【正文】 控制系統(tǒng)的功能 15 PLC 現(xiàn)地控制器 11 ,按計算機控制方式結(jié)構(gòu)來分析下列幾種模式系統(tǒng) The last program the PLC control system. Key Words: Hydropower development trend ； S7200 ； PLC programming ； System structure of the system 3 目錄 第一章 緒論 1 摘要 本文首先對 我國水電站計算機系統(tǒng)的水平及發(fā)展趨勢做了介紹；其次重點介紹了 S7200/300 PLC在水電站監(jiān)控系統(tǒng) LCU的應(yīng)用及在水電站技術(shù)供水系統(tǒng)的作用和在水電站油壓裝置中的應(yīng)用；再次用工程制圖畫了水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖及硬件配置表；最后編了 PLC 控制系統(tǒng)程序。 4 我國水電站計算機系統(tǒng)的水平及發(fā)展趨勢 6 國內(nèi)外水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式 14 第二章 S7200/300 PLC 在水電站監(jiān)控系統(tǒng) LCU 的應(yīng)用 25 PLC 控制系統(tǒng)的程序設(shè)計 29 硬件配置表 31 33 在后面的學(xué)習(xí)中，我們將了解到現(xiàn)地控制單元最新技術(shù)和發(fā)展趨勢、通信系統(tǒng)的最新技術(shù)和發(fā)展趨勢、數(shù)據(jù)庫與軟件的最新技術(shù)和發(fā)展趨勢以及水電站計算機監(jiān)控技術(shù)的總體現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。原始數(shù)據(jù)在此進行采集和預(yù)處理，各種控制調(diào)節(jié)命令都通過它發(fā)出和完成控制，它是整個監(jiān)控系統(tǒng)中很重要、對可靠性要求很高的控制部分。另外尚有極少數(shù)的小型水電站采用基于工業(yè) PC 機（又稱工控機）的控制系統(tǒng)。國際電工委員會（ IEC）對 PLC 的定義是：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。雖然 PLC 問世時間不算太長，但是隨著微處理器的出現(xiàn)，大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路制造技術(shù)和數(shù)據(jù)通訊技術(shù)的迅速發(fā)展， PLC 的應(yīng)用和技術(shù)也得到了飛速的發(fā)展，其發(fā)展過程大致可分三個階段： （ 1）早期的 PLC（ 60 年代末 70 年代中期） :早期的 PLC 一般稱為可編程邏輯控制器。在硬件方面，開發(fā)了模擬量模塊、遠程 I/O 模塊以及各種特殊功能模塊，使 PLC 的應(yīng)用范圍得以迅速擴大到需要自動控制的很多行業(yè)。 上世紀(jì) 80 年代至 90 年代中期，是 PLC 發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為30%~40%。目前在我國水電站使用較廣泛的 PLC 有： GE Fanuc 公司的 GE Fanuc 90 系列，德國 Siemens 公司的 S S7 系列，法國 Schneider 公司的 、 Atrium 和 Quantum，美國 Rockwell 公司 PLC Control Logix，日本 OMRON 公司的 SU SU SU8，日本 MITSUBISHI公司的 FX2 系列等。 但 PLC 作為一種通用的自動化裝置，并非是為水電站自動化而專門設(shè)計的，在水電自動化這一有著特殊要求的行業(yè)應(yīng)用中不可避免地也會有一些不適合的地方，現(xiàn)列出以下幾點： （ 1） PLC 以“掃描”的方式工作，不能滿足事件分辨率和系統(tǒng)時鐘同步的要求?，F(xiàn)在的 PLC 雖然具有較強的自診斷功能，但對于輸入、輸出部分，它只自診斷到模件級。 2．基于智能現(xiàn)地控制器的 LCU 在我國水 電站自動化系統(tǒng)中應(yīng)用較多的另一類現(xiàn)地控制單元應(yīng)該就是智能現(xiàn)地控制器，如 ABB 公司 AC450，南瑞集團的 SJ600 系列， Elin 公司的 SAT1703 等。每個子系統(tǒng)由主處理器、接口模板（模塊）、通信模塊等構(gòu)成，能實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、控制和通信功能，在 LCU 內(nèi)部采用 SMI（ Serial Module Interconnector）進行通信。