MB系列智能可编程控制器在水电站中的应用

breado · 发表于 2007-12-13 19:07:00

摘要：本文首先介绍了国产MB系列智能可编程控制器（iPLC）的系统体系<a class="channel_keylink" href="http://www.863p.com/Constructure/Index.html" target="_blank">结构</a>及配置，重点从编程与调试环境、系统通信网络、系统可靠性设计、针对水电厂的设计、性能价格比等方面介绍了MB系列iPLC的技术特点，最后介绍了以MB系列iPLC为核心控制平台的工程应用实例。MB系列iPLC与传统PLC相比在远程编程与调试、流程图编程、特色功能块、系统的开放性和可靠性等方面具有明显的特点。MB系列iPLC已在多家水电厂得到成功应用。关键词： MB系列智能可编程控制器技术特点系统体系<a class="channel_keylink" href="http://www.863p.com/Constructure/Index.html" target="_blank">结构</a>、工程应用 1 引言在整个电力自动化市场中，大部分的关键监测、控制产品都以国产......关键词： MB系列智能可编程控制器技术特点系统体系<a class="channel_keylink" href="http://www.863p.com/Constructure/Index.html" target="_blank">结构</a>、工程应用 1 引言在整个电力自动化市场中，大部分的关键监测、控制产品都以国产为主，而且国产设备的技术、性能、水平、均体现出明显的优势，比如：高压及超高压<a class="channel_keylink" href="http://www.863p.com/power/powerfsbd/Index.html" target="_blank">变电</a>站现地控制装置、继电保护设备、线路和机组同期设备以及绝大部分中低压测控设备。而水电站测控设备长期以国外PLC为主。传统的PLC是作为通用工业控制器而设计的，没有考虑水电厂应用的特殊性，对于水电厂监控系统中要求的时钟同步、事件顺序记录功能无法实现。在使用过程中发现了另外一些问题，如：开出回路太简单，无相应安全措施，在强干扰情况下有时会产生误动；通信扩展能力差；在实现复杂控制过程时，使用梯形图等语言显得非常烦琐；控制流程调试不方便等等。伴随着电厂单机容量的日益增大，控制过程越来越复杂，对电厂计算机监控系统提出了更高的要求。主要表现在：需要功能更强、速度更快、容量更大的PLC产品，以完成大型的控制项目；实现网络化及更强的通讯能力；要求控制更加可靠，性能更加稳定；提供多样化的更方便的编程语言等。传统的PLC已无法满足日益复杂的实际应用的需求。国电自动化研究院多年来一直致力于电力系统自动化，特别是水电站自动控制的研究与开发工作，产品已在葛洲坝、龚嘴等多家水电站获得成功应用，并在<a class="channel_keylink" href="http://www.863p.com/shuili/Index.html" target="_blank">水利</a>、风电、水处理等其它控制领域得到广泛应用。MB系列iPLC是在总结多年在自动控制方面的成功经验，深入研究了当前主流PLC产品的优点及不足之处，并积极关注PLC的最新发展趋势，应用一系列新技术开发的新一代硬件平台，是对传统PLC功能的有针对性提升。MB系列iPLC继承了传统PLC的长处，又弥补了传统PLC的一些不足，同时采用了大量先进技术，充分体现了本院多年来在水电站监控系统的研究成果，是多年工程经验的集中体现。该产品集智能、可靠、开放、灵活于一体，适合多种复杂控制领域的应用。MB系列iPLC采用了嵌入式软件、硬件技术和现场总线技术等技术开发的。针对不同的应用开发了MB80型大型PLC、MB60型中型PLC、MB40型小型PLC及MB20型微型一体化PLC等四种不同类型的PLC，分别应用于大型水电站、中小型水电站及辅机、闸门等不同的应用场合。本文将从MB系列iPLC体系<a class="channel_keylink" href="http://www.863p.com/Constructure/Index.html" target="_blank">结构</a>、系统配置、技术特点、工程应用实例等几方面介绍MB系列智能可编程控制器及水电厂的应用。2 MB系列iPLC体系结构与系统配置2.1 体系结构：MB系列智能可编程控制器采用LAN/FieldBud系统体系结构（如图1所示），提供标准的以太网接口完成与上微机系统的通信，通信规约采用开放的、标准ModBus TCP规约。CPU模件和I/O模件之间采用现场总线作为内部总线及扩展总线，现场总线特有的高可靠性和对现场环境的适应能力，使得MB系列PLC系统配置的灵活性和可靠性也大大提高。图1以双CPU双以太网热备冗余、单CPU双以太网和单CPU双以太网三种典型的应用。为水电厂的应用提供灵活的系统配置方式，适用于更加广泛的现场应用。2.2 系统配置：MB系列iPLC提供三种系统配置，包括单CPU单以太网模式、单CPU双以太网冗余模式、双CPU冗余模式，多种灵活的系统配置模式可以更好地适用多种不同的实际应用。