Quantum PLC在水电厂LCU改造中的应用技巧

水电站设计　第２４卷第１期　Ｄ　Ｈ　Ｐ　Ｓ　２　０　０　８年３月　Ｑｕａｎｔｕｍ　ＰＬＣ在水电厂ＬＣＵ改造中的应用技巧　余　曦　（福建古田溪水电厂，福建古田３５２２５８）　摘要：主要介绍古田溪水电厂旧现地控制单元的改造方案，以及Ｑｕａｎｔｕｍ系列ＰＬＣ在功能实现和程序的编制上的应用技巧。现　场实践证明，该方案设计合理、运行稳定。　关键词：水电站自动化；自动化系统；技术改造；方案选择　中图法分类号：ＴＶ７３６　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００３—９８０５（２００８）０１—００１１０—０３　现地控制单元包含一面盘柜，柜内安装了Ｍｏｄｉ—　１前　言　ｃｏｎ９８４—１４５型ＰＬＣ。该ＰＬＣ属于紧凑型，基本的控　制和数据采集功能都可以实现，与一体化工控机以　随着国民经济的发展，对电力系统、电厂的要求　越来越高。对于水电厂来说，采用一套结构合理、功　及上位机采用ＭＢ＋网方式通信。该ＰＬＣ仅具有一　个ＲＳ２３３口，协议固定为ＭＯＤＢＵＳ，规约只能是　ＭＯＤＢＵＳ从站。　原有系统存在的问题：　能完善、可靠性高的现地控制单元，是水电厂提高安　全生产水平、实现“无人值班”的重要环节。作者结　合古田溪水电厂老厂ＬＣＵ改造的特点，对改造中所　采用的新技术及ＬＣＵ新型结构进行初步探索。　（１）整个电站的通信采用一个ＭＢ＋网，当通信　线路一个地方发生故障可能会影响整个电站的运　行，对电厂的安全运行形成隐患；　２原有网络结构、现地控制单元介绍　原有网络结构及现地控制单元见图１、２。原有　（２）对外通信扩展不方便，许多外部设备的信息　无法采集到ＰＬＣ中去；　（３）随着外部控制设备的更新改造，所需测控点　数增加，原有配置已无法满足要求；　（４）现地显示界面即一体化工控机故障率较高；　（５）备品、备件订货越来越困难，而且价格非常　高。　为此需对旧系统网络结构及现地控制单元进行　１号机　２号机　开关站　更新改造。　图ｌ原有网络结构　３改造方案比较和确定　结合水电厂现场改造的经验，我们提出如下三　ｌ　ｏｄｉｃ０ｎ９８４　ＰＬＣ　Ｉｌ　ｌ一体化工控机Ｉ　ｌ其它小装置Ｉ　个现地控制单元改造方案以供比选：　方案（一）：把原有设备全部更新，改用Ｑｕａｎｔｕｍ　ＰＬＣ。缺点：把原有设备全部更新，原有设备要全部　报废，改造的成本较高，同时现场配线、安装等工作　图２原现地ＬＣＵ布置　量都较大，改造周期较长。　方案（二）：扩展一面屏，增加开关量输入和输出　收稿日期：２００６—１０—１３　作者简介：余１１０　曦（１９７４一），男，福建古田溪人，工程师．主要从事水电厂技术管理工作。　维普资讯 http://www.cqvip.com 点数，ＰＬＣ仍采用Ｍｏｄｉｃｏｎ９８４，和上位机通信仍需采　用ＭＢ＋方式。　缺点：仅仅是对原有系统进行扩充，增加了相关　４系统配置及功能划分　系统配置方案如图４所示。　的点数，整个系统的功能特点以及可靠性等并没有　提高，这种方案改造的意义不大。　以上两个方案均存在不同的缺点，都不是最佳　方案。需要找到一个既能节约投资，又能提高整个　系统的功能特点及可靠性的方案。　现在较为普遍的Ｉ＿ＣＵ一般由工控机、控制器　（ＰＬＣ用于数据采集和控制）、自动准同期装置、转速　装置、变送器、电源等附件组成。工控机作为计算机　监控系统内部网上的一个结点，各种数据经过工控　机送到网上各个结点，控制命令经工控机下达到控　ｎ９８４　ＰＬｃ　Ｉ　＜＝＝＝＝＝＝　Ｑｕａｎｔｕｍ　ＰＬＣ　ｌ其它小装置ｌ　触摸屏　通讯管理机　ＭＢ＋网　原配ＬＣＵ盘柜　扩展ＬＣＵ盘柜　制器等设备，因此工控机的可靠性显得非常重要。　