【導讀】型水電站監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)應用相對獨立的單元監(jiān)控裝置對小型水輪發(fā)電機組實。行一對一的控制與檢測。系統(tǒng)由下位機監(jiān)控裝置和上位PC機嵌入式系統(tǒng)可視化。下位機監(jiān)控裝置采用分布式結構的模塊化設計，以Motorola的。上位機嵌入式系統(tǒng)可視化編程軟件采用面向對象的編程語言Visual. 現(xiàn)不同的功能，達到下位機裝置的一機多用。根據(jù)三背河水電站提供的開機、關

　　

【正文】 理。 系統(tǒng)的軟件是根據(jù)系統(tǒng)的功能要求而設計的。在本課題中采用由于硬件資源的分配問題而設計了主、副監(jiān)控裝置，兩部分完成的功能各不相同，對于每一部分的程序都采用模塊化設計，使系統(tǒng)的軟件 結構清晰，易于理解，便于調試、連接、修改和移植。 4. 2 主監(jiān)控裝置的軟件設計 主監(jiān)控裝置的軟件程序主要包括以下幾部分 :主程序模塊、數(shù)據(jù)采集 (模擬量采集、數(shù)字量采集 )模塊、控制輸出模塊、軟件定時處理模塊、通訊模塊、按鍵處理模塊、顯示模塊等。 圖 主監(jiān)控裝置軟件程序流程圖 主監(jiān)控裝置的主程序 在主監(jiān)控裝置的主程序中，主要包括以下一些模塊 : 系統(tǒng)初始化 芯片配置寄存器的置數(shù)、中斷允許和禁止的設定、復用引腳的功能選擇以及置一些變量的初值等。 測量用數(shù)據(jù)的采集 在本裝置中，對六路模擬量的數(shù)據(jù)進行采集，包括三相電壓和三相電流。對攀枝花學院專科畢業(yè)設計（論文） 4 水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)軟件設計 17 此六組數(shù)據(jù)的采集采用匯編語言進行編寫，通過對每一條語句運行時間的準確計算和自適應采樣間隔調整，使得對輸入信號的每個周波等間隔采樣 32 點，采樣間隔可精確到一個 T狀態(tài)，從而使本裝置的測量精度有一定的保障。 軟件定時處理程序 軟件定時處理程序是主程序的一個重要組成部分，它將主要完成保護及錄波用的數(shù)據(jù)采集、保護啟動及判斷處理、變位處理、控制輸出等功能。定時時間間隔為 1. 667ms，即保證每周波采樣 12 點。由于同時讀入開關量狀態(tài)，并判斷是否發(fā)生變位，所以也能夠充分保證開關變位的分辨率小于 10ms 的要求。對于系統(tǒng)的控制輸出，也保證 1. 667ms 查詢一次，以保證控制輸出得到及時響應。軟件定時處理程序流程圖參看圖 。 未發(fā)生 發(fā)生 已啟動 未啟動 否 是 圖 軟件定時處理程序流程圖 開始 是否發(fā)生故障？ 保護是否否已啟動？ 是否在于定值？ 數(shù)據(jù)采集 返回 變位處理 控制輸出處理 保護校驗、動作 啟動保護元件 攀枝花學院?？飘厴I(yè)設計（論文） 4 水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)軟件設計 18 在本系統(tǒng)中副監(jiān)控裝置將主要完成管理、通訊和測量部分的數(shù)據(jù)計算，其程序流程圖如圖 所示。 未發(fā)生 發(fā)生 圖 副監(jiān)控裝置軟件程序流程圖 副監(jiān)控裝置的主程序 在副監(jiān)控裝置中，主要包括以下一些模塊 : 系統(tǒng) 初始化 芯片配置寄存器的置數(shù)、中斷允許和禁止的設定、復用引腳的功能選擇以及置一些變量的初值等。 數(shù)據(jù)處理模塊 在數(shù)據(jù)處理模塊中，將采集 16 路溫度信號，對它們進行實時監(jiān)測，當溫度發(fā)生異變或與 顯示程序 顯示程序對所有測量得到的溫度就地顯示，并同時顯示時間，還可以實現(xiàn)現(xiàn)場的參數(shù)設定，以保證本裝置單端運行的需要。 按鍵處理程序 本裝置的按鍵有四個按鍵。