陳福球 曹春永

摘要：PCC作為一種優(yōu)良的控制設(shè)備，目前已廣泛的應(yīng)用在抽水蓄能機(jī)組調(diào)速器中。本文主要分析了PCC的特點(diǎn)，并探討了PCC調(diào)速器的主要硬件和軟件組成，并探討了它在抽水蓄能機(jī)組調(diào)速器中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：PCC；抽水蓄能；調(diào)速器

抽水蓄能機(jī)組是一種電力系統(tǒng)填谷調(diào)峰電源，它既是發(fā)電廠又是用戶，其機(jī)組起動(dòng)迅速，運(yùn)行靈活、可靠，除調(diào)峰填谷外，還可承擔(dān)調(diào)頻、調(diào)相、事故備用等任務(wù)。抽水蓄能電站能提高整個(gè)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行和工作效率，降低煤耗，減少水電站的棄水，提高供電質(zhì)量。抽水蓄能機(jī)組調(diào)速器是抽水蓄能電站中最重要的設(shè)備之一，也是保證水電廠機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的重要控制設(shè)備，直接關(guān)系到機(jī)組的安全與穩(wěn)定運(yùn)行。它的運(yùn)行工況多，工況轉(zhuǎn)換頻繁、變換復(fù)雜，同時(shí)起停也比常規(guī)機(jī)組頻繁得多。要確保工況之間的可靠轉(zhuǎn)換和控制，要求調(diào)速器具備可靠的性能。

一、PCC的特點(diǎn)

可編程計(jì)算機(jī)控制器，簡(jiǎn)稱PCC（programmable computer controller），是一種新型可編程控制器，它融合了傳統(tǒng)的PLC和IPC的優(yōu)點(diǎn)，既具有PLC的高可靠性和易擴(kuò)展性，又有著IPC的強(qiáng)大運(yùn)算、處理能力和較高的實(shí)時(shí)性及開放性，因其可靠、安全、靈活、方便、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越被廣大的用戶所認(rèn)可。

PCC的主要特點(diǎn)是：

目前PLC均采用單任務(wù)操作系統(tǒng)，而PCC已經(jīng)采用了多任務(wù)操作系統(tǒng)，可以區(qū)分不同任務(wù)的優(yōu)先級(jí)，整個(gè)控制循環(huán)時(shí)間可以從0.5ms到幾千ms，較好地優(yōu)化整個(gè)系統(tǒng)的性能，極大地提高了CPU的利用率。

PCC具有靈活選用不同編程語(yǔ)言的特點(diǎn)，傳統(tǒng)PLC的編程語(yǔ)言以梯形圖和類似于指令表的語(yǔ)言為主，很少支持高級(jí)語(yǔ)言編程，更少有自己的高級(jí)語(yǔ)言，而PCC不但支持梯形圖、C語(yǔ)言等各種高低級(jí)編程語(yǔ)言，而且還具有專門為工業(yè)控制開發(fā)的高級(jí)語(yǔ)言，它比通用的高級(jí)語(yǔ)言如C語(yǔ)言更適合工業(yè)控制的特點(diǎn)，更易于編程。

傳統(tǒng)的PLC只支持一個(gè)主CPU，然后帶多個(gè)處理器進(jìn)行工作，而PCC可以支持多個(gè)主CPU同時(shí)工作，而且還可以使用特殊的時(shí)間處理單元——TPu功能。

二、PCC調(diào)速器的組成及其在抽水蓄能機(jī)組中的應(yīng)用

調(diào)速器在抽水蓄能機(jī)組中與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)相配合，完成抽水蓄能機(jī)組的發(fā)電、抽水、調(diào)相等任務(wù)，擔(dān)負(fù)著穩(wěn)定電網(wǎng)頻率的任務(wù)，因此要求調(diào)速器具有高的可靠性。一般經(jīng)常用到的有三種調(diào)速器：雙微機(jī)調(diào)節(jié)器，可編程（PLC）調(diào)速器，可編程計(jì)算機(jī)（PCC）調(diào)速器。本文主要討論P(yáng)CC調(diào)速器。

