1 引言
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)電力系統(tǒng)、電廠的要求越來(lái)越高。對(duì)于水電廠來(lái)說(shuō)，裝備一套結(jié)構(gòu)合理、功能完善、可靠性高的現(xiàn)地控制單元，是水電廠提高安全生產(chǎn)水平，實(shí)現(xiàn)“無(wú)人值班”的重要環(huán)節(jié)。

2 原有設(shè)備問(wèn)題分析
2.1 原有現(xiàn)地單元
原有現(xiàn)地控制單元包含一面盤柜，柜內(nèi)安裝了Modicon984-145型PLC，參見圖1。該P(yáng)LC屬于湊型的PLC，基本的控制和數(shù)據(jù)采集功能都可以實(shí)現(xiàn);與一體化工控機(jī)以及上位機(jī)采用了MB+網(wǎng)方式通信，該P(yáng)LC僅具有一個(gè)RS-233口，協(xié)議固定為MODBUS，規(guī)約只能是MODBUS從站。

圖1 原有盤柜布置圖

2.2 原系統(tǒng)存在問(wèn)題
(1) 整個(gè)電站的通信采用一個(gè)MB+網(wǎng)，當(dāng)通信線路一個(gè)地方發(fā)生故障可能會(huì)影響整個(gè)電站的運(yùn)行，對(duì)電廠的安全運(yùn)行形成隱患;
(2) 對(duì)外通信擴(kuò)展不方便，許多外部設(shè)備的信息無(wú)法采集到PLC中去;
(3) 隨著外部控制設(shè)備的更新改造，所需測(cè)控點(diǎn)數(shù)增加，原有配置已無(wú)法滿足要求;
(4) 當(dāng)?shù)仫@示界面即一體化工控機(jī)故障率比較高;
(5) 備品備件訂貨越來(lái)越困難。
為此需對(duì)現(xiàn)地控制單元進(jìn)行更新改造。

3 技改方案分析
結(jié)合水電廠現(xiàn)場(chǎng)改造的經(jīng)驗(yàn)，提出如下三個(gè)現(xiàn)地控制單元改造方案以供比選。
(1) 全部更新
把原有設(shè)備全部更新，改用Quantum PLC。全部更新，原有設(shè)備要全部報(bào)廢，這樣改造的成本較高，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)配線、安裝等工作量都較大，改造周期較長(zhǎng)。
(2) 擴(kuò)展DI/DO新屏
擴(kuò)展一面屏，增加開關(guān)量輸入和輸出點(diǎn)數(shù)，PLC仍采用Modicon984，和上位機(jī)通信仍需采用MB+方式。由于僅僅是對(duì)原有系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)充，增加了相關(guān)的點(diǎn)數(shù)，整個(gè)系統(tǒng)的功能特點(diǎn)以及可靠性等并沒(méi)有過(guò)提高，這種方案改造的意義不大。
(3) 擴(kuò)展PLC新屏
原有屏柜保持，新擴(kuò)展一面屏柜，采用Quantum PLC，Quantum PLC與原有PLC采用MB+網(wǎng)進(jìn)行通信;與上位機(jī)通信方式改用以太網(wǎng)通信，即PLC直接上以太網(wǎng)，在新增屏柜上安裝一臺(tái)通信管理機(jī)。
在充分利用原有設(shè)備的基礎(chǔ)上，增加了一套Quantum PLC，數(shù)據(jù)處理能力得到很大的提高，Quantum PLC具有無(wú)與倫比的網(wǎng)絡(luò)連接能力，特別是應(yīng)用于MODBUS　PLUS網(wǎng)絡(luò)的站間通訊(Peer Cop)技術(shù)，其快速、準(zhǔn)確、可靠的性能充分滿足功能要求，在新盤柜和舊盤柜之間即采用MB+網(wǎng)進(jìn)行通迅，高速M(fèi)B+網(wǎng)絡(luò)的通訊功能也得到了充分的利用，上位機(jī)的通迅改用了以太網(wǎng)方式，提高了速度和可靠性，同時(shí)改造過(guò)程中工作量也增加的不是很多，具有可行性。

4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
系統(tǒng)配置方案如圖2所示。在該方案中，原有Modicon984 PLC配置以及盤柜布置和外部接線不作任何更改;增加了一套盤柜，盤柜內(nèi)安裝了一套Quantum PLC，PLC配置有140CPU 11303S，增加了開入模件、開出模件、模入模件、以太網(wǎng)通信模件。這就彌補(bǔ)配置點(diǎn)數(shù)不足的問(wèn)題，同時(shí)解決了與上位機(jī)通信的問(wèn)題。

