【正文】 支持人機界面； 支持 16點中斷開關量輸入。 在校驗電源容量時，要注意 PLC系統(tǒng)所需電流一定要在電源限定電流之內。開入量按采集方式及信號重要程度的不同分為中斷型開入量和非中斷型開入量，中斷型開入量指事故信號、斷路器分合及重要繼電保護的動作信號 。模擬量主要指電壓、電流、轉速以及功率等電氣信號量，壓力、流量、水位、油位、溫度等非電氣信號量及有功、無功電度等脈沖信號，它們通過轉速繼電器裝置、傳感器、交流采集裝置等送入 PLC，由 PLC直接采集和控制；溫度量通過掛在現(xiàn)場總線網絡的溫度巡檢裝置進行采集和控制。 按照 PLC的選擇原則，能滿足上述要求的 PLC的型號有： GE的 9030或 9070系列；西門子的 S7系列；施耐德的 Mod icon TSX Quantum系列：貝加萊 B＆ R2021系列 PCC；國產 MB系列 等。 9030系列 PLC成本低，性能高，能方便地取代從簡便的繼電器到復雜的中型自動化應用系統(tǒng)場合。同時 GE Fanuc提供第三方工業(yè)設備和軟件包，可進一步擴大了 90— 30PLC的能力。 經比較， LCU的主控制器選用 GE的 90— 30PLC。高級診斷和內置智能開關熔絲也是它所擁有的性能。 IC693CPU350 32K內存 1 IC693PWR32l 電源模塊 2 IC693CHS391 10槽 CPU機架 1 IC693CHS392 lO槽 CPU擴展機架 1 IC693MDL655 24Vdc輸入模塊， 32點 5 工 C693MDL645 24Vdc輸入模塊， 16點 1 IC693MDL740 24VDC輸出模塊， 16點 1 IC693MDL750 24VDC輸出模塊， 32點 2 IC693ALG223 電流模擬量輸入模塊 16路 2 IC693C8KOOl 24針連接器 5 IC693CBL300 擴展電纜 l米 1 IC693CMM31 通訊模塊 1 25 I／ o模塊 它有超過 38個不同的離散量 I／ o類型和 17個模擬量 I／ o類型，包括高速計數(shù)器、 I／ o處理器、可編程協(xié)處理器、溫度控制、伺服運動控制器和 Pc協(xié)處理器等模塊。 通訊協(xié)處理器模塊 IC693CMM31l 對于 331和以上型 CPU，通訊協(xié)處理器模塊 (CMM)提供了兩個串行通訊口， 內裝有可選的通訊協(xié)議。 CMM模塊有 3個發(fā)光二極管指示工作狀態(tài)而勿需實際接線。 CMM是軟件組態(tài)構成，在不同的背景下提供下列三種不同的通訊協(xié)議。 CCM 最初由 GE Fanuc從系列 6開發(fā)而來的，該通訊協(xié)議是由軟件組態(tài)，可用于下列操作。 RTU RTU通訊協(xié)議是 MODBUS遠程終端串行通訊協(xié)議，并且在模塊中只適合于從站操作。另外， GEFanuc開發(fā)了 RTU主模塊，HE693RTM705。 C語言編程使用戶能處理復雜的計算，而這些計算一度只能由大型昂貴的 PLC來執(zhí)行。觸摸屏如圖 38所示： 3． 4． 3 測速裝置的選擇 采用 SZCK2型水輪發(fā)電機轉速測控裝置，它同時采用機械、電氣兩種測速原理，提供 模擬量及頻率輸出。 3． 4． 5 同期裝置的選擇 采用南瑞公司生產的 SJ一 12C型微機自動準周期裝置，它具有雙獨立的微機系統(tǒng)，支持對同期開關兩側的電壓進行相角補償和電壓補償，所有參數(shù)采用數(shù)字式整定，自動校正零點和線性，免維護。 在 LCU中，配置一臺交流采集裝置用以測量發(fā)電機組的有功功率、無功功率、三相電流、三相電壓、頻率、功率因素等各種數(shù)據(jù)，通過 MODBUS總線將數(shù)據(jù)送給 LCU，可省卻大量的變送器，抗干擾能力強。