【正文】 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。 機組的輸入信號有直流 24V 開關信號和傳感器信號兩種。 PLC 在采集到各種故障信號后按照停機的流程跳開斷路器，使機組與電網解列。 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 。 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。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。 (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。 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)。 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。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?？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。 數(shù)據處理模塊 在數(shù)據處理模塊中，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。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。對攀枝花學院?？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 17 此六組數(shù)據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。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。軟件程序與硬件電路的設計同等重要，二者必須統(tǒng)一考慮、協(xié)調工作，充分合理地利用硬件電路資源。 系統(tǒng)的工作電源 本裝置需要 5v, +12v、 12v, +24v 和 24v 的直流電源。基于上述原因，可采用如下方法進行復位電路的設計 : (1) 采用一個復位芯片，使復位輸出直接連接到 CPU和 PSD芯片的復位引腳； (2) 采用兩個獨立的 RC 復位電路， PSD 芯片復位電路的 RC常數(shù)應該比 CPU 復位電路的 RC 常數(shù)小，這樣， PSD 芯片就有一個較短的復位脈沖信號； (3) 采用一個帶緩沖的復位信號， RC 復位電路的輸出端在接到 CPU 和 PSD芯片的復位引腳上以前，通過一個門電路 (如 74HC14)被緩沖。 數(shù)據顯示方式 在各類儀 表中，常用的顯示器有 :發(fā)光二極管顯示器 (LED )、液晶顯示器( LCD ) ,熒光管顯示器、簡易的 CRT 接口等。斷電時數(shù)據自動保存。通常，靜態(tài)的、易失性 RAM 在掉電后，其內部存儲的數(shù)據將會丟失。由于本裝置應用于變電站中，距離至少為 1000m，而且 3000bps 不能滿足實時性要求。串行數(shù)據傳輸?shù)木嚯x可達到幾公里，對于遠距離的數(shù)據通訊而言，串行通訊常常是唯一的一種手段。 數(shù)據通訊方式 為了適應現(xiàn)代變電站調度自動化的要求，本裝置設有通訊功能，以便系統(tǒng) 調度人員能夠在遠方了解系統(tǒng)運行情況并實現(xiàn)三遙功能。 CPU 與 PSD 芯片的電路連接方式參看圖 AD0— AD7 低位地址輸出 AD8— AD15 UO 輸出 RD、 WR、 ALE PLD 輸入 地址譯碼輸出 圖 CPU 與 PSD 的連接電路 CPU PSD 攀枝花學院?？飘厴I(yè)設計（論文） 3 系統(tǒng)的總體電路結構與分析 14 CPU 及其外圍電路的設計 測量用的數(shù)據采集及 A/D 轉換 在各種各樣的測量儀表中，對輸入信號進行模擬濾波是很常見的。其能提供最小為 100,000 周期 /字節(jié)的使用期限和最小為 100 年的數(shù)據保存期。當 V㏄降低到最小 V㏄轉換攀枝花學院?？飘厴I(yè)設計（論文） 3 系統(tǒng)的總體電路結構與分析 13 點以下時，系統(tǒng)將復位?？撮T狗定時器對微控制器提供了獨立的保護系統(tǒng)。綜合以上各因素，本裝置中選用 MAXIM公司的 MAX197 作為 A/D 轉換芯片。 A/D 轉換芯片的選擇 A/D 轉換器與整個系統(tǒng)的測量范圍和精度有關，但考慮到其它元件 (如傳感器的變換精度、信號預處理電路、 A/D 轉換器電路的精度以及軟件控制算法 )等攀枝花學院?？飘厴I(yè)設計（論文） 3 系統(tǒng)的總體電路結構與分析 12 的影響，因此， A/D 轉換器的位數(shù)至少要比總的精度要求的最低分辨率高一位?；诒狙b置用于發(fā)電機組出線，測量頻帶不寬，現(xiàn)場干擾多等特點，因此選用隔離性能好的變壓器耦合型電量隔離傳感器 WBI411E 和 WBV44E。因此，本裝置要選用帶有電量隔離的傳感器，以保證模擬量高壓側與低壓側彼此隔離，使之輸入和輸出之間沒有直接連接，采用隔離型電量傳感器具有以下特點 : ⑴ 能保護系統(tǒng)元件不受高共模電壓的損害，防止高壓對低壓系統(tǒng)的損壞； ⑵ 泄漏電流低，對于測量傳感器的輸入端無須偏流返回電路； ⑶ 共模抑制比高，能對直流和低頻信號進行準確、安全的測量。因此要求所選傳感器有高的準確度和靈敏度，以保證儀表的測量和控制的可信度。 PSD 芯片的突出優(yōu)點是 :減少模板空間、降低功耗和成本、簡化模板設計。芯片主要功能模塊包括 :1 兆位的主閃攀枝花學院?？飘厴I(yè)設計（論文） 3 系統(tǒng)的總體電路結構與分析 11 速存儲器、 256K 位的次閃速存儲器、超過 3000 門的閃速可編程邏輯、 SRAM、可配置的 I/0 端口以及可編程的電源邏輯管理。這就能夠從硬件上縮短快速傅立葉變換的運算時間，加 快電量測量的實時性。 副監(jiān)控裝置硬件電路的結構參看圖 3. 2 硬件電路框圖。 