施耐德 PLC 在水电厂现地控制单元改造中的应用

1 引言
　　随着国民经济的发展，对电力系统、电厂的要求越来越高。对于水电厂来说，装备一套结构合理、功能完善、可靠性高的现地控制单元，是水电厂提高安全生产水平，实现“无人值班”的重要环节。
　　
2 原有设备问题分析
2.1 原有现地单元
　　原有现地控制单元包含一面盘柜，柜内安装了Modicon984-145型PLC，参见图1。该PLC属于凑型的PLC，基本的控制和数据采集功能都可以实现;与一体化工控机以及上位机采用了MB+网方式通信，该PLC仅具有一个RS-233口，协议固定为MODBUS，规约只能是MODBUS从站。

图1 原有盘柜布置图
　
　
2.2 原系统存在问题
（1） 整个电站的通信采用一个MB+网，当通信线路一个地方发生故障可能会影响整个电站的运行，对电厂的安全运行形成隐患;
（2） 对外通信扩展不方便，许多外部设备的信息无法采集到PLC中去;
（3） 随着外部控制设备的更新改造，所需测控点数增加，原有配置已无法满足要求;
（4） 当地显示界面即一体化工控机故障率比较高;
（5） 备品备件订货越来越困难。
为此需对现地控制单元进行更新改造。
　　
3 技改方案分析
　　结合水电厂现场改造的经验，提出如下三个现地控制单元改造方案以供比选。
（1） 全部更新
　　把原有设备全部更新，改用Quantum PLC。全部更新，原有设备要全部报废，这样改造的成本较高，同时现场配线、安装等工作量都较大，改造周期较长。
（2） 扩展DI/DO新屏
　　扩展一面屏，增加开关量输入和输出点数，PLC仍采用Modicon984，和上位机通信仍需采用MB+方式。由于仅仅是对原有系统进行扩充，增加了相关的点数，整个系统的功能特点以及可靠性等并没有过提高，这种方案改造的意义不大。
（3） 扩展PLC新屏
　　原有屏柜保持，新扩展一面屏柜，采用Quantum PLC，Quantum PLC与原有PLC采用MB+网进行通信;与上位机通信方式改用以太网通信，即PLC直接上以太网，在新增屏柜上安装一台通信管理机。
　　在充分利用原有设备的基础上，增加了一套Quantum PLC，数据处理能力得到很大的提高，Quantum PLC具有无与伦比的网络连接能力，特别是应用于MODBUS　PLUS网络的站间通讯（Peer Cop）技术，其快速、准确、可靠的性能充分满足功能要求，在新盘柜和旧盘柜之间即采用MB+网进行通迅，高速MB+网络的通讯功能也得到了充分的利用，上位机的通迅改用了以太网方式，提高了速度和可靠性，同时改造过程中工作量也增加的不是很多，具有可行性。
　　
4 系统设计
　　系统配置方案如图2所示。在该方案中，原有Modicon984 PLC配置以及盘柜布置和外部接线不作任何更改;增加了一套盘柜，盘柜内安装了一套Quantum PLC，PLC配置有140CPU 11303S，增加了开入模件、开出模件、模入模件、以太网通信模件。这就弥补配置点数不足的问题，同时解决了与上位机通信的问题。

图2 原配盘柜与扩展盘柜
　　
4.1 数据采集和处理功能
　　原配置Modicon984 PLC和新增Quantum PLC都具数据采集功能，都配有相应的数据采集模件，两套PLC共同完成现地控制单元的数据采集功能;Modicon984 PLC采集到的所有数据通过MB+网络，采用Peer Cop方式送到Quantum PLC中去，Quantum PLC对所有的数据进行处理，即数据处理功能全部由Quantum PLC完成，这就充分利用了Quantum PLC高速的数据处理功能。
4.2 控制和调节功能
　　Modicon984 PLC和新增Quantum PLC都配有开关量输出模件，即都具有控制和调节功能;Modicon984 PLC中的开出点，既可以由Modicon984 CPU控制也可以由Quantum PLC控制，两者是‘或’的关系;Quantum PLC通过MB+网络，采用Peer Cop方式把开出点信息送到Modicon984 PLC中去，同时Modicon984 PLC也编有程序，可以实现对开出点的控制，这主要是用来实现对辅机或自启动流程的控制。
4.3 人机界面
　　在新增盘柜，装有触摸屏，触摸屏与Quantum PLC通迅，这样可以实现所有数据的实时动态显示，同时可以下发相关的控制令给Quantum PLC，Quantum PLC接受到控制命令后进行解释执行。
4.4 对外通信
　　在新增盘柜，安装有以太网通信模件和通信管理机，以太网通信模件用来和上位机系统通信。通信管理机主要是把现场辅助设备的运行信息进行采集，同时把采集到的数据信息送到Quantum CPU里，其自身具有八个RS-232串口，这样整个现地控制单元的外部通信功能大大增强。
4.5 系统结构主要特点
（1） 原有Modicon984 PLC相当于一个智能I/O，自身可以运行PLC程序，这样一些流程就保持不变，而这些控制功能又不受所扩展盘的影响;而对Quantum PLC来说，可以把Modicon984 PLC当一个扩展I/O来处理，它可以处理Modicon984 PLC所有的开关量、模拟量等;
（2） Modicon984 PLC和新增Quantum PLC采用Peer Cop方式，通过高速MB+网络进行通信，实践证明，通信快速、准确、可靠。
　　
5 软件的功能和实现
5.1 Modicon984 PLC程序功能设计
（1） 编写简单的程序，以实现Quantum PLC和Modicon984 PLC可以同时控制Modicon984 PLC的开出点.
（2） 把开关量、模拟量进行处理，送到指定的寄存器，以便通过Peer Cop方式一齐传输到Quantum PLC;
（3） 简单的辅机流程和自启动流程
由于原配置Modicon984CPU不支持Concept编程，所以仍需用MODSOFT组态软件来编写。
5.2 Quantum PLC程序功能设计
（1） 发电机组的开停机流程、功率自动调节流程等;
（2） 对所有采集到数据进行处理分析;
（3） 接受上位机和触摸屏所发的控制命令并解释执行。
　　编程软件采用了组态软件Concept2.6，该软件支持梯形图（LD）、功能块图（FBD）、结构化文本（ST）等多PLC编程语言，能保证系统的各类控制功能的需求。
　　
6 结束语
　　本现地控制单元改造方案，在结构、技术路线、实现方法上都有所创新，该系统的结构设计合理，技术路线和实现方法完全可行;改造实施简单，大大减少了安装、配线的工作量，改造工程实施完成几个月来，运行非常稳定，达到了预期的目标，该方案的成功应用为国内老电厂LCU的技术改造提供了典型范例，对提高发电厂的自动化的水平有重要的现实意义。