陶太宏，郝慧賢，張凌云，周精明

（廣西大藤峽水利樞紐開發(fā)有限責任公司，廣西 桂平 537226）

1 電站概況

大藤峽水力發(fā)電廠位于廣西省桂平市內(nèi)，總裝機容量1 600 kW，廠房分左右兩岸，布置8 臺軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機組。左右岸廠房采用一套計算機監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，由電站控制層和現(xiàn)地控制單元層組成，左右岸主網(wǎng)通過交換機交互連接。電站控制層布置2 臺監(jiān)控主機冗余備用，現(xiàn)地控制單元層布置有機組控制柜、公用控制柜、開關站控制柜、輔機控制柜，根據(jù)計算機監(jiān)控系統(tǒng)的配置要求，集合數(shù)據(jù)采集和處理、數(shù)據(jù)儲存及展示，達到遠程處置的能力。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

大藤峽水力發(fā)電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)電站控制層各主機及服務器分兩路接入主控制網(wǎng)，實現(xiàn)雙網(wǎng)冗余。左、右岸現(xiàn)地控制單元層設備通過柜內(nèi)交換機引光纜入控制網(wǎng)主交換機，實現(xiàn)數(shù)據(jù)互通。電站控制層除通過采集現(xiàn)地控制單元層上送數(shù)據(jù)用于分析及遠程控制，部分采集數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)網(wǎng)及專線等與中調(diào)及地調(diào)側(cè)進行通信，實現(xiàn)電網(wǎng)規(guī)范要求內(nèi)的信號傳送。

3 可編程自動化控制器

現(xiàn)地控制單元控制柜通過美國通用電氣公司生產(chǎn)的RX3i 系列PLC 對現(xiàn)場設備進行控制，該系列PLC 具備強大的高性能處理器，隸屬新一代的高端控制系統(tǒng)，集過程控制、離散控制和運動控制于一體。

RX3i 同時具備強大的開發(fā)工具Proficy Machine Edition，可以有效對設備進行維護保養(yǎng)，該系列PLC自帶的通用背板能夠優(yōu)化系統(tǒng)性能和投資，且支持帶電插拔功能，可以防止因設備單點故障帶來的系統(tǒng)總停電時間，根據(jù)性能要求，配備了豐富多樣化的模塊，可實現(xiàn)簡單到復雜功能的不同應用。

現(xiàn)地控制單元控制柜內(nèi)最核心的設備是可編程自動化控制器，可編程自動化控制器因各系統(tǒng)所需功能不同，各現(xiàn)地控制柜內(nèi)組成部分略有差別，主要包括以下組成部分：CPU 模塊、電源模塊、I/O 模塊、通用背板、特殊功能模塊等。

3.1 CPU 模塊

CPU 選用雙套具備熱功能的IC695CPE330 模塊，該CPU 是一款高性能基于最新技術(shù)的具備高速運算和高速數(shù)據(jù)吞吐的控制器，控制器在多種標準的編程語言下可處理高達32 K I/O。

為提高工業(yè)控制器應用的可用性，保證控制器長時間穩(wěn)定運行，減少系統(tǒng)故障停機時間，采用冗余控制器方案是普遍且有效的解決方案，現(xiàn)地控制系統(tǒng)采用雙模塊主備運行，在主備控制器間建立實時通信，通過總線對I/O 模塊進行控制。

主控制器與備用控制器實時通信,對整個系統(tǒng)的運行狀況進行控制，當主控制器故障,備用控制器會在1 個掃描周期內(nèi)代替主控制器起控制作用。同時,在每個掃描周期后主控制器都要對備用控制器進行更新，確保主控制器的故障不會影響電站機組的穩(wěn)定運行。

3.2 電源模塊

RX3i 系列具備多功能電源模塊，具備的模塊類型有IC695PSD040 和IC695PSD140，同一機架可支持最多4 個電源模塊，且所有電源模塊均支持帶電熱插拔，為模塊的在線更換和檢修提供了極大便利，電源模塊自帶故障指示，出現(xiàn)故障時PLC 程序會自動將故障信息記錄至故障表，通過與上位機通信將對應故障信號顯示于簡報從而提醒監(jiān)盤人員，同一機架上的各電源模塊冗余備用，提高了控制系統(tǒng)的可用性，減少了系統(tǒng)的停機時間，且多電源供電方式也極大加強了系統(tǒng)的擴展性，可以在機架上部署新型及不同類別的特殊功能模塊。