虽然工控机是工控产品，由于它的风扇、硬盘驱动　器、软驱等旋转部件的存在，可靠性就有所降低。针　对这种情况，人们把眼光纷纷投向以太网，考虑ＰＬＣ　的直接上网。现在国际上知名的几大厂家的ＰＬＣ　均能够实现直接上网，如施耐德公司全线的Ｑｕａｎ—　图４系统配置方案　在该方案中，原有Ｍｏｄｉｃｏｎ９８４　ＰＬＣ配置以及盘　柜布置和外部接线不作任何更改；增加了一套盘柜，　盘柜内安装了一套Ｑｕａｎｔｕｍ　ＰＬＣ，ＰＬＣ配置有　１４０ＣＰＵ　１１３０３Ｓ，增加了开入模件、开出模件、模入模　件、以太网通信模件。这就弥补了配置点数不足的　问题，同时解决了与上位机通信的问题。　４．１数据采集和处理功能　原配置Ｍｏｄｉｃｏｎ９８４　ＰＬＣ和新增Ｑｕａｎｔｕｍ　ＰＬＣ　ｔｕｒｎ系列、Ｐｒｅｍｉｕｍ系列等，通用电气公司的ＧＥ９０—　７０系列、ＧＥ９０—３０系列、ＶｅｒｓａＭＡＸ系列等，西门子　公司的有关ＰＬＣ、罗克韦尔ＰＬＣ的有关系列控制　器。由此产生第三种方案。　都具数据采集功能，都配有相应的数据采集模件，两　套ＰＬＣ共同完成现地控制单元的数据采集功能。　Ｍｏｄｉｃｏｎ９８４　ＰＬＣ将采集到的所有数据通过ＭＢ＋网　络，采用Ｐｅｅｒ　Ｃｏｐ方式送到Ｑｕａｎｔｕｍ　ＰＬＣ中去，　方案（三）：原有屏柜保持，新扩展一面屏柜，采　用Ｑｕａｎｔｕｍ　ＰＬＣ，Ｑｕａｎｔｕｍ　ＰＬＣ与原有ＰＬＣ采用ＭＢ　＋网进行通信；与上位机通信方式改用以太网通信，　即ＰＬＣ直接上以太网，在新增屏柜上安装一台通信　管理机。网络结构见图３。　Ｑａｕｎｔｕｍ　ＰＬＣ对所有的数据进行处理，即数据处理　功能全部由Ｑｕａｎｔｕｍ　ＰＬＣ完成，这就充分利用了　ｕａＱｎｔｕｍ　ＰＬＣ高速的数据处理功能。　４．２控制和调节功能　Ｍｏｄｉｃｏｎ９８４　ＰＬＣ和新增Ｑｕａｎｔｕｍ　ＰＬＣ都配有开　关量输出模件，即都具有控制和调节功能。Ｍｏｄｉ—　ｃｏｎ９８４　ＰＬＣ中的开出点，既可以由Ｍｏｄｉｃｏｎ９８４　ＣＰＵ　控制也可以由Ｑｕａｎｔｕｍ　ＰＬＣ控制，两者是‘或’的关　系；ｕａＱｎｔｕｍ　ＰＬＣ通过ＭＢ＋网络，采用Ｐｅｅｒ　Ｃｏｐ方　式把开出点信息送到Ｍｏｄｉｃｏｎ９８４　ＰＬＣ中去，同时　图３方案三网络结构　可行性分析：该方案在充分利用原有设备的基　础上，增加了一套Ｑｕａｎｔｕｍ　ＰＬＣ，数据处理能力得到　很大的提高。Ｑｕａｎｔｕｍ　ＰＬＣ具有无与伦比的网络连　接能力，特别是应用于ＭＯＤＢＵＳ　ＰＬＵＳ网络的站间　Ｍｏｄｉｃｏｎ９８４　ＰＬＣ也编有程序，可以实现对开出点的　控制，主要用于对辅机或自启动流程的控制。　４．３人机界面　在新增盘柜装有触摸屏，触摸屏与Ｑｕａｎｔｕｍ　ＰＬＣ通信，可以实现所有数据的实时动态显示，同时　通信（ＰｅｅｒＣｏｐ）技术，其快速、准确、可靠的性能充分　满足功能要求，在新盘柜和旧盘柜之间即采用ＭＢ　＋网进行通信，高速ＭＢ＋网络的通信功能也得到　了充分的利用；上位机的通信改用以太网方式，提高　了速度和可靠性。同时改造过程中工作量也增加的　不是很多，具有可行性。　可以下发相关的控制令给Ｑｕａｎｔｕｍ　ＰＬＣ，Ｑｕａｎｔｕｍ　ＰＬＣ接受到控制命令后进行解释执行。　４．４对外通信　在新增盘柜安装有以太网通信模件和通信管理　机。以太网通信模件用以和上位机系统通信；通信　ｌ１】　维普资讯 http://www.cqvip.com 管理机主要是采集现场辅助设备的运行信息，同时　器，以便通过Ｐｅｅｒ　Ｃｏｐ方式一齐传输到Ｑｕａｎｔｕｍ　ＰＬＣ；　把采集到的数据信息送到Ｑｕａｎｔｕｍ　ＣＰＵ，其自身具　（３）简单的辅机流程和自启动流程。　