SJ600 具有以下主要特點： （ 1）其中，主控模件采用符合 的嵌入式模塊標(biāo)準(zhǔn) PC104，具有可靠性高、現(xiàn)場環(huán)境適應(yīng)性強等特點。采用了大規(guī)?？删幊踢壿嬓酒?EPLD）及 Flash 存儲器，簡化了系統(tǒng)設(shè)計，提高了可靠性。 （ 4） LCU 直接連接高速網(wǎng) 。 （ 5）提供了直接的 GPS 同步時鐘接口，無需編程和設(shè)置。 （ 7）針對水電站自動化專業(yè)應(yīng)用開發(fā)的專用功能模塊。 PLC 和智能現(xiàn)地控制器都在朝著適應(yīng)新的應(yīng)用需求的方向發(fā)展，如 PLC 根據(jù)傳統(tǒng)PLC 的不足，開發(fā)新的功能模件或者結(jié)合 PLC 技術(shù)和 IPC 技術(shù)開發(fā)出相當(dāng)于智能現(xiàn)地控制器的新產(chǎn)品。主機架采用新型 17 槽 VME 機架，而擴展機架、 I/O 模塊、 Genius 網(wǎng)絡(luò)仍采用原9070 產(chǎn)品。傳統(tǒng)的 PLC 由于受其運行模式的限制，在測點數(shù)量大量增加、邏輯任務(wù)處理量或任務(wù)數(shù)增加的時候，會對運行處理周期產(chǎn)生較大影響；對現(xiàn)場的 實時事件的響應(yīng)也不夠即時。 LCU 往往通過現(xiàn)場總線（常用的有 CAN 等）向下連接著各種智能儀表、智能傳感器和分級監(jiān)控的子系統(tǒng)（如大型機組的溫度、水系統(tǒng)等），通過高速網(wǎng)絡(luò)（ TCP/IP、工業(yè)以太網(wǎng)）連接廠級計算機監(jiān)控系統(tǒng)。 （ 5）提高控制安全性，應(yīng)在 LCU 軟硬件故障或異常的任何情況下，都不會有錯誤的控制信號輸出。無論外掛或內(nèi)嵌式的 Ether 功能和 Web 支持都為應(yīng)用提供了極大的便利，但是在用戶得到應(yīng)用便利的同時也受到網(wǎng)絡(luò)安全的極大危險。部分廠家的 LCU 還無法滿足這些要求或指標(biāo)太低。其他 LCU 廠家也提供了或正在開發(fā)不同功能的非常有用工具軟件，用戶在使用 LCU 方面將越來越方便。在未來幾年內(nèi)，對標(biāo)準(zhǔn)化、安全性、可靠性、開放性、可互操作性、可移植性的要求將是水電站用戶至為關(guān)心的。隨著計算機技術(shù)、測控技術(shù)和電子技術(shù)的飛速發(fā)展，在現(xiàn)代通信領(lǐng)域中，各種先進的通信技術(shù)、通信設(shè)備和通信手段層出不窮。 1．應(yīng)用 專線的通信系統(tǒng) 對于測控距離較短、通信數(shù)據(jù)量大、通信頻繁且實時性、可靠性和保密性要求都很高的遠程分布式計算機監(jiān)控系統(tǒng)，一般采用自行架設(shè)專線（如電纜）來作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ?。這種通信系統(tǒng)不但在水電站計算機監(jiān)控中應(yīng)用，而且在交通、工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用也十分廣泛，比如說鐵路沿線行車信號燈的監(jiān)控，就可以采用這種測控網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)。當(dāng)需要檢測遠方測控對象的狀態(tài)或?qū)ζ鋱?zhí)行操作時，主站從自己的數(shù)據(jù)庫中找到對應(yīng)子站的電話號碼，通過撥號方式向子站發(fā)出“握手信號”，相應(yīng)的子站接收到“握手信號”后執(zhí)行摘機命令，從而建立起主站和子站之間的通信渠道。考慮到系統(tǒng)的高穩(wěn)定性和高可靠性，在設(shè)計過程中必須慎重選擇串行接口和光纖收發(fā)器。 實現(xiàn)該系統(tǒng)必須解決許多關(guān)鍵性問題，比如數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?、?zhǔn)確性和實時性；網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的連接和更新的動態(tài)性、實時性、有高的編程效率和很好的兼容性等；TCP/IP 協(xié)議和現(xiàn)場總線協(xié)議的兼容性，真正達到數(shù)據(jù)暢通無阻；此外，網(wǎng)絡(luò)的安全性也是一個不容忽視的環(huán)節(jié)?；跓o線通信的通信技術(shù)，其缺點是抗干擾能力差，因此在水電站及電力系統(tǒng)中的應(yīng)用受到限制，目前僅應(yīng)用于距離相對較遠 的電網(wǎng)層計算機監(jiān)控系統(tǒng)。 