乐 红

(德宏师范高等专科学校，云南 德宏 678400)

基于PLC的小水电站水电机组状态监测系统设计

乐 红

(德宏师范高等专科学校，云南 德宏 678400)

我国小水电站水电机组的运行水平没有达到应有的高度，机组故障时有发生，因此各地小水电站开始酌情使用计算机监控系统。在该系统中，PLC由于其在控制方面具有实时性、可靠性、易用性等优势，得到了广泛的应用。基于此，在阐述PLC组成和特点的基础上，对基于PLC的小水电站水电机组状态监测系统架构和功能进行了深入分析，以期为促进PLC在小水电站的应用提供有益的参考。

PLC；小水电站；水电机组；状态监测系统

1 可编程控制器概述

可编程控制器(Progra mmable Logic Controller，PLC)是为工业现场应用而专门设计的，它由输出电路、输入电路、中央处理单元、电源、编程器等部件构成(图1)。PLC的工作状态分为如下两种：第一种是运行状态，即PLC采用不断顺序扫描循环的方式来执行相应的应用程序；第二种是停止状态，一般用于修改和编写相应的程序。

图1 PLC的组成

PLC以CPU为核心，结合自动控制、计算机等技术，执行顺序控制、逻辑运算、计数和定时等面向用户的指令，并通过模拟或数字的输入/输出控制信号来实现各种控制功能。PLC在水电站的应用存在于多个领域，例如基于PLC的水电站紧急停机保护系统、PLC在水电站水轮机调速器控制上的应用、基于PLC的水电站计算机监控系统、基于PLC的水电站集水井自动控制系统等，取得了良好的应用效果。

现如今，PLC的应用几乎已经覆盖了所有工业企业，它具有如下特点：

(1) PLC的安装和维护都非常便利。由于PLC具有很强的抗干扰能力，因此一般只要将其I/O端和相应设备进行连接，就可以正常运行。此外，PLC是由多个不同的模块构成的，模块发生故障后，不需要对整个装置进行维修，只需要检修或更换相应模块，就能够使PLC重新恢复正常。

(2) PLC采用模块化结构，用户非常容易就能够学会操作。PLC的每个功能对应一个编程模块(子程序)，用户只需要看懂继电器接线图，就能够按照其逻辑关系进行编程。

(3) PLC具有多样化的I/O接口模块。由于PLC需要运行于多个不同的工业现场，因此针对不同的工业现场信号(如强电或弱电、开关量或模拟量、脉冲或电位)配置了多样化的I/O接口模块(如电磁线圈、接近开关、按钮等)。

(4) PLC具有很高的可靠性。PLC对采用的器件进行严格筛选，各输入端都适用了R- C滤波器，并且每个模块都配备了相应的屏蔽措施，因此具有较高的可靠性，能够长时间稳定工作。此外，当发生故障时，PLC的自诊断功能还能够及时地分析故障发生原因及部件，从而避免故障的进一步扩大。

2 小水电站水电机组状态监测系统功能设计

如前文所述，PLC在小水电站水电机组控制中的应用较多，本文将以水电机组状态监测系统为例来探讨其具体应用。图2为基于PLC的小水电站水电机组状态监测系统架构图。

图2 水电机组控制系统的架构

基于PLC的小水电站水电机组状态监测系统具有如下功能：

(1) 实时状态监测、分析和记录功能。水电机组状态监测系统能够实时监测水电机组的稳定性参数(大轴摆度、压力脉动和机架振动等)，并进行参数的计算、分析和特征提取。

(2) 基于水电机组运行状态的报警功能。当水电机组状态监测系统所测得的参数值超过设定限值后，就立刻向操作人员发出报警信号。

(3) 机组性能的评估和分析。在以往，对水电机组性能进行评估和分析的主要方式是进行一系列的现场试验，如机组稳定性试验、甩负荷试验和扰动试验。而水电机组状态监测系统能够对水电机组在线运行的各种数据进行准确采集和记录，利用系统所提供的一系列性能分析功能，让用户随时了解机组运行状态的变化。

(4) 指导水电机组的优化运行。通过对水电机组运行状态各种参数的收集，水电机组状态监测系统可以对机组不同工况下的参数进行自动统计，并据此生成机组实际运行的特性曲线，确保用户能够掌握危险或者是不稳定负荷区的运行工况，采取调整负荷的方式来避开危险或者是不稳定负荷区运行，从而延长机组的使用寿命。

(5) 扩展功能。水电机组状态监测系统的公共部分(网络设备和软件)，在设计之初就具有很灵活的扩展功能，并预留了足够的接口和容量，从而便于日后其他系统的接入。

(6) 对事故进行追忆。水电机组状态监测系统能以开关量状态变化、转速变化、摆动摆度异常及运行参数变化启动系统进入事故状态。系统含有黑匣子数据库和当前数据库，能够对发生事故前10 min和事故发生后5 min的详细数据进行追忆。当系统进行事故状态后，能够在最短的时间内对事故后的数据进行记录，事故后的数据采集完毕后，系统自动将存储在缓冲数据库中被冻结的事件前数据送到黑匣子数据库中，这样确保黑匣子数据库能够详细地存储事故发生前后的机组数据。

(7) 与计算机监控系统或水电站MIS网进行通讯。通过以太局域网，水电机组状态监测系统与计算机监控系统或者是水电站MIS网实现了联网，因此可以从水电站MIS网中获取数据，同时也可以将本系统的数据以WEB的方式传输给MIS网，使得MIS网上的所有用户都可以通过IE浏览器或者是以WEB化的方式对水电机组的运行状态进行了解和分析，从而实现了相互间的数据交换。

3 小水电站水电机组状态监测系统中PLC的选型

为了确保小水电站水电机组状态监测系统能够正常发挥其功能，本文在考虑可靠性、经济性、耐用性等因素的基础上，对小水电站状态监测系统中PLC的型号进行了选择，最终确定使用S5系列PLC进行数据采集。

S5系列PLC适用于各行各业的监测、监测和控制的自动化，其最大特点是无论相联成网络还是独立运行，都能够实现多种复杂的控制。S5系列PLC具有如下特点：非常丰富的指令集、极高的可靠性、强大的通讯功能、简单易懂的操作模式、丰富的内置集成功能和扩展模块，因此其使用范围从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制，应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测、自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等，如冲压机床、磨床、印刷机械、橡胶化工机械、中央空调器、电梯控制、运行系统。

4 结语

我国所蕴藏的水能资源位于世界首位，近年来水电开发的速度不断加快，不但满足了居民生活用电和工业生产用电的需求，同时也极大地保护了环境，为国家可持续发展战略的实施作出了应有的贡献。就安装容量而言，小水电处于所有水电站的末端，我国可开发的小水电容量占据世界总容量的50%以上，小水电资源在西藏、四川、云南、重庆和贵州等五省尤为丰富，小水电已经成为我国电力发展的热点。为了确保小水电站水电机组的正常运行，本文笔者就如何构建基于PLC的小水电站水电机组状态监测系统进行了深入探讨。

[1] 李艳华，刘宇，史广志.PLC在水电机组滤水装置控制系统中的应用[J].吉林电力，2004(6)

[2] 曾瑞平.基于PLC的水电机组油压装置电气控制系统设计[J].农家科技，2011(5)

[3] 王丽梅，李宏钢.基于PLC的水电机组LCU控制程序设计[J].城市建设理论研究，2012(33)

2014-09-10

乐红(1968—)，女，云南保山人，讲师，研究方向：水电站动力设备。