杜鵬明

(亭子口水電站，四川 蒼溪，628400)

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亭子口電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)PLC控制的穩(wěn)定性淺談

杜鵬明

(亭子口水電站，四川 蒼溪，628400)

本文結(jié)合亭子口水電站，著重分析了PLC控制系統(tǒng)的干擾源,從實(shí)際應(yīng)用的角度提出了PLC控制穩(wěn)定性的方法。PLC工作的穩(wěn)定性不高,企業(yè)的生產(chǎn)效率將得不到提高,甚至發(fā)生設(shè)備或安全事故,因而提高PLC控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有非常重要的意義。

PLC控制系統(tǒng) 穩(wěn)定性 干擾 亭子口水電站

對(duì)于水電站的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng),特別強(qiáng)調(diào)其實(shí)時(shí)性、可靠性、安全性、可維護(hù)性、可擴(kuò)充性等要求,能在惡劣環(huán)境下完成數(shù)據(jù)采集和處理、控制調(diào)節(jié)、診斷、通訊及信息管理等。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的安全可靠和穩(wěn)定，直接影響到電力生產(chǎn)、電網(wǎng)運(yùn)行的安全。本文從以下幾方面介紹亭子口電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

1 按照對(duì)象采取分層分布方式模塊化設(shè)計(jì)

亭子口水電站監(jiān)控系統(tǒng)采用雙星型分層分布網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)中各服務(wù)器、工作站的功能簡(jiǎn)介如下：監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)布置有2臺(tái)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)器(主機(jī))、2臺(tái)歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器及一臺(tái)磁盤陣列。在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，有實(shí)時(shí)服務(wù)器和歷史服務(wù)器。實(shí)時(shí)服務(wù)器可以查看實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)，但是不能查看歷史的數(shù)據(jù)，歷史服務(wù)器可以查看任一時(shí)刻的數(shù)據(jù)。如果系統(tǒng)中的歷史數(shù)據(jù)跟實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存放在同一服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)中，將會(huì)造成很大的數(shù)據(jù)訪問(wèn)量，影響系統(tǒng)的運(yùn)行速度。3臺(tái)操作員工作站(其中一臺(tái)用于大壩)，主要實(shí)現(xiàn)客戶端與服務(wù)器的數(shù)據(jù)交換，完成對(duì)全廠設(shè)備的監(jiān)視及自動(dòng)控制。1臺(tái)工程師站，用于NC2000上位機(jī)及各LCU的軟件維護(hù)。1臺(tái)培訓(xùn)工作站，完成NC2000系統(tǒng)日常模擬培訓(xùn)功能。2臺(tái)廠內(nèi)通信工作站，完成監(jiān)控系統(tǒng)與廠內(nèi)其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換，并通過(guò)串口單向傳輸數(shù)據(jù)至模擬屏。2臺(tái)調(diào)度通信服務(wù)器，以太網(wǎng)口采用104規(guī)約通過(guò)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)接入四川省調(diào)及華中網(wǎng)調(diào)，RS232串口采用101規(guī)約，有電力貓進(jìn)行調(diào)制，再通過(guò)專線分別接入四川省調(diào)及華中網(wǎng)調(diào)。1臺(tái)WEB數(shù)據(jù)服務(wù)器，用于采集主機(jī)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，并經(jīng)過(guò)正向隔離裝置向Web發(fā)布服務(wù)器傳輸要求的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。1臺(tái)Web發(fā)布服務(wù)器，用于向公網(wǎng)發(fā)布所需的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，便于電廠其它系統(tǒng)數(shù)據(jù)鏈接。1臺(tái)外設(shè)服務(wù)器，用于提供監(jiān)控系統(tǒng)日常報(bào)表打印等其它外設(shè)服務(wù)。1臺(tái)語(yǔ)音報(bào)警服務(wù)器，對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)語(yǔ)音報(bào)警。1臺(tái)歷史數(shù)據(jù)備份服務(wù)器，為防止磁盤陣列故障歷史數(shù)據(jù)丟失，磁盤陣列的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)壓縮后存儲(chǔ)在歷史備份服務(wù)器中。

2 冗余化配置

提高設(shè)備安全性和可靠性最主要的手段就是雙重化的冗余配置。冗余配置，一般分并聯(lián)冗余和熱備冗余兩種(如圖1)。

圖1 雙重化的冗余配置示意

2.1 PLC的熱備冗余

亭子口電站各現(xiàn)地LCU PLC控制采用熱備冗余，兩套PLC互為主備用，平時(shí)一套處于工作狀態(tài)，一套處于熱備狀態(tài)。“主機(jī)”和“備機(jī)”的硬件配置完全相同，即由電源模塊、CPU模塊、RIO通訊模塊、以太網(wǎng)模塊等組成。雙機(jī)熱備系統(tǒng)的核心模塊為CPU模塊，型號(hào)為1756-L61。除了完成所有的控制功能以外，同時(shí)通過(guò)高速光纖完成“主機(jī)”和“備機(jī)”之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換功能，通訊速率可達(dá)100M。

