摘要：可编程控制技术是在微处理器基础上发展起来的新型控制设备，由于它将微机控制技术与继电器控制技术融合在一起，所以具有技术先进、性能可靠、接线简单、使用和维护方便等优点，在水电厂电气控制中应用越来越广泛。目前，新建电厂大多数直接采用这种控制设备，提高了设备的自动化控制水平。

关键词：水电厂；可编程控制器；设计；模块


随着计算机技术的不断发展，水电厂自动化水平也在逐步提高，对于电站监控设备的自动化水平和可靠性提出了很高的要求。可编程控制器是目前控制领域中使用最为广泛的控制装置之一。

水电厂的自动操作系统应用了可编程控制系统（PC）进行机组操作控制，突破了传统的继电器硬线逻辑控制，可编程实际上是一种有逻辑控制的“软继电器”，实现了以PC为核心的计算机监控系统。

1选型

通过广泛的收集资料和调查，基于各种理由，中小型水电厂常选择国内及中外合资生产的可编程控制设备。

水电厂采用SU—5、6系列中档PC机，模块化结构，采用16位微化处理器，最大I/O点数分别达到256和512，除具有一般开关量模块外，还可配备模拟量模块、高速记数模块、中断输入模块和通讯模块，尤其强大的通讯功能是一般中档PC机不具备的，具有较高的性价比。

2设计

2.1模块配置

考虑到目前要能方便地实现以PC机为基础的计算机监控，同时预留一定数量的机箱槽口和位置，方便今后的扩充，PC依靠这些模块可实现功能上的扩展。

可编程作为“新一代继电器”，控制程序不宜太复杂，牵涉面也不宜太广，PC的输入输出模块有8点、16点和32点三种，为了使机箱不占用过大空间，又使接线方便，常选择16点模块。

2.2电源设计

电源很大程度上影响了PC的可靠性，几乎所有的PC都要配用自己的电源，电厂除了有一套DC220V电源供操作、保护使用外，还设置一套DC24V电源供模拟信号及PC用，PC模块均选用DC24V电压级。采用DC24V信号，较低的电源电压可降低成本，调试也变得相当便利、安全。DC24V的输入、输出回路电气上与DC220V操作回路、信号回路隔离开来，用不同的电缆连接。

2.3输出模块及出口继电器

PC机的输出模块有继电器、晶体三极管、可控硅等三种输出形式。水电厂机组自动控制过程中，其输出控制对象大多是电磁阀、跳合闸电磁线圈等，工作在开关状态，含有电磁瞬变过程，而且操作电压多为DC220V，容易引起操作过电压，宜选用继电器型输出模块。输出主要选用继电器输出，以尽可能直接用于驱动执行。在输出模块后，设置了出口继电器，即使操作回路出现故障，不致直接损坏输出模块。出口继电器选择体积小、接点容量尽可能大，带插拔式安装插座，便于更换。

综上所述，某厂发电机机旁PC配置图如图1所示。
CPU模块SU-6B-CDC24V
通讯模块U-01DMDC24V
输入模块U-05NDC24V，16点
输出模块U-05TDC24V，16点
空模块DC24V，16点
编程器S-01P手持式，1台

2.4程序设计

PLC的软件由系统管理程序和用户应用程序两部分组成，操作回路的所有逻辑关系均由PC软件完成，重要回路设置由手动操作回路，PC程序直接依照梯形图编制（梯形图中的I表示输入接点，M表示内部继电器，Q表示输出接点）可编程的开机过程梯形图，如图2所示。

当上位计算机发出开机命令后，发电机组控制器查询各开关状态，如开关状态不满足开机条件，则控制器向上位机应答命令错误，并退出该操作；当开关状态符合开机条件，确认后执行该操作。


机组起动要满足以下条件：机组事故引出继电器未动作，M020常闭接点接通；断路器未合闸，M006常闭接点接通；制动系统无压力（41YX），I000闭合；停机继电器未动作，M004常闭接点闭合；开机继电器未动作，M003常闭接点接通。以上起动准备条件具备，起动准备继电器M002线圈带电，常开接点闭合，Q001输出及41QZJ起动准备继电器动作，41BD信号灯亮，表明起动完成。此时，可在中控室利用41KK（I001）控制开关；在机旁PC盘利用41KA（I002）按钮；在微机室利用开、停机画面，经过比较，满足条件后特殊继电器SP061常开接点闭合、计算机键盘发出开机命令M100输入信号脉冲，M100常开接点闭合、M003闭合、开机继电器M003线圈带电，其常开接点闭合。通过M003开机继电器、M004停机继电器常闭接点、M007发电状态继电器常闭接点，实现自保持；M003闭合使输出继电器Q002输出开总冷却水，冷却水投入，并使开机继电器41JQJ动作。写入开机寄存器R1720指令，寄存器复位，完成开机过程。

3可编程序控制器的特点

可靠性高，抗干扰能力强。由于PLC由带有光电耦合环节的高抗干扰的输入输出接口电路构成，PC在恶劣工作环境下有较高的抗干扰能力，其部件有较长的工作寿命，出现故障恢复时间较短。

接线简单，维护检修方便。由于输入输出接点只需接在PC的输入输出模块上，而常规继电器还需在继电器之间进行接线。控制功能通过软件编程实现，控制回路的接线简单，可减少由于接线引发的故障，检查判断故障迅速，易于维护。

较强的灵活性和扩展性。可实现复杂的控制功能，由于PC内部具有很多的“软继电器”，定时器、计数器等，所以更改控制功能只要修改程序，而不需要改变接线，即可方便的进行控制方式的更改或完善。

设计工作量少，安装和调试周期短。由于省去了部分继电器，控制盘大为简化，从程序输入、接线到单个回路调试，比常规继电器控制大大缩短了调试时间，而且编程器有在线调试、自动插入、语法检测等功能，给安装、调试带来很多方便，节省了大量的工作。

方便的通讯功能。便于实现与其他控制系统的接口，扩大控制系统的功能。PC与上位计算机可以进行数据通讯，机组自动操作过程中开关量状态可在上位机进行监视，同时，上位计算机也可以对PC发出各种指令，如开、停机操作等。

4结束语

由于现场安装、配线和调试方便，其输出有停电保持功能，其工作可靠，性能稳定，可编程控制技术近年来已在许多中小型水电厂得到广泛的应用。

参考资料
[1]杨黎明.机电一体化系统设计手册.国防工业出版社，1997.
[2]朱善君等.可编程序系统原理、应用、维护.清华大学出版，1991.
[3]可编程序控制器用户手册、编程手册.华光电子工业公司，1995.