2．進一步融合 EMIT（嵌入式微型因特網(wǎng)互聯(lián)技術(shù)）和 ECS（嵌入系統(tǒng) ）技術(shù) 進一步融合 EMIT（嵌入式微型因特網(wǎng)互聯(lián)技術(shù)）和 ECS（嵌入系統(tǒng)）技術(shù)使現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和控制子系統(tǒng)的智能化程度得到提高，且能夠更方便的與通信中心建立起通信渠道?？梢灶A(yù)見，通信技術(shù)必將隨著我國相關(guān)技術(shù)的發(fā)展而逐步完善和成熟，各種功能的通信系統(tǒng)在不遠的將來會廣泛地使用在社會的各個領(lǐng)域，通信技術(shù)的新發(fā)展也必將給水電站及電力系統(tǒng)的計算機監(jiān)控領(lǐng)域注入新的活力。 目前，在水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)還存在諸多不足：①專用實時數(shù)據(jù)庫和商用歷史數(shù) 據(jù)庫雖然可以集成在一起，但這種集成會帶來一些負面的影響，如集成的有縫性、集成化加大資源的開銷、集成化對實時性產(chǎn)生影響、集成化引起數(shù)據(jù)失真等；②專用實時數(shù)據(jù)庫由生產(chǎn)廠家自行開發(fā)，缺少統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，不利于監(jiān)控系統(tǒng)的擴展和維護；③歷史數(shù)據(jù)庫采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，關(guān)系型數(shù)據(jù)庫不支持可擴展標(biāo)記語言（ XML）數(shù)據(jù)的處理方式或支持非常生硬，而 XML 作為目前最流行的一種標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式，它能為不同應(yīng)用程序間的數(shù)據(jù)交換和不同系統(tǒng)間的集成提供了強大的機制；④水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的分層分布式結(jié)構(gòu)使其比較合適采用分布式數(shù)據(jù)庫，而采用關(guān)系型數(shù) 據(jù)庫管理系統(tǒng)很難保障各分布點數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)一致性；⑤目前的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)對事務(wù)處理能力較差，只能支持非嵌套事務(wù)，對長事務(wù)的響應(yīng)較慢，而且在長事務(wù)發(fā)生故障時恢復(fù)也比較困難。 軟件最新技術(shù)與發(fā)展趨勢 水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的軟件是整個監(jiān)控系統(tǒng)的“靈魂”，其形式豐富、層次復(fù)雜。軟件的發(fā)展主要有以下一些趨勢：自動化設(shè)備軟件的智能化趨勢，現(xiàn)地監(jiān)控軟件的組態(tài)化趨勢，通信軟件的標(biāo)準(zhǔn)化趨勢，上位機軟件的網(wǎng)絡(luò)化趨勢，人機接口軟件的多媒體化趨勢等。同時，水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)也將不斷融合進梯級水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)和電網(wǎng)級計算機監(jiān)控系統(tǒng)之中，成為電力系統(tǒng)計算機監(jiān)控系統(tǒng)的一個不可缺少的組成部分。從計算機在水電站監(jiān)控系統(tǒng)中的作用來看 , 又可分為以常規(guī)自動化裝置為基礎(chǔ)的計算機輔助監(jiān)控系統(tǒng) (CASC系統(tǒng) )。采用這種系統(tǒng)國外的典型實例是巴西的依泰普電站 , 此電站只利用計算機對全廠進行監(jiān)測而沒有包括控制功能。 3 計算機與常規(guī)裝置雙重監(jiān)控系統(tǒng) (CCSC) 采用 C CS C 系統(tǒng) , 水電站具有兩套各自獨立的監(jiān)控系統(tǒng)可以相互備用 , 這 是一種由 CA SC 方式向 C BS C 方式過渡的一種系統(tǒng) ,隨著計算機監(jiān)控系統(tǒng)運行經(jīng)驗日益豐富及裝置可靠性的提高 , 今后會有更多電站采用 CBSC方式。國內(nèi)采用這種控制方式的例子有石塘電站。