC自动化控制系统优势

1、提高发电效率，降低能耗。

设备之间的有效协作是提高电站效率和降低能耗的关键，以往整个电站的生产分为多个独立的环节，其产生的信息不能共享和协调，而自动化控制系统将这些设备有机的结合起来，使之产生的信息可以共享并可以利用计算机对其进行协调。如不同组级设备(给水泵)、不同设备组系统(制粉系统与排粉系统)、功能组级的系统(锅炉岛风、煤、水)之间的协调等。

2、快速参数优化。

参数修正和优化，传统生产往往需要耗费较大的精力进行调试，而自动化控制可以方便地在线对系统进行参数优化，达到实时调控。

3、总线技术的应用。

自动化控制系统往往采用现场总线方式完成通信，降低了信号电缆使用所带来的高成本，更重要的是提升了自动化控制系统的灵活性，提高了抗干扰能力，保证数据可靠，测量和控制精度得到了提高。

六、结束语

PLC自动化控制系统应用到水电机组的自动化控制中确实卓成效，在今后的研究中，需要进一步的提高PLC自动化控制系统的科学性，不断改进其性能，以提高水电机组的自动化的水平，实现水电机组完全自动化。

参考文献

[1]刘金海,周文哲.热电厂综合自动化控制研究与设计[J].中国科技博览, 2010,(5):136

[2]傅裕.绿色电力下电厂自动化控制研究[J].科技致富向导,2011,（12): 401

[3] 张进召.变电站实现综合自动化的优越性[J].中国氯碱. 2006(09)

[4] 曾敏.贯流机组自动化控制设计的总结和思考[J].广东水利水电. 2009(10)