PCC在水电站现地控制单元中的应用(图)

　　摘要：分析了现有水电站现地控制单元的各种设计方法存在的缺点。结合小会电站的实际工程项目，将工业控制领域里一项先进的技术———PCC（Programmable computer controller）引进到水电站的控制当中，并经仿真实验证明该系统功能层次清晰、实时性、可靠性更高、运行良好解决了现有设计方法上的缺点。

　　关键词：PCC；现地控制单元；设计方法

　　中图分类号：TN742 文献标识码：B 文章编号：1672-9900（2009）04-0042-03

　　目前在水电站现地控制单元微机控制器选择中较普遍采用工控机加PLC，但也有单纯以工控机或PLC为控制器的系统。通过比较分析各种LCU的控制方式，得出了其不同的优缺点：①IPC这种控制方式的线路设计极为复杂，不能满足实时性和可靠性等要求。②单纯采用PLC为控制器的LCU，虽然结构比较简单，但也有很多不尽人意的地方。例如不能满足水电厂事件高分率的要求；其通信功能和数据处理能力受到一定的限制，很难满足与多智能设备实现通信的要求。③IPC+PLC这种控制系统中，IPC主要负责数据处理，完成与上位机的网络通信和PLC等通信，实现人机接口等。而可编程控制器完成数据采集和顺控功能在这种控制方式中，因此工控机作为计算机监控系统内部网络上的一个结点，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制器等设备。因此，工控机的可靠性显得非常重要，工控机一旦故障，整个控制系统几乎瘫痪。不但上位机上下发的控制命令无效，而且现地控制单元上的人机界面上也无法操作。为此引入了PCC这种新兴工业技术［1］。

　　1 PCC可编程计算机控制器

　　PCC的概念，始于20世纪90年代初，由奥地利B&R公司提出。1994年该公司生产了世界上第一台PCC产品，与PLC相对照，PCC全称为可编程计算机控制器（Programmable ComputerController）。作为新一代的新型工业控制器，被认为是代表了当今工业控制技术的一个大趋势。它面向控制并且经济高效地集成了自己广为工控界熟悉的PLC和IPC（工控机）的特点。通过两者的相互融合，取长补短，从而以较高的性能价格比，构成当代高水平的工业控制平台。它支持多任务分时操作系统，能够执行高级语言、指令表、梯形图以及功能块，并且具备面向控制的标准功能和独特方便的模块结构，是适合所有水力、电力等多种行业、多种规格的通用控制系统［2］。

　　1.1 机组LCU的电气设计

　　1.1.1控制回路设计

　　单元控制器PCC是整个机组LCU的控制核心，不但能完成机组的自动控制及工况转换，还能执行现地分步操作。

　　机组控制回路采用以下几个部分组成：1块型号为CP260的CPU；2块型号为IF622的通讯模块；5块数字量输入模块DI477；4块型号为AI650的模拟量输入模块；4块数字量输出模块DO650；2块电源模块PS465等组成。各个智能仪表通过总线与通讯模块的通讯口相连接实现数字量和模拟量的采集和交换。

　　2 现地控制单元装置的软件设置

　　以水力发电机组启动、停机及实时数据处理中有关程序编写方法进行讨论［3］。

　　2.1 响应上级计算机的主控命令

　　现地控制单元装置接收到主控命令后立即引起中断响应，执行一段分析命令性质的判断程序，确定任务的内容并转向执行该任务的程序。当任务执行完毕后返回退出中断响应程序。主控命令响应程序流程图如图1所示。

　　2.2 机组启动

　　当水轮发电机接受开机命令后，开机程序有中断响应任务管理调用。首先检查开机条件是否满足，不满足则退出开机程序，开机条件满足后立即启动辅助设备。然后将调速器开度机构和导水机构打到空载位置。当转速达到90%额定转速时，投入励磁开关。当发电机电压到达正常时投入同期装置。如果不是调相命令，则将开度限制机构打到全开位置，准备带上负荷，开机结束。

　　2.3 机组停机

　　机组停机分正常停机和紧急停机两种：

　　（1）正常停机是在负荷减至空载情况下将断路器断开同时关闭导水机构、退出功调装置，断开励磁开关。当转速低于额定转速30%时，起动制动闸作用与制动，停止辅助设备。

　　（2）紧急停车是指在停机命令发出后首先执行断开发电机断路器，同时启动事故停机电磁阀，有时还要关闭进水闸门，然后执行正常停机程序。

　　2.4 事件记录

　　水电站生产过程的状态量数量较多，需对状态量进行编组，由计算机程序设定采集。程序采集的方法有：①状态变化必须立即由计算机取入，登记事件发生的时间和变异前后的状态，状态异变中断的方法。②由计算机查询状态变化，记录这一时段中发生状态变异的对象。

　　2.5 模拟量数据采集和处理

　　首先对各模拟量采样，存入相应的存储单元。为了保证数据的正确性，都必须采用数字滤波。对于需要监视的物理量，滤波后进行标度变换将所得参数送变送器，判断是否越限，如果越限则转向越限处理程序。

　　3 结语

　　通过计算机模拟仿真试验的结果可以得出采用可编程计算机控制器（PCC）后，较以往的可编程逻辑控制器（PLC）大大提高事件的分辨率；其次也使系统结构简单从而降低了成本；最后是采用PCC技术后，可利用Frame Driver与任何串行协议通讯，从而体现了通讯的灵活性。该系统在多个方面均有很大提高，而且模拟运行状态良好［4］。

　　参考文献：

　　［1］张修茂，滕梅．刍议水电厂计算机监控系统发展趋势［J］．黑龙江水利科技，2005，（2）.

　　［2］齐蓉，肖维荣. 可编程计算机控制器技术［M］.北京：电子工业出版社，2005.

　　［3］王仁祥，王小曼. 现代可变程序控制器网络通信技术［M］.北京：中国电力出版社，2003.

　　［4］唐文品，徐萍．小型水电站设备运行与操作规程［M］．北京：中国计划出版社，1999.

　　［5］张帅，郑宽磊.可编程计算机控制器在水电站LCU中的应用［J］.自动化与仪表，2006，（5）.

　　［6］商建锋，马承先． PCC在水电站计算机监控系统中的应用［J］．电气应用，2008，（24）.

　　［7］刘晓波，王德宽，刘晓鹏．隔河岩水电厂现地控制单元改［J］．水电自动化与大坝监测，2003，27（1）：14-16.

　　［8］张志强．水VI水电厂监控系统现地控制单元可靠性及特点分析［J］．福建电力与电工，2003，（6）．

　　［9］龙翔，张哲，于子重．一种新型水电站监控现地单元［J］．继电器，2001，（6）：41-42．

　　［作者简介］董军刚（1979-），男（汉族），河北邯郸人，助教，主要从事自动化技术研究。

　　（董军刚 王丽荣 杨敬娜 贾亚雷）