有８个ＲＳ２３２串口，这样整个现地控制单元的外部　由于原配置Ｍｏｄｉｃｏｎ９８４ＣＰＵ不支持Ｃｏｎｃｅｐｔ编　通信功能大大增强。　程，因此仍需用ＭＯＤＳＯＦｒ组态软件来编写。　该系统结构主要特点：　对于Ｑｕａｎｔｕｍ　ＰＬＣ来说，ＰＬＣ程序要实现的功　（１）原有Ｍｏｄｉｃｏｎ９８４　ＰＬＣ相当于一个智能Ｉ／Ｏ，　能较多，主要有：　自身可以运行ＰＬＣ程序，这样一些流程就保持不　（１）发电机组的开停机流程、功率自动调节流程　变，而这些控制功能又不受所扩展盘的影响；而对　等；　Ｑｕａｎｔｕｍ　ＰＬＣ来说，可以把Ｍｏｄｉｃｏｎ９８４　ＰＬＣ当一个　（２）对所有采集到的数据进行处理分析；　扩展Ｉ／Ｏ来处理，它可以处理Ｍｏｄｉｃｏｎ９８４　ＰＬＣ所有　（３）接受上位机和触摸屏所发的控制命令并解　的开关量、模拟量等。　释执行。　（２）Ｍｏｄｉｃｏｎ９８４　ＰＬＣ和新增Ｑｕａｎｔｕｍ　ＰＬＣ采用　编程软件采用组态软件Ｃｏｎｃｅｐｔ２．６。该软件支　Ｐｅｅｒ　Ｃｏｐ方式，通过高速ＭＢ＋网络进行通信，实践　持国际电工委员会ＩＥＥＥ１１３１标准的全部语言，即支　证明，通信快速、准确、可靠。　持ＬＤ（梯形图）、ＦＢＤ（功能块图）、ＳＴ（结构化文本）、　ｓＦＣ（顺序功能图）等多种ＰＬＣ编程语言，能保证系　５软件的功能和实现　统的各类控制功能的需求。　对于Ｍｏｄｉｃｏｎ９８４　ＰＬＣ来说，ＰＬＣ程序主要是实　６结束语　现两个功能：　（１）编写简单的程序，以实现Ｑｕａｎｔｕｍ　ＰＬＣ和　本现地控制单元改造方案，在结构、技术路线、　Ｍｏｄｉｃｏｎ９８４　ＰＬＣ可以同时控制Ｍｏｄｉｃｏｎ９８４　ＰＬＣ的　实现方法上都有所创新，该系统的结构设计合理，技　开出点，程序示例见图５；　术路线和实现方法完全可行；改造实施简单，大大减　少了安装、配线的工作量。改造工程实施完成几个　月来，运行非常稳定，达到了预期的目标。　参考文献：　图５　ＰＬＣ程序　［１］方辉钦．现代水电厂计算机监控系统技术与试验［Ｍ］．北京：中　（２）把开关量、模拟量进行处理，送到指定的寄存　国电力出版社，２００４．　（上接第１０９页）　避雷器接地引下线均设置垂直接地体。控制　楼、配电装置的现浇楼板、柱筋与地网可靠连接接　９　照　明　地。所有电气设备与地网连接点均作明显标志。　９．１照明电源的引接　８站用电　照明系统由站用电配电屏和交直流切换装置取　得电源。　９．２照明器具配置　根据规程规定，本站装设二台互为备用的站用　（１）１１０ｋＶ户外配电装置的照明设施维持不变；　电变压器，站用电源分别从１０ｋＶ　Ｉ段和Ⅱ段母线　（２）３５ｋＶ配电装置室内照明维持不变；　上引接。站用电变压器容量为８０ｋＶＡ，选用于式电　（３）所内道路照明维持不变：　力变压器，安装在１０ｋＶ高压开关柜内。　（４）１０ｋＶ高压开关柜室采用荧光灯和白炽灯配　全站设置站用电配电屏２面。站用电４００Ｖ侧　合照明，荧光灯用作工作照明，白炽灯用作事故照明；　接线方式为单母线接线，从１０ｋＶ引接的两回电源，　（５）１０ｋＶ无功电容补偿装置室采用防爆型灯具；　采用双电源备自投装置，当一回进线检修或停电时，　（６）为保证照度均匀和避免反射眩光，中控室采　自动切换至另一回进线。正常运行时，由一台站用　用铝合金栅格的大面积发光天棚和壁灯照明；　变压器供全站站用负荷　（７）中控楼及各生产用房进出口通道、户内配电　除主控制楼外，其他站用电设备维持不变。　装置室设置事故照明灯具和应急疏散照明灯具。　１１　２