3.3 I/O 模塊

整個現(xiàn)地控制單元負責完成全站設備的繼電保護和水機保護，電氣量（模擬量、開關量、脈沖量等）及非電氣量（水位、壓力、溫度、轉(zhuǎn)速等）的采集處理，斷路器及部分隔離開關的分合閘控制，水輪發(fā)電機組自動程序控制，全站公用設備的運行監(jiān)視、控制等功能。為滿足多樣化的功能需求，PLC 通過各種I/O 接口模塊與外界進行聯(lián)系，按照I/O 點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O 模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU 所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數(shù)限制。PLC 的I/O 模塊有開關量模塊、模擬量模塊以及各種特殊功能模塊等，分別有以下特點：

（1）開關量模塊

大藤峽水力發(fā)電廠機組用到的開關量輸入模塊為IC694MDL660，32通道。模塊容納開關點量共32個，采用的是高密度帶接線端子，具備點級/模塊級故障診斷功能，內(nèi)含故障代碼寄存器，可以精確定位故障點及原因。輸入特性兼容寬范圍的輸入設備，例如：按鈕、限位開關、電子接近開關。電流輸入到一個輸入點則在相應輸入狀態(tài)表（%I）中的值為邏輯1。模塊上綠色的LEDs 顯示著每個輸入點的開／關狀態(tài)。開關量輸出模塊為IC694MDL754，提供32 個開關量輸出點,分成4 個隔離的組,每組8 點，每組有其自己的公共端。每組可以用來驅(qū)動不同的負載，向負載提供電流的電源由用戶提供。該模塊從用戶電源吸收少量的功率以對輸出設備提供驅(qū)動，現(xiàn)場側(cè)和邏輯側(cè)之間的背板隔離通過模塊上的光耦合器實現(xiàn)。

（2）模擬量模塊

模擬量輸入模塊IC694ALG223，16 通道，對應用戶需求可進行設置不同輸入范圍，如4～20 mA 或0～20 mA，對應現(xiàn)場的自動化元件例如流量、壓力等的信號反饋。模擬量輸出模塊IC694ALG392，8 通道，每個通道都可轉(zhuǎn)換15～16 位（取決于選擇的范圍）二進位數(shù)據(jù)為一個模擬輸出，所有8 個通道每12 ms 更新一次。

（3）熱電阻輸入模塊

大藤峽電廠對機組各部軸承及定子線圈、鐵芯等設置了很多溫度測點，測溫采用三線制RTD 電阻測量方式，RX3i 系統(tǒng)采用新型的熱電阻輸入模塊對這些溫度量進行統(tǒng)一整合上傳，熱電阻輸入模塊 IC695ALG600 是8 通道通用型的輸入模塊，輸入信號可選擇為整型或?qū)嵭土?，對每個通道對應測點均可以設置高低限報警，且模塊具備點級/模塊級故障診斷功能，內(nèi)含故障代碼寄存器，可以精確定位故障點及原因。

3.4 通用背板

RX3i 通用背板是雙總線背板，既支持PCI 總線(IC695 系列)又支持串行總線(IC694 系列) I/O 和可選智能模塊，RX3i 通用背板同樣支持GE 90-30 系列I/O 及可選智能模塊。其中RX3i 模塊（IC695 系列）可以通過背板的PCI 的總線進行通信，RX3i 模塊（IC694 系列）以及90-30 模塊（IC693 系列）可以通過背板的串行總線進行通信。通用背板根據(jù)現(xiàn)場配置的需求，背板長度不一，有7 槽、12 槽、16 槽等。絕大多數(shù)的模塊占用背板的1 個插槽，一些模塊例如 CPU 模塊以及交流電源，兩倍寬，占用2 個插槽。

圖1 通用背板示例

3.5 高速計數(shù)模塊

高速計數(shù)模塊IC695HSC304，高速計數(shù)器是PLC 在發(fā)脈沖中計算脈沖個數(shù)使用的，該模塊不需要與CPU 進行通信就可以檢測輸入信號，處理輸入計數(shù)信息，控制輸出。根據(jù)用戶選擇的計數(shù)器類型，輸入端可以用作計數(shù)信號、方向、失效、邊沿選通和預置的輸入點。輸出點可以用來驅(qū)動指示燈、螺線管、繼電器和其他裝置。

3.6 冗余映射模塊

冗余映射模塊IC695RMX128，是成套共存的，兩個冗余映射模塊在RX3i 系列CPU 冗余系統(tǒng)中作為反射內(nèi)存網(wǎng)絡上的一個節(jié)點或作為CPU 之間的專用鏈接運行。每當數(shù)據(jù)寫入一個節(jié)點時，網(wǎng)絡上的所有節(jié)點都會自動用新數(shù)據(jù)更新。

