基于PLC的水电站监控系统的设计

摘要:随着工业自动化水平的提高,PLC被广泛的应用到各行各业。文章介绍一种基于日本三菱公司PLC FX-2N-32MT设计的水电站监控系统。探讨了该系统的总体框架,以及系统的软硬件设计,并给出系统部分运行程序。

关键词:可编程序控制器 人机界面 转速继电器 智能设备 触摸屏

中图分类号:TM1文献标识码:A文章编号:1007-3973 (2010) 07-038-02

1引言

随着国民经济的持续发展,水电站的装机容量也越来越大,各种控制功能越来越丰富,同时也导致系统越来越复杂,这就要求水电站设备的自动化程度必须能够迅速适应水电站的发展,同时,作为电能的生产部门、电力系统的始端,水电站其自动化程度的高低直接影响到整个电力系统的安全性、可靠性、经济性和灵活性。

水电站计算机监控系统是指整个水电站设备的测量均由计算机系统来完成。水电站计算机监控系统可以代替监视测量仪表、记录设备等,完成水电站的优化运行,是实现对整个电站所有设备进行测量和监视的自动控制系统。计算机监控系统不仅在新建水电站中得到普及,也逐渐在老水电站中得到广泛应用。

2系统总体设计

通常情况下, 水轮机组及配套自动化设备有闸阀控制器、水轮机、发电机、励磁装置、调速器、水位仪、机组自动化控制屏或后台监控系统等。在自动化程度较高的水电站中, 已不再使用常规励磁装置及调速器, 而是采用带有通讯接口的微机励磁装置、智能调速器及智能综合测量仪(压力、温度), 可以方便地与机组自动化屏进行接口通讯或连接。

水电站监控系统中,关于机组部分按照图1配置,所有被检测的机组数据(温度,转速等),通过PLC处理后,通过串口通信上传到中控室的后台计算机,通过计算机上的监控软件,可以观察到水电机组运行的实时状况,同时在现场装有液晶触摸屏,方便现场工作人员检修。

图1水电站监控系统设计框图

3系统的硬件设计方案

依据电力行业对电气设备的要求,我们选择了以下硬件设计方案:

PLC的选型考虑到水电站监控系统的工作环境,我们选用日本三菱公司的FX-2N-32MT作为系统的控制核心。该PLC输入输出各16点,共32点。FX-2N系列PLC具有极高的扫描速度(0.8 S/基本指令),内附大容量存储器,且具有丰富的元件资源,有3072点辅助继电器。是一款高性能的小型可编程控制器。同时作为数据采集需要,选配用三菱PLC自带的模块FX2N-4AD作为A/D模数转换器。

电源模块的设计 采用隔离变压器经过AC/AC变换后,给监控系统供电,这样做的优点是使系统的供电与电网相隔离,有利于提高系统工作的可靠性。

转速测量仪该测量仪主要用来测量水轮机的转速,这里采用残压测量的方法,即利用发电机起励之前,其剩磁产生的剩磁电压,通过滤波整形电路后,变成方波信号,将信号送给PLC进行数据处理,最后算出水轮机的转速和频率。 其整形滤波电路见图2.残压信号经过T型滤波电路后,由于残压信号的波峰是220V,而电压比较器LM139为5V供电,因此在信号经过滤波电路后,加入了二极管限幅电路,使电压降低到0.7V之内。这里由电压比较器组成的整形电路。在输出端需加一个上拉电阻,提高信号的输出电压。

图2转速测量仪中的整形滤波电路

综合测量仪该测量仪主要用来测量温度,水位等。

液晶触摸屏考虑到系统工作的工作环境,以及系统的开发周期,我们选用三菱GOT930型触摸屏作为显示设备,它基于RS-485协议与PLC进行交互,通过其应用软件FX-PCS-DU-WIN-C设计的人机交互画面,能够直观地实现现场运行人员对水轮机组的状态监视(如水轮机的转速、温度、油位等)。

三菱FGOT930触摸屏参数如表1所示。

表1人机界面三菱触摸屏参数

4系统软件设计

在该监控系统中,软件设计主要包括两个部分,作为人机交互设备的触摸屏,我们需要对其进行人机界面设计,同时后台计算机也需要制作人机界面,因篇幅原因,这里以触摸屏为例。另外需要采用PLC进行编程,主要用来做数据处理以及与上位机通信。

4.1人机界面的设计

该系统中触摸屏人机交互界面采用软件FXDUWIN编制,上位机的人机交互界面采用组态王6.5编制,由于两个人机交互界面的设计在功能、结构、布局上基本类似,只是在变量链接、通信协议支持等方面有所不同,本章就以触摸屏为例对人机交互界面进行介绍。

基于篇幅原因,这里只介绍触摸屏监控的主界面,见图3。

图3系统人机交互主画面

4.2系统数据处理软件设计

该监控系统主要是针对水电站机组的运行状态、电量的监测、温度的检测、发电机机端电压、电流和频率的数据采集。本节以转速测量仪所采集的数据为例,介绍系统中软件针对转速数据处理的具体流程图以及部分程序。

系统数据处理的流程图见图4。

图4数据处理程序流程图

数据处理部分源程序如图5。

图5数据处理源程序

5结论

在整个监控系统的设计过程中,我们考虑到系统的工作环境,选用了稳定可靠的PLC作为控制核心,同时系统在硬件配置时均选用了工业级的原材料,软件上采用了多级滤波等大大提高了系统的可靠性,系统个性化的人机交互界面,为系统的人性化设计提供了范例。整个系统的设计在可靠性,低成本上,大大地提高,为后续的系统更新奠定了基础。

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