（一）PCC調(diào)速器的硬件設(shè)計(jì)及應(yīng)用

PCC的優(yōu)點(diǎn)在前面已經(jīng)提到，總之PCC更易于編程，總體上更易于滿足抽水蓄能電站的復(fù)雜控制要求。并且PCC的硬件都是模塊化結(jié)構(gòu)，各種模塊又有多種型號(hào)可供選擇，一用戶可以根據(jù)需要選擇合適的模塊組合，以達(dá)到理想的控制效果。

PCC主要由中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器、輸入/輸出（I/O）接口、電源等組成。本文選取B&R2003系列中的PP41作為文中開發(fā)的抽水蓄能調(diào)速器硬件平臺(tái)。

PP41具有5.7英寸QVGA的黑白液晶顯示屏，面板上有8個(gè)軟件功能鍵和32個(gè)函數(shù)功能鍵，PP41同時(shí)具有網(wǎng)絡(luò)通信功能，6個(gè)可以插入旋入式模塊的插槽，配備有l(wèi)O個(gè)數(shù)字量輸入通道和8個(gè)數(shù)字量輸出通道。

PP41人機(jī)界面系統(tǒng)能將用戶的各種數(shù)據(jù)、配置方案、仿真、監(jiān)控、報(bào)警、操作、中斷等以圖像或文字形式在顯示出來(lái)。PP41面板還可以顯示不同大小的文字、線形和動(dòng)態(tài)條形圖。顯示模塊主要包括按鍵塊模塊，Visual Component和界面圖像編輯。

頻率測(cè)量時(shí)，為了避免輸入信號(hào)電壓幅值變化影響測(cè)頻精度，測(cè)一個(gè)信號(hào)周期。本測(cè)頻方式不需要外部制作硬件回路，同時(shí)避免了數(shù)據(jù)傳遞過(guò)程中的延時(shí)，可靠性和實(shí)時(shí)性大大提高。

PP41是抽水蓄能機(jī)組微機(jī)調(diào)節(jié)器的硬件主體，只能夠滿足內(nèi)部控制程序的需要，要想與外部可逆機(jī)組進(jìn)行對(duì)接運(yùn)行，還必須依靠輸入輸出模塊做為中介。下文介紹PP41所使用的輸入輸出模塊：

1.數(shù)字量輸入模塊DI135

DI135模塊是一個(gè)具有4個(gè)高速數(shù)字量輸入和一個(gè)比較器輸出的特殊旋入式模塊，每個(gè)通道都可以獨(dú)立地設(shè)置不同的操作。可以用來(lái)計(jì)數(shù)或測(cè)量數(shù)字信號(hào)的周期、頻率；對(duì)事件進(jìn)行計(jì)數(shù)，并且響應(yīng)速度高達(dá)微秒級(jí)對(duì)事件的輸入頻率測(cè)量高達(dá)100kHz，作為編碼器時(shí)頻率高達(dá)50kHz。使用DI135的能利用它與PP41中的TPU功能模塊配合完成頻率測(cè)量。

2.模擬量輸入模塊AI354

AI354是一個(gè)具有4個(gè)模擬量輸入通道的旋入式模塊。在25℃時(shí)測(cè)量誤差不超過(guò)±2.5mV。使用A1354的目的是接收上、下庫(kù)水位Hu、Hd，導(dǎo)葉開度反饋值Y和機(jī)組功率P等模擬量。

3.模擬量輸出模塊A0352

A0352是一個(gè)具有2個(gè)模擬量輸出通道的旋入式模塊。在25℃時(shí)輸出精度對(duì)電壓為5.15 mV±O.8%，對(duì)電流為5.16 M±2.4%。使用A0352是為了輸出導(dǎo)葉開度的控制信號(hào)dy。

PCC在抽水蓄能調(diào)速器的硬件系統(tǒng)主要有下述輸入和輸出接口：

兩路測(cè)頻通道：一路用于測(cè)機(jī)組頻率fg，另一路測(cè)電網(wǎng)頻率fn。

四路模擬量采集通道：分別用于采集發(fā)電機(jī)有功功率P、導(dǎo)葉接力器行程Y和上、下庫(kù)水位信號(hào)Hu、Hd。

十路開關(guān)量輸入：水輪機(jī)/水泵狀態(tài)，開機(jī)令，停機(jī)令，斷路器信號(hào)，調(diào)相令，水泵背靠背起動(dòng)令，手/自動(dòng)狀態(tài)，功率增，功率減。此外，在背靠背啟動(dòng)時(shí)，須將拖動(dòng)機(jī)與被拖動(dòng)機(jī)在電氣上連接，當(dāng)被拖動(dòng)機(jī)組升速至額定值后，與拖動(dòng)機(jī)解列，然后并網(wǎng)。故在軟件中，還需設(shè)定一開關(guān)量與電氣連接拖動(dòng)機(jī)與被拖動(dòng)機(jī)的斷路器信號(hào)相對(duì)應(yīng)。