其中一個是復位鍵，它可以實現(xiàn)整個系統(tǒng)的復位。另外三個鍵為組合式，通過獨立使用和不同組合來完成各種功能?？梢詫崿F(xiàn)時間初始化 開中斷 模擬量采集 是否發(fā)生故障？ 啟動保護元件 延 時 返 回 軟件定時中斷 軟件定時中斷 攀枝花學院?？飘厴I(yè)設計（論文） 4 水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)軟件設計 19 及變量的參數(shù)設置、顯示內容的設定、參數(shù) 的查看等。 其它功能的實現(xiàn) 在主程序中還能實現(xiàn)數(shù)據(jù)記錄、統(tǒng)計處理等功能。 通訊程序 本裝置中采用 RS485 接口半雙工的異步通訊方式。利用 CPU 的串行口方式2和串行口方式 3 實現(xiàn)多機通訊功能。通訊開始前，主機和從機皆工作于方式 2，通過地址確定要通訊的從機，當某一從機接收到的地址與自己的地址相符時，則該從機便使其串行口轉入工作方式 3，接收主機發(fā)送來的數(shù)據(jù)。未被尋址的從機仍工作于方式 2。通訊采用主 /從模式，主端引發(fā)，控制整個通訊過程，無主端通訊時，從端可上發(fā)數(shù)據(jù)。 攀枝花學院?？飘厴I(yè)設計（論文） 5 機組現(xiàn)地控制單元的設計與研究 20 5 機組現(xiàn)地控制單元的設計與研究 概述 機組現(xiàn)地控制單元 (也稱機組控制單元 )是水電站計算機控制系統(tǒng)的一個重要組成部分，它一方面與電站生產(chǎn)過程聯(lián)系，采集信息，完成機組自動程序控制；另一方面與電站控制級聯(lián)系，傳送運行信息、接受下達的命令，是水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的基礎。 隨著微型計算機的問世和性價比的提高，機組控制單元進而采用了微型計算機，特別是可編程控制器 (PLC)的出現(xiàn)，以及 PLC 性能日臻完善，使機組控制單元的控制手段越來越多。采用可編程控制器構成的機組控制單元有許多優(yōu)點 : 1)具有計算處理和存儲的功能。 2)控制功能的修改和擴充，可以用改變程序的方法來實現(xiàn)，而不必重新進行 電路設計。 3)可以實現(xiàn)系統(tǒng)故障自診斷，及時發(fā)現(xiàn)控制系統(tǒng)中的故障，以便采取措施并加以排除。 4) PLC 可以直接控制電磁閥和接觸器等執(zhí)行機構，省掉了中間環(huán)節(jié)。 5. 2 機組自動程序控制的要求 水輪發(fā)電機組自動程序控制的基本任務是借助于自動化元件及裝置，組成一個不間斷的操作過程，來代替生產(chǎn)過程中所有的手動操作，實現(xiàn)機組調速操作系統(tǒng)和油、氣、水輔助設備系統(tǒng)的控制和監(jiān)視，從而實現(xiàn)單機生產(chǎn)過程的自動化。隨著技術的發(fā)展和自動化水平的提高，機組 的自動程序控制除了完成上述基本任務外，還要與水電站的成組調節(jié)裝置、自動操作器、遠動裝置以及微型計算機等具有良好的連接接口，以實現(xiàn)整個水電站的綜合自動化。 機組的工作狀態(tài) 對于本文涉及到的小型發(fā)電機僅承擔發(fā)電任務，所以運行狀態(tài)僅有開機運行和停機運行，停機運行包括緊急停機、事故停機。 (1) 停機運行 當正在運行的機組轉速達到 140%額定速度時，或者調速器的油壓系統(tǒng)出現(xiàn)事故低油壓，或在機組事故停機時剪斷銷被剪斷，此時操作系統(tǒng)快速關閉進水閘攀枝花學院?？飘厴I(yè)設計（論文） 5 機組現(xiàn)地控制單元的設計與研究 21 門，進入停機程序。 當機組推力軸 瓦、上導油槽、下導油槽、水導軸承發(fā)熱時，以及發(fā)電機發(fā)生電氣事故 (差動、低壓過流 )時，機組不能再繼續(xù)運行，必須進行停機。這種停機僅關閉調速器，使導葉處于全關的位置。 (2) 機組開機 機組的開機操作雖然不是十分頻繁但很重要。開機時，首先要檢查開機的條件如機組有無事故，制動閘是否有壓，斷路器是否在斷開的位置等等。