雙機(jī)熱備系統(tǒng)正常工作時(shí)，由“主機(jī)”采集現(xiàn)場(chǎng)所有設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，解算所有控制程序，并將控制指令傳輸?shù)剿休敵瞿K中，完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的所有控制功能?！皞錂C(jī)”在“主機(jī)”運(yùn)行的過(guò)程中，實(shí)時(shí)讀取“主機(jī)”中的全部數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)“主機(jī)”的運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)“主機(jī)”上的機(jī)架、電源、CPU、RIO通訊模塊中的任一模塊或附件出現(xiàn)故障或網(wǎng)絡(luò)中斷時(shí)，“備機(jī)”切換為“主機(jī)”，完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的所有控制功能。當(dāng)“主機(jī)”上的故障模塊或附件更換完畢后，則承擔(dān)“備機(jī)”的角色，繼續(xù)完成對(duì)“主機(jī)”狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能。

雙機(jī)熱備系統(tǒng)中的“主機(jī)”和“備機(jī)”之間的切換是完全自動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，同時(shí)又是平穩(wěn)、無(wú)擾動(dòng)的切換。切換對(duì)于過(guò)程而言是透明的，系統(tǒng)對(duì)過(guò)程的監(jiān)控不會(huì)中斷，并且不會(huì)因?yàn)榘l(fā)生硬件故障而受到不利影響，提高了PLC控制的可靠性。

2.2 電源的冗余

各現(xiàn)地控制單元，采用兩套交直流雙供電插箱，各自分別引入一路交流電源、一路直流電源。供電插箱輸出的交流電源、直流電源，分別采用并聯(lián)冗余的方式輸出可靠的電源系統(tǒng)，并且輸出不同的電源供給不同的支路，實(shí)行分級(jí)控制。當(dāng)一套雙電源供電裝置故障時(shí)，電源系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)擾動(dòng)切換，另一套可以保證監(jiān)控系統(tǒng)的正常運(yùn)行。這種雙冗余的電源系統(tǒng)，極大地提高了監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

3 強(qiáng)大的軟件處理方式

3.1 開(kāi)關(guān)量的防抖處理

利用PLC軟件的計(jì)時(shí)器功能，在接收到開(kāi)關(guān)量信號(hào)時(shí)，在t時(shí)間內(nèi)該信號(hào)持續(xù)有效，則認(rèn)為為真信號(hào)，反之假信號(hào)做放棄處理。t時(shí)間一般為50ms到100ms左右，取決于信號(hào)的防抖程度，以及PLC軟件的掃描周期，t時(shí)間應(yīng)該大于或者等于掃描周期。

3.2 模擬量信號(hào)的防抖處理

為了增加模擬量信號(hào)判斷的準(zhǔn)確性，增加模擬量的品質(zhì)判斷，認(rèn)為模擬量的品質(zhì)為好的時(shí)候才參與控制，品質(zhì)為壞的時(shí)候不參與控制。模擬量的變化在一定的誤差范圍內(nèi)被認(rèn)為是一個(gè)連續(xù)的變化過(guò)程，當(dāng)在某一時(shí)刻模擬量發(fā)生大幅的跳變值大于允許的最大跳變值，則認(rèn)為該模擬量的品質(zhì)為壞；如果小于則認(rèn)為該模擬量品質(zhì)為好。當(dāng)然，判斷模擬量的品質(zhì)的臨界值，要根據(jù)某一電站所選測(cè)量設(shè)備和環(huán)境變化來(lái)選取。例如，亭子口電站溫度量判斷增加梯度閉鎖功能：任意點(diǎn)溫度變化超過(guò)20℃，該測(cè)點(diǎn)品質(zhì)自動(dòng)變壞，測(cè)值繼續(xù)刷新；溫度回復(fù)到突變前溫度±20℃后，該測(cè)點(diǎn)品質(zhì)自動(dòng)變好。

3.3 采用多重判斷，提高可靠性

為了實(shí)現(xiàn)更加安全的控制，防止出現(xiàn)某一個(gè)測(cè)點(diǎn)的誤動(dòng)作引起的事故。例如開(kāi)關(guān)量的誤動(dòng)，模擬量的干擾引起的測(cè)量不準(zhǔn)確，如果采用兩個(gè)共同來(lái)參與控制，則可以保證設(shè)備更可靠的運(yùn)行。例如，在機(jī)組開(kāi)機(jī)判據(jù)“機(jī)組主軸密封水正?！敝?，判斷流量開(kāi)關(guān)上送開(kāi)關(guān)量和流量計(jì)上送模擬量同時(shí)滿足時(shí)，則認(rèn)為“機(jī)組主軸密封水正?！?，滿足條件，增加了可靠性。

總之，監(jiān)控系統(tǒng)PLC控制的穩(wěn)定性，隨著現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的應(yīng)用得到了不斷的改善和更新。通過(guò)上述幾點(diǎn)不斷優(yōu)化PLC自身的運(yùn)行工況，采用更加準(zhǔn)確的測(cè)量器件和采樣、反饋精度，改進(jìn)PLC系統(tǒng)軟件和硬件融合力，是提高PLC穩(wěn)定性的可靠辦法。

〔1〕皮狀行.可編程序控制器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用實(shí)例[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2001.

〔2〕路林吉.可編程序控制器原理及應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社,2002.

〔3〕廖常初.可編程控制器基礎(chǔ)及應(yīng)用.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2003.

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2095-1809(2015)06-0018-02

杜鵬明(1984-)，男，漢族，甘肅省靈臺(tái)縣人，助理工程師，學(xué)士.