控制量輸出通道：一個(gè)控制輸出D/A轉(zhuǎn)換通道及功率放大電路。

人機(jī)接口設(shè)備：PP41具有的5.7英寸QVGA黑白液晶顯示屏，8個(gè)軟件功能鍵和32個(gè)函數(shù)功能鍵。

開關(guān)量輸出：微機(jī)調(diào)速器出現(xiàn)故障時(shí)切手動(dòng)。

通訊通道：調(diào)速器與上位機(jī)通訊采用RS一232串行通訊口。

（二）PCC調(diào)速器的軟件設(shè)計(jì)及應(yīng)用

1.PCC操作系統(tǒng)簡(jiǎn)介

PCC的操作系統(tǒng)一般存儲(chǔ)在PCC系統(tǒng)EPROM存儲(chǔ)器中。它的主要任務(wù)是解讀用戶程序，管理整個(gè)系統(tǒng)。由于現(xiàn)代工業(yè)控制任務(wù)的需求，可編程計(jì)算機(jī)控制器（pet）通常用于完成比較復(fù)雜的項(xiàng)目。一個(gè)系統(tǒng)在完成之后，常常需要擴(kuò)容，在不改動(dòng)原有硬件的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)硬件以模塊方式加以擴(kuò)展。同時(shí)系統(tǒng)的原有軟件不能改動(dòng)，新的軟件也以模塊方式添加。這些都需要分時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)的支持。本文所用硬件B&R2003系列產(chǎn)品PP41便配有分時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，下面對(duì)此做簡(jiǎn)要介紹。

2.軟件結(jié)構(gòu)

抽水蓄能調(diào)速系統(tǒng)軟件主要包括數(shù)據(jù)采集軟件、調(diào)節(jié)控制軟件、界面管理軟件和頻率測(cè)量軟件。抽水蓄能調(diào)速器是一個(gè)對(duì)實(shí)時(shí)性要求極強(qiáng)的監(jiān)控系統(tǒng)，按照抽水蓄能機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行及動(dòng)態(tài)品質(zhì)的要求，調(diào)控周期必須在幾十毫秒之內(nèi)。本文所作的研究是利用PCC提供的分時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，將調(diào)速器的多個(gè)控制任務(wù)分別在不同的任務(wù)等級(jí)中實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)采集軟件和調(diào)節(jié)控制軟件對(duì)實(shí)時(shí)性的要求比較高，分別放在循環(huán)任務(wù)層一和二中，循環(huán)周期都取為20ms。界面管理軟件對(duì)時(shí)間的要求不是很高，放在循環(huán)任務(wù)層三中，循環(huán)周期取為100ms。頻率測(cè)量軟件對(duì)時(shí)間要求比較高，放在高速任務(wù)層，循環(huán)周期為5ms。

3.軟件實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)采集軟件主要完成調(diào)速器對(duì)抽水蓄能機(jī)組功率P，導(dǎo)葉開度Y和上、下游水位Hu、Hd的數(shù)據(jù)采集任務(wù)。調(diào)節(jié)控制軟件是抽水蓄能調(diào)速器軟件的核心，完成調(diào)速器的調(diào)節(jié)控制功能，它和界面管理軟件構(gòu)成實(shí)時(shí)多任務(wù)系統(tǒng)，主要完成工況判斷、調(diào)節(jié)控制和各種避錯(cuò)及容錯(cuò)任務(wù)。頻率測(cè)量軟件利用PP41的TPU功能模塊主要完成對(duì)機(jī)組和電網(wǎng)頻率的測(cè)量。

總之，在抽蓄機(jī)組調(diào)速器中使用PCC，提高了頻率測(cè)量的精度和可靠性，能確保調(diào)速器的高可靠性，這樣才能更好的保證抽水蓄能機(jī)組的運(yùn)行更安全可靠。

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