圖2 原配盤柜與擴(kuò)展盤柜

4.1 數(shù)據(jù)采集和處理功能
原配置Modicon984 PLC和新增Quantum PLC都具數(shù)據(jù)采集功能，都配有相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集模件，兩套PLC共同完成現(xiàn)地控制單元的數(shù)據(jù)采集功能;Modicon984 PLC采集到的所有數(shù)據(jù)通過(guò)MB+網(wǎng)絡(luò)，采用Peer Cop方式送到Quantum PLC中去，Quantum PLC對(duì)所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，即數(shù)據(jù)處理功能全部由Quantum PLC完成，這就充分利用了Quantum PLC高速的數(shù)據(jù)處理功能。

4.2 控制和調(diào)節(jié)功能
Modicon984 PLC和新增Quantum PLC都配有開關(guān)量輸出模件，即都具有控制和調(diào)節(jié)功能;Modicon984 PLC中的開出點(diǎn)，既可以由Modicon984 CPU控制也可以由Quantum PLC控制，兩者是‘或’的關(guān)系;Quantum PLC通過(guò)MB+網(wǎng)絡(luò)，采用Peer Cop方式把開出點(diǎn)信息送到Modicon984 PLC中去，同時(shí)Modicon984 PLC也編有程序，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)開出點(diǎn)的控制，這主要是用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)輔機(jī)或自啟動(dòng)流程的控制。
4.3 人機(jī)界面
在新增盤柜，裝有觸摸屏，觸摸屏與Quantum PLC通迅，這樣可以實(shí)現(xiàn)所有數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示，同時(shí)可以下發(fā)相關(guān)的控制令給Quantum PLC，Quantum PLC接受到控制命令后進(jìn)行解釋執(zhí)行。
4.4 對(duì)外通信
在新增盤柜，安裝有以太網(wǎng)通信模件和通信管理機(jī)，以太網(wǎng)通信模件用來(lái)和上位機(jī)系統(tǒng)通信。通信管理機(jī)主要是把現(xiàn)場(chǎng)輔助設(shè)備的運(yùn)行信息進(jìn)行采集，同時(shí)把采集到的數(shù)據(jù)信息送到Quantum CPU里，其自身具有八個(gè)RS-232串口，這樣整個(gè)現(xiàn)地控制單元的外部通信功能大大增強(qiáng)。
4.5 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要特點(diǎn)
(1) 原有Modicon984 PLC相當(dāng)于一個(gè)智能I/O，自身可以運(yùn)行PLC程序，這樣一些流程就保持不變，而這些控制功能又不受所擴(kuò)展盤的影響;而對(duì)Quantum PLC來(lái)說(shuō)，可以把Modicon984 PLC當(dāng)一個(gè)擴(kuò)展I/O來(lái)處理，它可以處理Modicon984 PLC所有的開關(guān)量、模擬量等;
(2) Modicon984 PLC和新增Quantum PLC采用Peer Cop方式，通過(guò)高速M(fèi)B+網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，實(shí)踐證明，通信快速、準(zhǔn)確、可靠。

5 軟件的功能和實(shí)現(xiàn)
5.1 Modicon984 PLC程序功能設(shè)計(jì)
(1) 編寫簡(jiǎn)單的程序，以實(shí)現(xiàn)Quantum PLC和Modicon984 PLC可以同時(shí)控制Modicon984 PLC的開出點(diǎn)，程序示例如圖3所示:

圖3 梯形圖

(2) 把開關(guān)量、模擬量進(jìn)行處理，送到指定的寄存器，以便通過(guò)Peer Cop方式一齊傳輸?shù)絈uantum PLC;
(3) 簡(jiǎn)單的輔機(jī)流程和自啟動(dòng)流程
由于原配置Modicon984CPU不支持Concept編程，所以仍需用MODSOFT組態(tài)軟件來(lái)編寫。
5.2 Quantum PLC程序功能設(shè)計(jì)
(1) 發(fā)電機(jī)組的開停機(jī)流程、功率自動(dòng)調(diào)節(jié)流程等;
(2) 對(duì)所有采集到數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析;
(3) 接受上位機(jī)和觸摸屏所發(fā)的控制命令并解釋執(zhí)行。
編程軟件采用了組態(tài)軟件Concept2.6，該軟件支持梯形圖(LD)、功能塊圖(FBD)、結(jié)構(gòu)化文本(ST)等多PLC編程語(yǔ)言，能保證系統(tǒng)的各類控制功能的需求。

6 結(jié)束語(yǔ)
本現(xiàn)地控制單元改造方案，在結(jié)構(gòu)、技術(shù)路線、實(shí)現(xiàn)方法上都有所創(chuàng)新，該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，技術(shù)路線和實(shí)現(xiàn)方法完全可行;改造實(shí)施簡(jiǎn)單，大大減少了安裝、配線的工作量，改造工程實(shí)施完成幾個(gè)月來(lái)，運(yùn)行非常穩(wěn)定，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)，該方案的成功應(yīng)用為國(guó)內(nèi)老電廠LCU的技術(shù)改造提供了典型范例，對(duì)提高發(fā)電廠的自動(dòng)化的水平有重要的現(xiàn)實(shí)意義。