上述條件表示了機組目前的狀態(tài)，如果不滿足是決不能開機的，否則會造成大的事故。開機條件滿足后，在接收到開機令后，打開冷卻水電磁閥、調速器投入運行，投入滅磁開關、完成同期并網(wǎng)。 機組控制單元的 PLC 實現(xiàn) 繼電器控制系統(tǒng)是將控制邏輯寓于電氣接線中，又稱為接線邏輯，要修改系統(tǒng)的控制邏輯，必須重新接線。 PLC則是將控制邏輯存入存儲器中，修改控制邏輯時，只需要修改存儲器中的程序，甚至個別指令，就可以實現(xiàn)工藝的改變。 利用可編程控制器實現(xiàn)機組自動操作，除了可以克服常規(guī)繼電器邏輯電路接線復雜、可靠性低、反應速度慢、檢修維護量大等缺點外，還具有設計簡單、動作可靠、維護工作量小等優(yōu)點。目前該技術已在水電站自動控制系統(tǒng)中得到了應用。由 PLC 構成的 LCU 機組控制系統(tǒng)如圖 所示。 圖 LCU控制系統(tǒng)圖 攀枝花學院?？飘厴I(yè)設計（論文） 5 機組現(xiàn)地控制單元的設計與研究 22 其中 AVR 是勵磁調節(jié)器，用于調節(jié)發(fā)電機的輸出電壓 。GOV 是機組調速器，用于調節(jié)水輪機的轉速 。同期并網(wǎng)裝置采集斷路器 QS 兩端的電壓信號進行同期的計算。當 PLC 接收到同期的調速和調壓信號后，控制調速器和調壓器進行水輪機發(fā)電機 G調速和調壓，并由同期裝置操作斷路器合閘，完成機組的并網(wǎng)，開機過程結束。 PLC 在采集到各種故障信號后按照停機的流程跳開斷路器，使機組與電網(wǎng)解列。在正常運行時，操作人員可以通過操作按扭或上位機完成機組輸出功率的調節(jié) 。 PLC 實現(xiàn)機組控制單元的硬件設計 PLC 構成的機組自動控制單元，是由現(xiàn)場輸入設備 /輸出設備以及 PLC 構成。輸入設備包括機組現(xiàn)場傳感器、限位開關、控制臺的操作按扭；輸出設備包括電磁閥、接觸器、斷路器線圈。 機組的輸入信號有直流 24V 開關信號和傳感器信號兩種。傳感器輸入信號 :機組轉速信號是直流傳感器信號。傳感器輸入信號的連接方法如圖 所示。 圖 PLC傳感器輸入電路 機組的開關輸入信號如表 51所示 : 攀枝花學院?？飘厴I(yè)設計（論文） 5 機組現(xiàn)地控制單元的設計與研究 23 表 51開關輸入信號 名 稱 輸入繼電器 名 稱 輸入繼電器 同期加速 X2 同期加速 X3 手動增速 X4 手動減速 X5 開度增加 X6 開度減少 X7 事故停機 X10 復歸 X11 油開關位置 X12 頻率至空載 X13 頻率至上限 X14 頻率至下限 X15 開機 X16 停機 X17 進水閘門開關 X20 開度至空載接點 X21 開度至上限接點 X22 開度至下限接點 X23 接力器全關 X24 接力器全開 X25 接力器下限位 X26 備用 X27 35%Ne轉速 X30 95%Ne轉速 X31 140%Ne轉速 X32 170%Ne轉速 X33 同期投入反饋點 X34 推力油槽溫度 X40 推力軸承溫度 X41 上導軸瓦溫度 X42 下導軸瓦溫度 X43 下導軸槽溫度 X44 上導冷卻水中斷 X45 下導冷卻水中斷 X46 水導冷卻水中斷 X47 機組的輸出設備為 :驅動接觸器、電磁閥、光字排等。接觸器、電磁閥信號的驅動功率較大，需采用 OMROM 繼電器，將從 PLC輸出的信號進行放大后，再驅動接觸器和電磁閥。光字排因為驅動功率只有 20ma 左右的電流，用可以 PLC 直接驅動。機組部分的輸出信號定義如下 : YO開度增大令； Y7事故音響； Y1開機令； Y10備用； Y2停機令； Y11勵磁起勵； Y3開度減少令； Y12滅磁開關合閘； Y4事故電磁閥； Y13滅磁開關跳閘； Y5冷卻水電磁閥； Y14快速閘門關閉命令； Y6制動電磁閥； Y15同期投入； Y16快速閘門開啟命令； Y32備用； Y17發(fā)電機運行指示； Y33啟動條件具備； 攀枝花學院?？飘厴I(yè)設計（論文） 5 機組現(xiàn)地控制單元的設計與研究