肖志勇
国家电投集团四川电力有限公司乐山分公司 四川省 乐山市 614000
[摘要]我国水电站的自动化控制系统具有有功调节和无功调节的作用, 其机组开停机操作要按照规范化的制度形式开展, 是典型的逻辑控制系统。传统逻辑控制系统中, 以中间继电器构成, 其控制系统具有复杂和维修困难的特点。而PLC技术自身逻辑功能出色, 控制简便, 具有较高的稳定性和可靠性, 能够取代传统的继电器控制, 应用于我国水电站的调节系统当中, 进而在多方面给予水电站自动化控制必要的帮助。
[关键字]水电站;自动化技术;?PLC;
1.PLC的特点
1.1可靠性高，抗干扰能力强
高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC 由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。使用 PLC 构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC 带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除 PLC 以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统将极高的可靠性。
1.2配套齐全，功能完善，适用性强
PLC 发展到今天，已经形成了各种规模的系列化产品，可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，PLC 大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。多种多样的功能单元大量涌现，使 PLC 渗透到了位置控制、温度控制、CNC 等各种工业控制中。加上 PLC 通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用 PLC 组成各种控制系统变得非常容易。
1.3易学易用，深受工程技术人员欢迎
PLC 是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人从事工业控制打开了方便之门。
1.4系统的设计，工作量小，维护方便，容易改造
PLC 用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时日常维护也变得容易起来，更重要的是使同一设备经过改变程序而改变生产过程成为可能。这特别适合多品种、小批量的生产场合。
2.PLC 技术在电气工程及其自动化控制系统中的应用
2.1 水电站主控级
2.1.1 数据采集和处理
对各个 LCU 设备收集的实时数据进行周期性的采集，是系统更新数据库运作的主要方式。在此期间工作人员要注意及时对运行数据信息与历史数据信息进行及时保存，防止数据出现不连续的问题，导致系统因为数据缺失而出现不稳定的现象。在此期间，工作人员还需注意的是对 LCU 上各项数据信息进行分析与处理，方便向调度中心及时供应数据，让中心数据处理器可以及时开展分析工作。
2.1.2状态变化监视
状态变化的形式主要分为两种，一种是自动状态变化，另一种为受控制状态变化。自动状态变化的出现是由于自动控制与保护装置动作导致形成的一种变化；而受控状态变化则
是由计算机监控系统的命令下达引起的状态反应。这两种状态变化在发生出现时，应得到专业的数据记录，并直接得到信息显示与记录，依据状态变化出现的原因对其进行种类区分。在开关事故变位上，应具备事故处理的指导功能，可以依据事故画面的闪烁与变色情况对事故的追忆进行记录。
2.1.3 趋势分析及越限监视
对于越险监视，应由监视组对推力、上导、下导的轴承进行点温度的数值设置，让机组轴承上的温度得到专业监控，对开机与运行过程中的温度异常变化动态都可得到针对性监控，监控系统将这些数据进行收集并储存起来，同时要及时跟温升曲线上的数值进行比较，一旦发现温度的上升的速度与数值出现异常，或是直接高出了容许的范围，就应立刻采取报警处理。与此同时，还要对推力轴承进行瓦间温度差的监视，对比较力推轴承各个瓦间的温度值进行设置，计算各个瓦间的差值，进而判断推力轴承运行的工况。对辅助设备的运行状态进行监视与分析，也是监视机组的工作之一。这些辅助设备包括油泵、空压机、排水泵等，检测的方面主要定位在设备启动次数、间歇时间等方面。