提供了多种类型模件包括电源模件、三种不同类型的CPU模件、串口通信模件（提供8个标准的RS232/RS485）、开关量输入模件、SOE模件、开关量输出模件、模拟量输入模件（电流型和电压型）、温度量模件等。<center><img alt="图片点击可在新窗口打开查看" src="http://www.863p.com/shuili/UploadFiles_2926/200702/200728103348775.JPG" border="0" style="CURSOR: pointer;"/></center>3 技术特点3.1 编程与调试MBPro编程和调试软件是针对MB系列iPLC开发的，支持MB系列所有型号的PLC。提供了梯形图、流程图等编程语言，具有系统配置、数据库组态、数据库在线查询、梯形在线监视、流程在线调试及梯形图在线修改功能。可视化流程图编程技术：采用了“所见即所得”技术设计的流程图编程语言是一种可视化的编程语言，非常适合复杂的顺序控制过程，它与设计单位设计的控制流程非常类似（如图2所示）。当控制流程设计完成时，即意味着编程的结束，编程过程简单易学。此外，用这些语言编写的程序之间可互相调用，使得程序编写更加灵活方便，能满足多种复杂工况的要求。流程图方式组态显示和操作；顺控流程调试图形化显示，支持单步执行方式；对流程可以进行加锁、解锁；支持流程执行异常陷井处理；预编译顺控流程，确保流程正确执行。<center><img alt="图片点击可在新窗口打开查看" src="http://www.863p.com/shuili/UploadFiles_2926/200702/200728103351564.JPG" border="0" style="WIDTH: 500px; CURSOR: pointer;"/></center>网络编程与调试：MB系列iPLC使用统一的编程和调试环境MBPro编程和调试软件。提供10/100M以太网作为编程与调试接口，提供程序下载和联机在线调试功能。通过以太网支持远程编程与调试，满足在远方控制中心（如梯调中心）对现地控制装置控制流程的修改、在线维护。远程编程与调试功能为电站实现无人值班、甚至关门运行提供了技术保障。 <center><img alt="图片点击可在新窗口打开查看" src="http://www.863p.com/shuili/UploadFiles_2926/200702/200728103356420.JPG" border="0" style="CURSOR: pointer;"/></center>3.2 通信网络以太网通讯接口：CPU模件集成10M/100M以太网接口，支持Modbus/TCP规约，支持双以太网冗余配置。串口通讯功能：MB系列iPLC提供了串口通讯模块，并可自由配置模块的数量。每个串口通讯模块提供8个串口，每个串口均支持RS-232/RS-485接口标准，并且全部支持编程。现场总线网络MB系列iPLC采用现场总线网络，具有通讯速率快、抗干扰能力强、成本低、结构简单、实时性好等特点，并且具有很好的扩展性，易于实现模块的灵活配置，且对于现场环境及安装要求都不是很高，同时为系统扩展及远程控制都提供了方便。3.3 高可靠性设计（1）全智能I/O设计和一系列安全性、可靠性设计为系统的安全可靠运行提供了保障开入模件的光电隔离和软件滤波功能；开出回路密码锁设计，开出模件的反读、校核及执行继电器的联合控制保证在任何情况下不会发生误动；温度量模件先进的每路独立横流源设计大大提高了采集速度和抗干扰性；模拟量模件飞度电容的设计方法保证了内部电路和外界干扰的绝对隔离，大大提高了采集精度，最大限度地降低了模拟量漂移。（2）双机热备冗余设计MB系列iPLC提供了双机热备冗余方案。无需用户编程，监控模块之间实时自动备份数据，一旦一个监控模块瘫痪，另一个监控模块可单独运行，不会对控制系统产生影响。全金属机械结构MB系列iPLC具有全模块式的插装结构，全部采用SMT表贴工艺；模块无硬件设置，即插即用；对外可使用CableFast端配板接线方式，控制机柜内不再有凌乱的配线，维护更加方便。MB80系列采用全封闭结构，抗电磁干扰性及防尘、防潮、防震能力都较强；模块插箱有模件类型编码，可防止不同类型模块误插。满足一系列电磁兼容性国际标准为了提高PLC系统的可靠性、在设计过程中遵循了电磁兼容性国际标准，通过设计开发中的针对性的设计。MB系列iPLC的<a class="channel_keylink" href="http://www.863p.com/power/Index.html" target="_blank">电气</a>技术指标及电磁兼容性如下：环境温度：-10℃~60℃；浪涌抗扰度：4kV（共模）/2kV（差模），4级（IEC61000-4-5）；振荡及抗扰度：2.5kV（共模）/1kV（差模），3级（IEC61000-4-12）；快速瞬变：±4kV（电源）/±2kV（I/O），4级（IEC61000-4-4）；静电放电：±15kV（空气）/±8kV（接触），4级（IEC61000-4-2）；辐射电磁场抗干扰：10V/m，频率80MHz~1GHz，3级（IEC61000-4-3）。3.4 针对水电厂的设计方便的可视化流程图编程语言，使复杂控制流程的实现变得非常简单；全汉化的梯形图设计大大提高了梯形图程序的可读性；针对水电厂的专用功能块设计使其更适宜于水电厂（脉冲型开出、SOE）；独有的SOE模件大大提高了事件分辨率(<1ms)；八串口模件设计，大大提高了与其它智能设备的通信能力。