通過模擬量輸入方式接入，與通信方式接入的交流采集裝置形成互補且冗余配置， 3． 5 機組狀態(tài)的判斷 對于常規(guī)水電站，機組有五種狀態(tài)，即：停機、空轉、空載、發(fā)電、不定 (前四種狀態(tài)的過渡狀態(tài)稱為不定態(tài) )，機組的開機、停機、解列、解列后并網等操作，就是機組在停機、空轉、空載、發(fā)電四種狀態(tài)之間的轉換。 隨著機組自動化程度的提高，開始將微機或以微機為基礎的 PLC或工控機用于水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)，用以實現(xiàn)機組的順序控制操作。 機組狀態(tài)判斷標準如下： 機組開機準備條件判斷：機組無事故，制動風閘回復位置，發(fā)電機斷路器在分閘置，接力 器鎖錠在拔出位置，滅磁開關 FMK在合閘位置，機組電磁閥操作電源正常。 機組空轉態(tài)判斷：發(fā)電機斷路器在分閘位置，導葉接力器在空載及以上位置，機組轉速大于 90％ Ne，發(fā)電機電壓小于 lO％ Ue． 機組空載態(tài)判斷：發(fā)電機斷路器在分閘位置，導葉接力器在空載及以上位置，機組轉速大于 90％ Ne，發(fā)電機電壓大于 80％ ue。 3． 6 機組順控工藝流程的設計 對機組 LCU控制流程的設計，來源于控制流程框圖，因此機組 LCU控制流程框圖的設計是否正確、完善，能否滿足各類操作的需求，直接影響到 LCU投運后功能的準確性、完整性和控制的安全性，根據(jù)實際情況，在具體設計中認真參照了有關設計技術規(guī)程、規(guī)定及冉家壩水電站《運行規(guī)程》，并結合水電站多年運行經驗進行機組控制流程框圖設計。停機態(tài)到空轉態(tài)流程框圖如圖 3— 9所示。空轉態(tài)到空載態(tài)流程框圖如圖 311所示。機組空載態(tài)到發(fā)電態(tài)流程框圖如圖 3一 12所示。機組發(fā)電態(tài)到空載態(tài)流程框圖如圖 3— 13所示。機組空載態(tài)到空轉態(tài)流程框圖如圖 314所示。機組空轉態(tài)到停機態(tài)流程框圖如圖 3一 15。 3． 6． 8機組發(fā)電態(tài)到停機態(tài) 機組在發(fā)電態(tài)， PLC接收到機組發(fā)電態(tài)到停機態(tài)運行操作命令時，依次執(zhí)行發(fā)電轉空載、空載轉空轉、空轉轉停機流程，待發(fā)電機落錠落下后復歸相關命令，機組自動迸入停機態(tài)，在此過程中出現(xiàn)任何故障報警并退出。機組事故停機 l流程圖如圖 316所示。機組事故停機 2流程圖如圖 3一 17所示。機組事故停機 3流程圖如圖 3— 18所示。 所有系列 9030CPUs都能用 logicmaster9030軟件編程和組態(tài)。所有程序編制和數(shù)據(jù)組態(tài)放在 DOS子目錄里，用電源模塊上提供的 RS485口作為編程口，編程電纜上帶有 RS一 232／ RS485轉換器，以適配于編程器的串行口 (9針或 25針 )和 PLC連接。 37 組態(tài)軟件特點：顯示和打印 PLC系統(tǒng)圖形；規(guī)定系統(tǒng)中每個模塊的機架和槽位置；驗證 PLC配置符合系統(tǒng)性能；規(guī)定系統(tǒng)中每個模塊 和 CPU的特性；給系統(tǒng)規(guī)定一個名稱；在文件中將組態(tài)數(shù)據(jù)歸檔和保存；在編輯器與 PLC之間傳輸組態(tài)數(shù)據(jù)。 