總體電路構成 在本課題中考慮到系統(tǒng)的復雜性，將監(jiān)控裝置分為主、副監(jiān) 控裝置，均以INTEL196KC 單片機為核心，配以一些適當?shù)耐鈬娐穪硗瓿筛鞣N功能，主要模塊有 :A/D 轉換、按鍵、開入量檢測、控制輸出、通訊、看門狗電路、數(shù)據存儲單元、顯示、時鐘等。從目前發(fā)展的情況看，組態(tài)軟件在水電站監(jiān)控系統(tǒng)中的使用是必然的，它的便捷性，實用性已得到水電站監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)和應用人員的青睞。組態(tài)軟件實際上是利用組態(tài)語言，通過控制算法構成件程序，而不需要用一條條語句或者指令來編寫程序。通過網絡通信，調度計算機將調度命令送至計算機監(jiān)控系統(tǒng)，水電站計算機監(jiān)控攀枝花學院?？飘厴I(yè)設計（論文） 2 水電站計算機監(jiān)控的典型結構及發(fā)展趨勢 8 系統(tǒng)將電站各設備運行參數(shù)、狀態(tài)傳輸?shù)秸{度計算機，并按調度的命令進行調峰、調荷運行。使得水電站計算機監(jiān)控技術主要朝著網絡化、智 能化、人性化、軟件組態(tài)化、控制無人化方向發(fā)展。 ⑸ 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) (Field bus Control System，簡稱 FCS ) 。 ⑶ 監(jiān)督控制系統(tǒng) (Supervisory Computer Control, SCC)。在該控制系統(tǒng)中，計算機小直接參與控制，而是通過對過程運行參數(shù)數(shù)據的采集和處理為操作人員提供反映生產過程工況的各種數(shù)據，并根據一定的控制算法給出操作指導信息。除工業(yè)控制機外，測控系統(tǒng)中還有過程輸入輸出設備、過程參數(shù)測量變送器件、執(zhí)行機構等裝置。 從監(jiān)控系統(tǒng)的模式來劃分，計算機監(jiān)控系統(tǒng)可分為四種 : ⑴ 集中監(jiān)控系統(tǒng)； ⑵ 按功能分散的分布式系統(tǒng)； ⑶ 按被控對象分散的分布式系統(tǒng)； ⑷ 全分布式系統(tǒng)。 ②對水輪發(fā)電機組進行模 糊 PID 算法設計。 本文通過對小型水電站自動化及計算機監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展進行了分析和概述，在此基礎上設計出了具有較高性價比的某小型水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的設計方案 ，實現(xiàn)了水輪發(fā)電機組的自動程序控制、上下位機的數(shù)據交換和水電站報表的管理。 目前，國內外研制和開發(fā)的水電站自動監(jiān)控裝置己經有許多了，但是，它們大多數(shù)是面對大、中型水電站或新建設的中、小型水電站而設計的，功能雖然完全，卻大多采用新的輔助機械，復雜而又昂貴，而且采用集中機柜式的接線方式。可以根據用戶的不同需要而取舍。進入90 年代后期，國內已經出現(xiàn)了一批以微機為基礎的自動化裝置，如南瑞、許繼等廠家研制生產的線路保護、變壓器主保護、變壓器后備保護、發(fā)電機保護、微機自動準同期等基礎自動化裝置，為水電站綜合自動化系統(tǒng)的設計提供了必要的設備保障。但是，國外產品的板面按鍵操作比較復雜，需要工作人員的操作水平較高，這與我國現(xiàn)場操作人員素質較低的現(xiàn)狀不適應。這些發(fā)電設施一般位于山區(qū)。近年來，計算機在水電站上的應用已超越了電能 生產的范圍，在水情測報、水工建筑的監(jiān)測等方面也出現(xiàn)了計算機監(jiān)控系統(tǒng)。充分利用網絡資源，開發(fā)出符合水電站特征的 應用軟件，是現(xiàn)代水電站所追求的目標。到四十年代，幾乎所有水電站都采用了主機和控制一體化的直接控制方式；五十年代引入了遠方控制技術，可以從遠處對主機進行監(jiān)測、控制、保護；六十年代，由于采用了半導體技術，控制回路向電子化、小型化、無觸點化方向發(fā)展。 水電站計算機控制現(xiàn)狀及發(fā)展 水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)是水電站綜合自動化系統(tǒng)的基礎，是采用計算機技術、微機保護技術以及通信技術，對電站進行保護、測量、監(jiān)控、報警和數(shù)據遠方交換的綜合性自動化系統(tǒng)。 但目前國內中小水電站實現(xiàn)自動化和無人值班的改造，由于缺乏可供選 用的性價比合適的自動化設備，大多仍沿用大中型水電站微機監(jiān)控模式，很多中小電站的二次設備包括現(xiàn)地控制單元，同期裝置，調速器，勵磁調節(jié)器，保護等設備都是按功能劃分的單個設備。目前的水電站大多采用分層分布式的水電站自動化系統(tǒng)，盡可能的提高水電站的自動化水平己經是發(fā)展的必然趨勢閣。但目前小水電開發(fā)程度仍很低，僅占可開發(fā)資源的 % ,隨著國家對生態(tài)環(huán)境日益重視，小水電作為我國最主要的清潔可再生能源，在電力結構調整和農村能源結構調整中具有重要的地位。 有關水電站綜合自動化的研究成果，據查閱的 57 篇論文中，涉及到小型水電站的僅有 5 篇。隨著新技術、新材料、新工藝在傳統(tǒng)小水電站的應用，特別是自動化技術在小水電站的推廣應用，發(fā)現(xiàn)原有的水輪發(fā)電機組配套的操作器、勵磁設備存在與自動控制不匹配的問題，如果采用微機型的調速器和勵磁系統(tǒng)，往往價格很高，不適合在農村小水電站中推廣。 control system is tested by Sanbeihe hydropower station handbook and achieves good result. Keywords supervisory amp。根據三背河水電站提供的開機、關機操作票和日常監(jiān)測流程內容進行系統(tǒng)功能的驗證，經實驗證明該系統(tǒng)能達到預期的效果。該系統(tǒng)應用相對獨立的單元監(jiān)控