方便的现地人机接口，提供了与触摸屏的串行通讯接口，支持Modbus通讯协议。可与多种触摸屏直接连接，无需增加辅助设备，也无需编写通讯驱动程序。3.5 更高的性价比CPU模件集成以太网接口（节省了网络模件）；串口通信模件提供的丰富通信接口；插箱的扩展无需扩展模件（节省了扩展模件）；双机热备冗余仅靠一条冗余<a class="channel_keylink" href="http://www.863p.com/power/Powerdlyy/Index.html" target="_blank">电缆</a>即可完成（节省了热备模件）。4 工程应用实例MB系列智能可编程控制器自2000年首套系统投入运行以来，陆续在全国近60个水电厂使用。MB80型智能可编程控制器除应用于大型常规水电厂的控制系统外，在更为复杂的大型抽水蓄能电站计算机监控系统中控制也得到了成功应用；MB40型智能可编程控制器在中小型水电厂计算机监控系统中得到了大量应用，特别以MB40为核心控制平台的SJ100型小水电综合自动化系统的成功推出，将为广大农村小水电厂家提供监控、保护、调速、励磁、同期等功能集成的小型水电厂综合自动化控制平台。本文以MB80型智能可编程控制器的应用为例介绍MB80在大型抽水蓄能电站计算机监控系统改造中的应用。某大型抽水蓄能电站，装机容量为4*200MW大型抽水蓄能机组。该厂原有监控系统采用ABB BAILY公司的INFI90系统，去年底采用MB80为核心控制平台的SJ600型现地控制装置对该厂4机组监控系统进行了改造。计算机监控系统结构图如图4所示。<center><img alt="图片点击可在新窗口打开查看" src="http://www.863p.com/shuili/UploadFiles_2926/200702/200728103357843.JPG" border="0" style="CURSOR: pointer;"/></center>大型抽水蓄能电站计算机监控系统的改造是一个非常复杂的系统工程，对MB80型智能可编程控制器的处理能力、现场适应性、可靠性等都提出了比常规水电厂控制系统更高的要求。特别是要求新系统与原有监控系统要完成无缝连接，因此对新系统的开放性提出了更高的要求。新改造系统在去年底投入运行，完成了<a class="channel_keylink" href="http://www.863p.com/power/powerfsbd/Index.html" target="_blank">发电</a>、抽水、<a class="channel_keylink" href="http://www.863p.com/power/powerfsbd/Index.html" target="_blank">发电</a>调相、抽水调相、背靠背运行等所有控制过程，并能和老系统无缝连接完成对AGC、AVC等高级应用。MB80在大型抽水蓄能电站计算机监控系统中的成功投运，表明MB80型智能可编程控制器已具备了构成大型控制系统的能力。以MB80为核心控制平台的自主创新、具有完全自主知识产权的大型抽水蓄能电站计算机监控系统将打破国外公司的垄断地位，为现有大型抽水蓄能电站计算机监控系统的国产化改造提供了成功的经验。5 结语MB系列智能可编程控制器具有传统通用PLC的所有特点，是通用的工业控制平台，可以广泛地应用于多种工业控制。同时MB系列iPLC又具有显著的特点使在应用中更灵活、更方便。为适用顺序控制的特点、解决传统PLC调试困难、不直观的缺点，MB系列iPLC开发了可视化顺控流程图语言，使顺序控制过程的实现简单、调试直观；为提高在电力系统应用的方便性对传统梯形图语言功能块进行了扩充，增加了SOE功能块、脉冲型开出等独具特色的功能块使用户编程更加方便；MB系列iPLC所具有的以太网远程编程与调试功能可以方便地解决远方（如远程控制中心等）对现地LCU的编程与维护，为电厂实现“无人值班”（少人值守）、甚至关门运行提供了技术基础。 以MB系列可编程控制器为核心平台的SJ-600型智能分布式现地控制装置已在国内多家水电厂得到成功应用。随着在甘肃西流水水电站、新疆吉林台水电厂、四川紫坪埔水电厂等近60家水电厂的稳定可靠运行，MB系列iPLC在水电厂得到了越来越多用户的认可。参考文献：[1]赵天洪.基于现场总线的现地控制装置SJ-600LCU.电力系统自动化,2000,24(7).[2]Chen Sining, Huangjian, Wang Shanyong, et al. Intelligent Distributed Local Control Unit for Hydropower Plant. International Conference on Power System Technology Proceedings, 2002,.[3]王善永.MB系列智能可编程控制器研究.电力系统自动化,2005,29(10).作者单位：南京国电自动化研究院自动控制研究所

wgsjzit · 发表于 2007-12-13 22:53:00

顶!支持!

Duke_rose · 发表于 2013-5-10 19:17:12

谢谢大大分享

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