CIMPLICITY Machine Edition編程軟件 (簡稱 ME) ME是 GE Fanuc基于 Windows基礎上的最新一代的自動化軟件， ME被設計安裝在Win98， WinNT， WIN2021操作系統(tǒng)中。提供了標準的開發(fā)界面使得工程的開發(fā)更有效率，同時還提供了工業(yè)控制領域標準的技術如： XML， COM／ DCOM,OPC， ActiveX，她還支持 WEB功能，如內建 WEB服務器，可以使任何人都可以訪問實時的過程數(shù)據(jù)。所有的功能軟件都共享一個數(shù)據(jù)庫，如腳本，變量，例如你在某一個功能軟件中創(chuàng)建了一個參數(shù)，那么其他 ME的功能軟件都可以使用它。模塊化編程功能塊 (FC)或功能塊 (FB)，它們控制著不同的過程任務，例如：操作模式，診斷或實際控制程序。在主程序塊 (OBI)中的指令決定功能模塊的執(zhí)行。只要 PLC通電， 在沒有錯誤的情況下，存在 OBI塊中的程序可以無條件的運行， CPU將連續(xù)不斷的循環(huán)處理這些程序。這樣做不但能大大提高 CPU的運行速度，還可以實現(xiàn)模塊化編程，使程序清晰明了。 在設計軟件時，充分利用模塊化編程，程序中只建立一個主程序塊，即 OBI。它的優(yōu)點是修改某一功能塊時將不會影響到其它功能塊，并使程序調試和 調整程序簡單化。所以 FC1在 OBI中被無條件調用。 3．空轉轉空載功能塊 FC3，它的任務是在 OBI接到上位機或觸摸屏的空轉轉空載令時被調用。它的任務是在 OBI接到上位機或觸摸屏的空載轉發(fā)電令時被調用。 6．發(fā)電轉空載功能塊 FC6，它的任務是在 OBI接到上位機或觸摸屏的發(fā)電轉空載令時被調用。 8．空轉轉停機功能塊 FC8，它的任務是在 OBI接到上位機或觸摸屏的空轉轉停機令時被調用。 10．事故停機功能塊 FCIO，它的任務是在 OBI接到 I類電氣事故、溫度過高、機組過速 115％ (延時 0． 5S)、 140％、 150％、事故低油壓、手動緊急停機按鈕動作等事故信息時被調用。 12．水機事故信號功能塊 FCl2，它的任務是接到水機事故信息后將其保持并點亮觸摸屏上的相應光字，可以人為復歸， FCl2功能塊在 OBI中是被無條件調用的。 3． 7． 3 控制流程應用程序 在機組 LCU的控制功能中，最重要、最基本的是開機、停機和事故停機的控制，這是水電站機組控制的核心。 40 41 42 43 44 45 46 47 48 第 4章 冉家壩水電站計算機 監(jiān)控系統(tǒng)的 設計特點及調試結果 4． 1機組 LCU的設計特點 從系統(tǒng)結構設計看， LCU的硬件配置、流程圖設計、編程語言選擇、用戶界面開發(fā)等一系列過程都依據(jù)面向對象的理念、原理和技術，給運行人員帶來使用和維護上的極大方便，它在結構、功能、技術、實現(xiàn)方法上都有所創(chuàng)新，主要體現(xiàn)在以下幾個方面： 1．以太網的網絡設計 現(xiàn)地控制級采用以太網，具有強大的通信功能，采用數(shù)字信號進行通信，因而可實現(xiàn)一對電線上傳輸多個信號，同時又為多個設備提供電源，現(xiàn)場設備以外不再需要A／ D、 D／ A轉換部件，這樣減少了大量導線和連接附件，提高 了系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力，降低了設計安裝和調試費用。 3．可靠性高 (1)硬件設計的可靠性。采用 PLC直接上網的結構，取消了工控機，減少了中間環(huán)節(jié)， LCU中不存在 旋轉機械部件，整體可靠性得到大幅度提高。