邱志英
新疆伊犁河流域开发建设管理局，新疆 伊犁 835400
摘 要：水轮机发电机组实现生产过程自动化，是智能水电应用的基本要求。本文通过分析水轮发电机组现地控制单元应用程序，剖析程序执行流程、功能调用、中断处理等，方便现场运维人员，准确定位水轮发电机组自动化设备运行中的故障点，快速消除缺陷。
关键词：主程序；?功能子程序；中断；通信
水轮发电机组自动控制单元，属于水电站监控系统中的下位机系统。主要用于接收上位机控制指令，同时将现场设备的运行生产数据、指令执行情况发送至上位机监控系统。当水电站监控系统网络故障时，能实现自动化设备的现地监视、控制。应用自动控制单元功能程序的中断处理，实现水轮发电机组故障运行状态时的保护功能。
1 水轮发电机组现地控制单元硬件系统
现地控制单元主控制器，按双机热备模式配置，采用施耐德昆腾系列PLC 140CPU67160 ,该控制器具有热备功能，无需单独配置热备模块。网络通信模块采用 140NOE77101模件，通过多模光纤与上位机监控系统通信。各数据采集模件应用扩展机架安装，具体包括开关量输入模件 140DDI35300、SOE(带时标开关量)模件140ERT85410、RTD（温度）模件140ARI03010、模拟量输入模件140ACI04000、开关量输出模件140DDO35300。主控制器配置RIO处理器140CRP93100模件、RIO分站处理器140CRA93100模件，实现双机实时共享数据、无扰动切换。
主控制器利用MB+ 、RS232通信方式与触摸屏、通讯管理装置进行数据交换。具体接入的串行通讯设备有，温度巡检装置、电能采集装置、调速器油压装置、调速器控制系统、励磁调节系统、交流采集装置。
自动控制过程中的辅助设备有同期装置、数字显示温度表、通讯管理装置。
2 水轮机发电机组自动控制功能
主控制器的机组自控程序，主要实现功能有以下几个方面：
1)顺控操作，进行机组开停机操作、断路器与隔离开关操作。机组有停机、空转、空载、发电四种状态。各状态可分步操作，如停机至空转、空转至空载、空载至发电等，也可直接连续操作，如停机至发电。断路器分为无压合闸、同期合闸、分闸等操作。
2)调节功能。实现有功功率调节、无功功率调节。有功功率调节，即进行并网机组的频率调节。主控制器通过调节水轮机调速器系统导叶输出量，实现导叶的开度调整，改变水轮机动力输出转矩。无功功率调节，主控制器调节励磁系统输出脉冲，改变发电机组电磁转矩。
3)数据采集，包括开关量、SOE量、温度量、模拟量等。进行采集信息的处理、判断，同时上送至上位机监控系统。
4)中断处理。实现紧急停机、事故停机流程自启动功能。紧急停机按钮、调速器油压装置事故低油压、机械过速、事故停机过程中导叶剪断销剪断等信号动作时，机组启动紧急停机流程，实现机组快速停机、进水口闸门关闭。事故停机按钮、机组轴瓦温度过高、冷却水中断、电气事故、调速器紧急停机电磁阀动作、机组火灾报警等信号等动作时，机组启动事故停机流程，实现水轮发电机组快速停机。
3水轮机发电机组现地控制单元程序设计
主控制器程序使用梯形图与结构化文本的混用方式编写，完成水轮发电机组的各项自动控制功能。
(1)主程序，即入口程序，使用梯形图实现。完成现地机组类型、指令源、PID参数、通讯方式、机组状态、上下行信箱、程序版本号等参数初始化，开入量、SOE量、模入量、温度量等模件自检工作。高速循环执行数据采集（SOE量、开关量、通讯量等）、开关量输出、数据综合处理、PID功率调节、人机交互、中断处理、上下行信文处理、热备检查、交采计算、顺控管理调用等功能子程序。
(2)功率调节子程序。
发电机组有功调节、无功调节分别使用两个子程序来实现。