在CPU 冗余系統(tǒng)中使用時，映射模塊提供了在冗余系統(tǒng)中的兩個冗余CPU 之間傳輸數(shù)據(jù)的路徑。一個完整的通信路徑包括一個RMX 模塊在主單元，一個RMX 模塊在二級單元，以及兩根高速光纖電纜相互連接，路徑構(gòu)成必須是一個兩節(jié)點環(huán)，其他反射內(nèi)存節(jié)點不能成為這個光纖網(wǎng)絡的一部分進行使用。

3.7 以太網(wǎng)接口模塊

以太網(wǎng)接口模塊IC695ETM001，是用來連接PAC 系統(tǒng)RX3i 控制器至以太網(wǎng)的特殊功能模塊。RX3i 控制器通過它能夠與其他PAC 系統(tǒng)和90 系列、VersaMax 控制器進行通信。以太網(wǎng)接口模塊提供與其他PLC、編程器軟件的主機，和運行TCP/IP版本編程軟件的計算機的連接。RX3i 以太網(wǎng)接口的特點主要分以下幾個部分：①完成所有的PAC 編程和配置服務；②使用以太網(wǎng)全局數(shù)據(jù)(EGD)協(xié)議進行定期的數(shù)據(jù)交換；③EGD 命令讀寫 PAC，并且在網(wǎng)絡間進行 EGD 內(nèi)存數(shù)據(jù)交換；④網(wǎng)絡交換機具有自適應的功能,自動檢測，10 M/100 M 速度自適應，直通線交叉線自適應。

每個PAC 系統(tǒng)的CPU 最多支持255 個并發(fā)的以太網(wǎng)全局數(shù)據(jù)交換。使用編程器完成對EGD 交換的配置，并且存儲在PAC 中。產(chǎn)生和消耗的數(shù)據(jù)交換都能夠被配置。PAC 系統(tǒng)以太網(wǎng)接口既支持EGD 交換的選擇性消耗，也支持EGD 交換產(chǎn)生至本地子網(wǎng)的廣播IP 地址。

4 軟件構(gòu)成

大藤峽電廠監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，分電站控制級和現(xiàn)地單元控制級。兩者的相互配合完成了電廠的程控化控制。

4.1 組態(tài)軟件

大藤峽電廠上位機組態(tài)軟件采用的是南瑞水利水電公司的NC3.0 系統(tǒng)，NC3.0 系統(tǒng)軟件是面向水利水電行業(yè)研制的大型計算機監(jiān)控系統(tǒng)軟件。軟件包含了分布式對象架構(gòu)，全面支持異構(gòu)平臺的特性，提供了高效安全可靠的監(jiān)控內(nèi)核、功能強大的組態(tài)工具、精細美觀的圖形界面、實用方便的應用界面、多種符合國際標準的接口，以及緊貼水利水電用戶和梯級集控調(diào)度應用需求的各種常規(guī)及高級功能。其多樣化的功能在我廠得到了有效應用，為日常的值守人員監(jiān)視及數(shù)據(jù)分析等提供了一定的便利。

4.2 編程軟件

GE PLC 作為現(xiàn)地控制單元用到的核心設備，其使用的編程軟件PAC Machine Edition 是一款在Windows 系統(tǒng)下使用的支持對RX3i 系列PLC 進行編程的軟件，它的特點在于整套自動化產(chǎn)品系列均可通過單一工具鏈進行編程、組態(tài)和維護，HMI 和控制邏輯開發(fā)在一個環(huán)境中完成，有效避免了設計開發(fā)的重復性和復雜性，且可通過Toolchest 中事先組態(tài)好的對象快速構(gòu)建應用。Toolchest 是對象存儲系統(tǒng)，存儲內(nèi)容包括對象的關聯(lián)邏輯，或HMI 元素以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，增強了面向?qū)ο蟮目蓮陀眯?，軟件同時內(nèi)置了診斷功能，允許用戶顯示控制器狀態(tài)、時間戳數(shù)據(jù)和故障，對故障發(fā)生時的警示以及維護等提供了回溯依據(jù)。

5 結(jié)語

大藤峽水力發(fā)電廠于2019 年正式發(fā)電，目前左岸3 臺機組已經(jīng)全部投產(chǎn)，至今已經(jīng)運行3 年，GE RX3i 系列的PLC 在我廠應用良好，未出現(xiàn)因設備原因?qū)\行機組及系統(tǒng)造成不利影響，且系統(tǒng)的模塊診斷功能對現(xiàn)場的隱患排查提供了有效幫助。依據(jù)軟件編程對現(xiàn)場的設備實現(xiàn)了精準控制，各項性能基本契合水電站綜合自動化的要求，提高了生產(chǎn)效率，降低了維護成本。