便攜式工作站內裝有 LCU的編程軟件包以及簡化的人機接口軟件，必要時可實施 LCU的現(xiàn)場調試、維護，也可作為主站后備，一旦上位機全部退出運行或上位機與下位機的通信中斷較長時，可利用它進行開機、停機、功率調節(jié)、運行監(jiān)視等，從而提高了系統(tǒng)的可靠性。 LCU最重要功能就是控制調節(jié)操作，而機組的開停機操作來 49 源于流程框圖，在開發(fā)流程框圖時，根據(jù)電站多年的運行經驗，并參照了有關設計技術規(guī)程及電站的《運行規(guī)程》，設計的機組順序控制流程框圖，它不但符合水電站的實際條件，能夠滿足各類操作的需求，并有完善可靠的防誤閉鎖和動作判斷，操作過程中的每一步操作，均設置啟動條件或以上一步操作成功為條件，僅當啟動條件具備后，才解除對下一步操作的閉鎖，允許下一步操作。在順控流程中還引入了“限時”的概念，當發(fā)出操作命令，在設定的時間內，若此命令已完成，便立即執(zhí)行下一個命令，若在執(zhí)行該命令時受阻，達到設定的時問即可撤銷該命令，去執(zhí)行“報警退出”任務，自動把機組轉換到原來的安全狀態(tài)，并在觸摸屏上顯示受阻部位，以保證機組的安全。當修改某一功能塊時將不會影響到其它功能塊，并使程序調試和調整程序簡單化。 4． 2 冉家壩水電站 LCU測試結果 4． 2． 1實時性 a．計算機監(jiān)控系統(tǒng)設備的實時性 計算機監(jiān)控系統(tǒng)設備的實時性反映在系統(tǒng)的各種響應時問上，包括微處理機處理、存儲器存儲、數(shù)據(jù)采集及處理、通道傳輸、軟件等的速度或效率，同時還考慮故障時重載對 響應時間影響。 (1)狀態(tài)和報警點采集周期：≤ ls： ． (2)模擬量采集周期；電量≤ 1s，非電量 (包括溫度量 )≤ 5s； (3)事件順序記錄點 (SOE)分辯率：≤ lms； 50 (4)LCU接受控制命令到開始執(zhí)行的時間小于 1S； (5)供事件順序記錄使用的時鐘同步精度高于所要求的事件的分辨率。 (1)主控級數(shù)據(jù)采 集時間包括單元級 LCU數(shù)據(jù)采集時間和相應數(shù)據(jù)再采入主控級數(shù)據(jù)庫的時間，后者不超過 1s。 (4)主控級對調度系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和控制的響應時間滿足調度系統(tǒng)的要求． 所有傳送信息的變化響應時間≤ 2s；事件順序記錄 (SOE)分辨 率：≤ 1ms。 4． 2． 2可靠性 系統(tǒng)中任何設備的任何故障均不影響其它設備的正常運行，同時也不能造成所有被控設備的任何誤動或關鍵性故障。 單元級 LCU的 MTBF大于 16000h。如果故障的處理時間超過規(guī)定的維修時問，則計算期限相應延長。 監(jiān)控系統(tǒng)的使用壽命為 15年。 采取下列措施提高可維修性： (1)設備具有自診斷和故障尋找程序，按照現(xiàn)場可更換部 件水平來確定故障位置； (2)有便于試驗和隔離故障的斷開點； (3)配置合適的專用安裝拆卸工具； (4)互換件或不可互換件有措施保證識別； (5)預防性維修不引起磨損性故障； (6)提高硬件的代換能力。 考核系統(tǒng)可用性 (率 )的計算表達式為： A=[可使用時間247。 關于維修停機時間 (h)的定義： (1)維修停機時間包括故障維護時間、影響設備使用的預防性維修時間和擴充停機時間； (2)故障維修時間僅計算檢查故障和處理故障設備使其恢復正常運行的時間，它不包括通知和安排維修人員時間，它不包括等待備件和維修工具的 時間