水電站采用分布式處理一般與電站分層控制結(jié)合起來 , 形成水電站分層 分布控制系統(tǒng) , 這種模式在國內(nèi)外水電站得到日益廣泛地應(yīng)用。水電站的生產(chǎn)過程和管理體制 , 都是一個垂直的調(diào)度系統(tǒng) , 層次分明 , 任務(wù)明確 , 關(guān)系清楚 , 為適應(yīng)這樣一種生產(chǎn)方式和分極管理體制 , 在分散式和分布式系統(tǒng)的基礎(chǔ)上 , 推出一種目前國內(nèi)水電站都普遍采用的當(dāng)今最流行的一種計算機監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式 , 即分層分布結(jié)構(gòu)模式 , 。 4 全開放、全分布式監(jiān)控系統(tǒng) 這是近年來發(fā)展并得到廣泛注意的一種工業(yè)控制監(jiān)控系統(tǒng) , 開放系統(tǒng)概念的形成經(jīng)歷過不少階段 , 八十年代中期以來 , 計算機硬件發(fā)展很快 , 特別是 RISC技術(shù)的出現(xiàn) , 其發(fā)展更加迅速 . 高性能的硬件設(shè)備不斷問世 , 這使得廣大計算機用戶在選用最優(yōu)秀、最先進硬件設(shè)備若干年后 , 該設(shè)備可能就落后了 , 甚至停產(chǎn)了 , 致使應(yīng)用系統(tǒng)面臨淘汰的危險。用戶的可移值性。 2計算機與常規(guī)裝置雙重監(jiān)控系統(tǒng) (CCSC) : CCSC 系統(tǒng)的最大優(yōu)點是可靠 性很高 ,由于保留著較完整的常規(guī)控制系統(tǒng) , 對缺乏計算機知識的運行人員來說可以解除緊張心理 , 雙重系統(tǒng)的存在當(dāng)計算機系統(tǒng)檢修或試運行初期 , 運行人員可以將常規(guī)系統(tǒng)投入運行 , 不影響整個電站的正常運行 , 但采用雙重監(jiān)控系統(tǒng) , 會使系統(tǒng)復(fù)雜 , 并增加設(shè)計、安裝調(diào)試等工作量及自動化系統(tǒng) 14 的造價。對于一些已經(jīng)投入運行的水電站 , 常規(guī)控制回路或裝置已經(jīng)配置 , 則可據(jù)各自不同的情況和功能要求等選擇 CBSC 、 CCSC 或 CASC 三種模式中的一種 , 不一定強求一致。確實可以克服集中式監(jiān)控系統(tǒng)的弊病 ,但由于水電站生產(chǎn)過程特點 , 許多功能不可能截然分開 , 與分布式監(jiān)控系統(tǒng)比較 , 其缺點尤為明顯 , 我們建議今后在我國大、中型水電站監(jiān)控系統(tǒng)中不宜采用這種模式。雙機切換需要增加設(shè)備 , 在大、中型水電站中 , 特是大型水電站中不宜采用 . 環(huán)網(wǎng)由于擴困難 , 目前在水電站中不宜采用 . 我們推薦總線網(wǎng) , 總線網(wǎng)的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡 單 , 網(wǎng)絡(luò)軟件也比較簡單 ,傳送速率高 , 造價便宜 , 更大的優(yōu)點是用戶需要進行擴充或更新某些設(shè)備時 , 只要增加或減少相應(yīng)的工作站和硬軟件模塊即可 , 不必變動整個系統(tǒng) , 系統(tǒng)設(shè)計和配置具有積木組合性 , 可以配置成各類系統(tǒng) , 適應(yīng)各種要求和環(huán)境 , 系統(tǒng)組態(tài)為可編程形式 , 用戶一般只需作出控制框圖或按提示填表 , 十分方便，總線網(wǎng)的缺點是不能完全保證在一個確定時間內(nèi)把信息發(fā)送到對方 , 影響實時性 , 但由干 15 傳輸速度極高 , 實際上對水電站監(jiān)控系統(tǒng)的實時性影響不大。 4 對水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的基本要求 現(xiàn)代水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng) , 無論采用哪種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式 , 一般均應(yīng)滿足下列基本要求 : 1響應(yīng)速度快。 2可靠性 , 可利用率高 計算機系統(tǒng)的可靠性是保證電站安全運行的重要環(huán)節(jié) , 大型水電站對計算機系統(tǒng)可靠性的要求更高 , 為此 , 在系統(tǒng)配置上 , 必須采取各種加強可靠性的措施 , 以保證系統(tǒng)各部分均能分別進行檢查維護或更換。 當(dāng)系統(tǒng)某個部件發(fā)生故障時 , 要求能及時發(fā)現(xiàn)故障點 , 盡快地進行更換并要求能不停機維修 為此 , 系統(tǒng)所采用的模塊種類應(yīng)盡量少 ,