PLC在水电站综合自动化中的应用

【摘要】随着当今社会科学技术的飞速发展，水电站的综合自动化对于水电站的开发和发展具有极其重要的意义。水电站综合自动化系统在水电站中得到了广泛的应用，本文主要阐述了有关PLC在水水电站综合自动化中应用的一些列问题。

【关键词】PLC，水电站，综合自动化，应用

中图分类号：F407文献标识码： A

一.前言

随着社会的快速发展以及科技的不断进步，大大促进了各类软硬件技术的发展，使得PLC控制系统的编程过程越来越简单化、越来越灵活化，可靠性与抗干扰能力不断增强。而随着PLC技术的发展，推动了现代化水电站的发展步伐。怎样在水水电站中充分运用PLC技术已经成为了相关人员现阶段所关注的焦点话题。

二.水电站综合自动化系统的作用

水电站综合自动化系统的应用，使水电站运行实现自动化，运行人员对设备的操作工作量大大减少，减轻了运行人员的劳动强度，减少了水电站的运行人员数量，使水电站实现了少人值守（目前实现无人值守的条件尝未成熟），降低了运行费用及发电成本。同时，使水电站实现了优化运行的功能，最大限度地利用水能，给水电站带来直接的经济效益。

水电站综合自动化系统能够准确而迅速地反映水电站各设备正常运行的状态及参数，还能及时反映水电站设备的不正常状态及事故情况，自动实施安全处理。水电站的自动控制减少了运行人员直接操作的步骤，从而大大降低了发生误操作的可能性，避免运行人员在处理事故的紧要关头，发生误操作，保证了水电站设备运行的可靠性，从而也保证了电网运行的可靠性。在设备可靠运行的情况下，综合自动化系统能自动控制发电机组的频率和电压，保障水电站发出电能的质量。

在原常规水电站的设计中，电气设计工作非常繁琐，订货时要提供原理图、布置图，还要进行大量继电器的选型。而自动控制设备集成后，设计人员只要提供一次主接线图和保护配置及自动化要求即可，故能以选型的方法代替电气二次设计，减少了大量工作量，极大地提高了设计工作的质量和效率。

水电站综合自动化系统具有提高工作的可靠性、提高运行的经济性、保证电能质量、提高劳动生产率、改善劳动条件等重要作用。

三.PLC技术在水电站综合自动化中的应用

随着科学技术的快速发展与进步，PLC已经将计算机技术、自动化技术以及通信技术这三方间进行了有机的结合，给水电站自动化提供了有利的条件。实际设计时，只要按照顺序控制器公式以及元件节拍表，就可绘画出各种控制器的部分梯图，如果设计过程中发生了问题，应采用模拟仿真形式做相关的检查，这样就能够很好的对其进行维修。目前，PLC技术已得到广泛的应用，具有广阔的市场发展前景。

1.自动控制模块

（1）可以接收主站机设备与触摸屏发来的控制命令来完成水轮发电机组各种机组工况的转换，事故停机，紧急停机，机组出口断路器和机组辅助设备的控制，机组有功功率、无功功率调节。

正常开机方向流程：接受命令后，判断机组在停机态并且开机条件正常发开冷却水命令，延时判断冷却水正常后开启主阀，主阀开启后发调速器开机令然后延时等待机组转速上升至95%额定转速进入空转态，当判断以转速信号以后合灭磁开关发励磁装置开机令，延时等待发电机出口电压上升至85%额定电压后机组进入空载态，判断同期条件满足后给同期装置发启动同期令，当判断机组出口断路器合上以后机组状态进入发电态流程成功。

正常停机方向流程：接受命令后，判断机组在发电态即开始卸负荷至机组额定有无功出力的5%然后发跳发电机出口断路器命令，当判断发电机出口断路器断开后机组进入空载态发励磁停机令，延时判断机组出口电压小于额定电压的10%机组进入空转态，发调速器停机令延时等待机组转速小于额定转速的35%时发刹车投入命令，直到机组转速为0后延时20秒退发退出刹车令机组进入停机态，此时退出冷却水。

