基于西门子PLC的水电站自动控制系统软件设计——以苍坪河水电站为例

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伴随自动化水平的提高,国外的中小型水电站多数已经实现了无人值守。这些无人值守的水电站拥有完善的设备保护装置,可以实现自动开机、同期并网以及功率自动调节;而国内的中小型水电站多数还是常规控制系统,不仅电站数据需要手动采集和监控,而且相关数据的转发也相对滞后,严重阻碍了调度机构对电站的实时调度。   在自动控制系统中,西门子S7-300系列PLC以其优秀的性能和稳定性以及多变的组合,受到了众多自动控制开发者的青睐。本系统的硬件部分也以此系列的PLC为基础,同时由逆变电源、威纶通触摸屏、百特XMT5000系列温度巡检仪、威盛三相电子式多功能电能仪表、压力变送器、水位变送器、欧姆龙旋转编码器等相关设备组成了硬件系统。   软件部分采用SIMATIC Manager和STEP7 MicroWlN SP6做为程序编辑器,S7-PLCSIM为仿真软件,DLT645调试器、串口助手为调试工具。在程序编辑器中,程序编写采用主流的LADDER和STL为编程语言,具有直观易懂、易被掌握等优点。   本自动控制系统来源于湖北省兴发集团能源管理平台建设项目。该项目对集团下属的8个水电站进行自动化改造,并于2011年6月份通过了宜昌水电部门的验收。本文以集团下属的苍坪河水电站为范例,以水电站信息的采集和自动控制的具体实现为重点,为最终达到水电站的无人值守运营模式而探索、努力。   根据中小水电站无人值守的原则,结合当前水电站综合自动化系统的发展现状以及水电站技术要求,需要重点解决以下问题:   一、对站内高、低集水井的水位进行采集,并自动控制排水泵工作。   二、对站内冷却水压、蜗壳压力、油压装置油压和高、低气罐的压力进行采集,并自动控制空压机工作。   三、对站内导轴温度、上下瓦温、发电机定子温度和主变的温度进行采集,并自动控制风机工作。   四、对站内的油开关、隔离刀闸、事故信号开关量的位置信息进行采集。   五、对站内励磁电压和电流,高压侧、低压侧和出线侧的电量信息进行采集。   六、对站内前池液位的水位信息进行采集,并通过运算控制机组导叶开度,决策分配调度多台机组的发电量,从而使前池水位控制在最优发电水位,实现最大发电效率。   根据以上技术要求,结合实际的功能划分,同时为了加强软件的可移植性和稳定性,本文将软件的实现部分划分为九个模块:   一、控制参数设置模块,包括了辅机运行控制参数、水位修正参数、功率自动调节参数。   二、通讯检测模块,包括了上位机通讯检测、触摸屏通讯检测、LCU通讯检测。   三、模拟量采集模块,包括了辅机信息采集、蜗壳水压和油压采集、励磁信息采集。   四、前池水位采集模块,包括了格雷码采集转化、水位信息转化、水位信息修正。   五、电量信息通讯采集模块,包括了DLT协议帧准备、轮循多点采集、数据校验修正。   六、温度信息通讯采集模块,包括了Modbus帧准备、轮循多点采集、数据校验修正。   七、辅机控制模块,包括了集水井水泵控制、空压机控制、主变风机控制。   八、机组运行状态判断模块,包括了机组状态条件甄别、机组状态条件获取、机组状态判断。   九、功率自动调节控制模块包括了水、电信息处理、自动调节条件判断、循环执行调节。   通过以上模块的组合调用,实现了全站数据的实时采集和辅机的自动控制,并完成了机组有功功率自动控制,达到了兴发集团对电站的改造要求,并将全站的数据通过交换机上传至信息中心,使信息中心实现了对水电站的实时监控。
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