有功功率调节程序进行测量源选择、测值有效性检查、调节超时保护、一次调频动作保护、调节闭锁处理（定子电流、频率、负荷差值、通讯状态、测量源、调节无变化）、调节输出方式选择（脉冲、通讯、模出）功能。在脉冲调节模式中，对有功预设值、有功测量值进行相应PID调节处理，最终输出调节脉冲至调速器控制系统。通讯与模出调节方式，无PID调节处理，只将预设值下发至调速器控制系统，应用其自身调节方式进行功率控制。无功功率调节与有功功率实现方式一致，调节输出也有脉冲、通讯、模出三种方式，在脉冲调节模式中，对无功预设值、无功测量值进行相应PID调节处理，最终输出调节脉冲至励磁调节系统。通讯与模出调节方式，无PID处理，只将预设值下发至励磁调节系统，应用其自身调节方式进行功率控制。
(3)数据采集与处理程序。
通讯采集方式与各模件输入的SOE量、开关量、模拟量、温度量分别以各测值类型划分子程序进行处理。各类型测量数据最终在虚拟量处理子程序中进行分析、判断，完成功能程序执行过程中所需的各类型中间量数据。如进行机组状态、开停机程序执行状态、调速故障检测、保护动作信号、有无事故信号、油槽油位状态、各测点手动强制状态、技术供水状态等判断、处理。
(4)通讯程序。上位机监控系统的信文接收、发送功能子程序分别独立编写。发送程序进行发送指针类别定义，信箱初始化，SOE、DI、DO、AI、RTD、AOUT、PI、PID等测值数据、品质、强制值分类压入信箱，发文信箱初始化，数据指针、长度预定义、统一发送。收信程序翻译上位机信文，实现对时、开出信号设值、开出信号清除、PID设值、强制（SOE、DI、AI、RTD、AOUT）测值、清除强制（SOE、DI、AI、RTD、AOUT）测值、顺控命令接收（合法性检记录后进行顺控步号选择）、PID调节投入与退出。
(5)顺控操作处理程序。
主程序中控制管理子程序调用操作对象的顺控程序。操作对象分为机组、开关、辅机三种类型，分别以结构化文本编写控制子程序。顺控程序的执行通过步号跳转至相应标号的代码段，完成控制设备当前状态下的操作。程序中运用“CASE…OF…”选择相应标号的代码段，执行的代码段中以“IF…ELSE…”选择后续代码段标号。顺控程序运行全过程中以带时限的判断功能块，完成各种操作执行中的状态判段，例如在开机过程中5秒内制动器退出信号未动作，则程序发送当前报警码并终止开机操作。
(6)中断处理程序。
中断处理程序运行优先级别最高，在机组自控程序运行任何阶段都可以立即执行。应用同一FBD（功能块图），实现机组的事故停机、紧急停机处理子程序。
引用与、或、非、延时、触发、移动、程序调用等功能块完成水轮发电机组事故的判断、处理。
4 现场运行生产过程存的问题
该自控程序在水轮发电机组生产过程中，运行状态稳定、可靠。由于部分二次设备故障、电网调节性能变化、设备技改等因素，程序在生产运行过程中出现下述技术问题。
1）上送测值异常。采集传感器二次接线松动后，主控制器上送测值变化频繁。直接造成上位机监控系统，简报窗口报警信息持续刷屏。当某一测点处于高限或低限的临界点时，也会造成此类现象。
2)功能拓展性能需优化。发电机一次调频功能的频率波动范围变化后，机组的PID调节对调速器的调节性能造成干扰。上位机监控软件、下位机自控程序、自动化设备程序在功能的拓展中应逐步优化。
3）顺控功能执行效率低。当命令执行过程中，测点未及时响应，顺控流程在关键结点退出。开关量测点，实行二次接线短接或上位机数据测点强制。模拟量测点，上位机强制设值或修改自控程序判据。对于测点的强制干预，机组自控程序支持上位机监控系统强制命令，现地触摸屏不具备强制测点功能。
5 结束语
现地控制单元是监控系统的基础，其性能的优劣直接影响运行生产的效率。主控制器自动化程序，是现地控制单元的核心。计算机远程集控系统的发展与应用，将对现场的上位机监控系统、下位机控制单元产生很大的影响。自控程序的设计与运用，应以安全性、稳定性、可靠性为出发点，实现高效、智能的远程自动控制。
作者简介：邱志英，女，（1987-），工程师，从事水电站运行管理工作。