当在上述流程中任何时候条件不满足的情况下PLC流程退出并发报警信号。

（2）在控制模块中加入控制闭锁功能主要如下

LCU遥控/现地控制方式由切换按钮互锁；有关模件故障或测点退出时，LCU将自动禁止相应的控制操作；LCU检查控制流程每一步操作相关的闭锁条件，符合要求时才进行操作；控制过程受阻时，将给出受阻原因；事故停机操作命令优先级高于正常开停机操作；机械及电气保护动作引起的事故停机操作，不受控制方式的约束；采取必要的逻辑判断以减少误启动事故停机的可能性；负荷调节采取了一系列的限制与保护措施，如功率限值保护、电压保护、电流保护等，保证调节的可靠和机组的安全稳定运行。

2.现地控制级

首先，机组LCU涵盖温度巡检装置、电量及非电量采集单元、PLC自动化装置等；温度巡检装置主要作用是对全场机组导轴承以及发电机定子温度进行监测；电气量采集单元主要作用是及时有效监测和记录下全厂各机组和线路的三相电压、三相电流、功率因素、有功电能、无功电能等情况，并送至工控主机，同时，进行微机自动准同期装置的安装，以确保全场各机组间能够实现同期并网。非电量采集单元的主要作用是及时监测冷却水压力、调速器油压等。机组LCU单元的作用是完成辅助设备的自动化控制操作。其次，公共LCU涵盖了线路单元、厂用变单元等诸多单元的信号采集与控制工作。

3.上位机系统

中控室微机主要是详细认真的分析和处理水电站的数据，实时更新数据，定期的记录下运行数据；所有记录的文件都应放到服务器中进行储存；向控制器发出相关的操作指令，及时调节和控制机组的启动、停机。在控制室中，可通过鼠标向各现地控制单元PLC发出各种指令，或者对诸多的运行数据、历史文件等进行查询。实时运行数据主要以分页显示方法为主，根据实际需求对历史文件查看、调用。通过菜单方式，提示操作工作者选择要查看或者打印的内容。在控制水电站发电机组时，可采用立即鼠标控制、计划指令控制这两种方法。发电机组应根据事先确立的程序进行开停机操作，并且也可由运行工作者用鼠标加以及时控制。

4.通信模块

（1）PLC通过网络与主站级设备进行通信，向主站级发送数据采集和事件信息，接受其下行的控制命令并将执行结果回送主站级。

（2）PLC与各种现地智能设备的通信。机组LCU可以与交流采样装置、调速器、励磁装置、保护装置等通过串口进行通信将各现地设备信息经过处理上送到主站级设备。

5.故障、事故处理模块

PLC程序中故障事故处理模块将实时采集到故障信息迅速处理形成报警记录上送到主按级设备提醒值班人员做相应处理。

PLC直接对采集到的重大事故信息迅速响应和处理，进行事故紧急停机流程直接动作于紧急停机电磁阀和机组出口断路器跳闸然后转入机组正常停机流程。

LCU的机柜上配有紧急停机按钮，直接作用于紧急停机电磁阀和机组出口断路器跳闸回路，作为现场紧急停机的备用手段，即使LCU完全失去作用，也能保证机组安全解列停机。

6.PLC基于模糊控制的机组自动电压调节

模糊控制系统的理论基础是模糊数学、模糊语言形式的知识表示和模糊逻辑的规则推理，将计算机控制技术应用进去，从而构成了以具有智能性的模糊控制器为核心的闭环结构数字自动控制。电站AVC指的是依据预定的条件和要求来对水电站母线电压或全厂元功率进行自动的控制。这样就可以将更多的无功功率提供给系统，既可以不影响到机组的安全运行，又可以实现电厂功率损耗降低的目的。要知道，它的控制质量，将会对整个系统的电压质量产生直接的影响。那么为了保证系统拥有良好的运行电压，就需要保证系统具有足够的无功电源，因为系统的负荷以及网络都需要无功功率，同时，这些无功电源还可以有效地补偿无功功率的损耗。又因为系统的主要无功电源就是发电机，那么电站的AVC控制就显得愈加重要。PLC基于模糊控制是以语言规则的形式来描述和归纳人的控制经验或者专家知识，然后利用模糊集理论来进行推断判决，然后由计算机实现的一种人工智能控制方法。它不需要对控制对象建立精确的数学模型。人们积累了发电励磁控制器的大量经验，可以采用模糊理论来描述这些经验，然后通过模糊推理和判决，就可以在线调整发电机励磁控制器参数。

四.结束语

随着PLC自身的技术发展PLC在水电站方面的应该也将更专业化，简单化，应用前景更加广阔。同时也为水电站的安全经济运行带来了保障。为电站保证电站运行的安全可靠性，并且对于电站自动化水平的提高，也很有帮助。

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