值得注意的是每种设备在运行的方式上存在较大不同，所以不同的运作方式下，设备的启动以及运行间歇状态都具备一定的规律，通过分析这些规律上的变化，可以对监视系统的主设备进行正常与否的状态判断。
2.1.4 过程监视
针对过程监视，主要的监视内容包括机组开机、停机过程等方面，在显示开机与停机的步骤上，一旦设备出现较大的异常，这些异常变化可以是设备履行过程的阻滞、温度增高、状态不稳等，设备监控人员都应酌情进行处理措施的布控，将机组进行切换，直到设备的状态进入到平稳状态或是过渡到停机模式。
2.1.5 报警记录
报警记录是对系统的设备运作状态以及离散变化进行顺序记录的基础设施，在实时监控的过程中，是以时间顺序列表的形式展现。对每个重要事件的动作顺序进行发生时间、名称、性质等方面细节进行报警或是报备。一般情况下，报警的记录为堆栈形式排列模式，是最新数据冲掉最旧数据，储存在工作站的数据库内，包括过程事件表、过程报警表和系统列表。
2.2 水电站现地控制级
现地控制级可以让各个监控对象的监控工作完成的更为高效，每个 LCU 都可以有专门的 CPU 进行管理，同时现地控制单元也具备较强的独立运行能力，主控级如果没有对其产生指令控制的情况下，现地控制级也可独立自主运行，自主完成对其监控范围内实时数据的集、处理、分析等环节工作，也就是说现地控制级系统在自主运行的过程中可以直接具备容错与纠错上的功能，并在监控的范围之内对数据库存储功能进行承担。
2.3 自动发电控制（AGC）
电站的机组运作频率与发出功率得到一定水平的保证，是自动发电的控制的基础状态，依据调度指令的实际需求对运行机组上的频率与功率精心精确设置。并将安全、可靠、经济的原则作为自动发电的最佳配置标准，确定出最为合理的机组台数、组合模式、功率配置等，让电站机组的闭环环节可以得到精确性的设置。
2.4 自动电压控制（AVR）
对于自动电压的控制单片机可以对机组的无功功率进行较为精确的科学配置，通过对电压的给定值与测量值之间的比较，计算出存在的偏差，然后再通过 PI 调节将电站无功功率的目标值进行合理确定。为了对电站的机组无功功率目标值的数据进行较为高效的确定，这些目标值还会参与联合调节机组的分配过程。机组的无功功率目标值与测量值之间需
要得到更为专业的测量比较，并将得到的偏差使用 PI 调节进行计算，得到的机端电压给定数值会被直接送到 LCU 系统中进行执行处理。这个电压给定值与 PI 调节计算上的积分项会受到调节器的位置限制，直接限制的因素是电压上的数值。
3.PLC在应用中应注意的问题
3.1PLC 要求环境温度在 0-55℃，安装时不能放在发热量大的元件下面，四周通风散热的空间应足够大。
3.2为了保证 PLC 的绝缘性能，空气的相对湿度应小于85%（无凝露）。
3.3应使 PLC 远离强烈的震动源，防止振动频率为 10-55Hz的频繁或连续振动。当使用环境不可避免震动时，必须采取减震措施，如采用减震胶等。
3.4避免有腐蚀和易燃的气体，例如氯化氢、硫化氢等。对于空气中有较多粉尘或腐蚀性气体的环境，可将 PLC 安装在封闭性较好的控制室或控制柜中。
3.5PLC 对于电源线带来的干扰具有一定的抵制能力。在可靠性要求很高或电源干扰特别严重的环境中，可以安装一台带屏蔽层的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰。一般 PLC都有直流 24V 输出提供给输入端，当输入端使用外接直流电源时，应选用直流稳压电源。因为普通的整流滤波电源，由于纹波的影响，容易使 PLC 接受到错误的信息。
4.结束语
PLC在水电站电气工程及其自动化控制当中的实际应用能够有效的提高水电站的控制稳定性和可靠性，进而确保水电站电力系统运行的稳定。
参考文献：
[1]黄干将.PLC 在工业自动化控制领域中的应用及发展[J].价值工程,2011.
[2]梁吟曦.PLC 在中小型水水电站监控系统中的应用[J].中国集体经济，2012，2（10）：123-125.