基于LH_TX02与VersaMax PLC的小型水电站自动化系统设计

陈国平，蔡 勇，阮德超，徐述辉，周 聪

（1.武汉工程大学 湖北 武汉 430073；2.武汉联华电气有限责任公司 湖北 武汉 430223）

目前，我国中小型水电市场巨大，自动化程度越来越高[1]，“PLC+通信服务器+操作站”的机组控制模式在中小型水电站的运用非常广泛。它结构简单，操作方便，简化了安装接线，便于维护且经济可行，弥补了传统辅助设备在自动控制方面的不足。

三佳水电站于云南华宁县华溪镇大兴寨以内，距县城36 km，总装机规模3×4 500 kW，4500小时的年利用时间，6 000万度的年发电量。2009年9月左右该电站建成投产，结合以往电站项目中通信方面的经验，编写了LH_TX02通信服务器跟下位机之间的通信程序。本文主要介绍基于LH_TX02通信服务器与GE VersaMax PLC的三佳水电站自动化系统。

1 上位机界面

现场有三台机组LCU屏，一个公用LCU屏。每面屏柜都装有一个通信服务器加一套GE小型PLC。图1是三佳水电站#2机组监控网络图，界面硬件基于维纶通MT8000触摸屏。

图1 机组监控画面Fig.1 Unit monitor screen

LH_TX02通信服务器是Linux操作系统，Linux系统相对于windows在工业运用中有显著优点，其代码开源免费，安全稳定，资源占用率小，发热少，无需风扇等部件。其在win平台下工程配置界面如图2所示。

图2 通信服务器主界面Fig.2 Main interface of communication server

2 程序实现

1）PLC 通信处理

图3为PLC通信处理方面的流程图。

图3 PLC通信处理流程图Fig.3 Flow chart of PLCcommunication process

通信处理程序段如图4所示。

图4 通信处理程序段Fig.4 Block of PLCcommunication process

PLC程序中变量打包归总到指定内部寄存器中，如图4所示，所有的开关量从I001开始，然后128个开关量存入到从R100开始的8个16位内部寄存器中，通信服务器将直接读取R100开始的8个寄存器[4-5]。

对于有些需要屏蔽的变量，可用上图第4步中逻辑与指令来屏蔽。机组空转状态标志为M31，由于机组空转有残压，残压不稳定会导致励磁、调速器等误报相应PT故障，这些信号是不必要的，用逻辑与指令即可屏蔽掉。

通信服务器与其他设备（如温度、调速器、保护、计量表等）的通信故障信号，在机组LCU屏（现地控制单元）中需要实时反映出来，通信服务器把数据以字节形式写入到PLC内部寄存器R300中，如上图第8步中程序段所示，将16位寄存器R300的低8位数据离散到PLC的中间继电器中，方便供触摸屏读取。

2）遥控命令处理

在遥控命令处理中，遥控操作有两种模式，一种模式为操作人员直接在中控室后台监控机上下发遥控命令，经过以太网将命令下达到通信服务器，由通信服务器回写一个模拟值到PLC指定的内部寄存器中，经过PLC的逻辑判断，判断指令是否正确。如果正确则执行，否则不执行。

遥控命令处理流程图如图5所示。

图5 遥控命令处理流程图Fig.5 Flow chart of remote control command processing

遥控命令处理程序段如图6所示。

图6 遥控命令处理程序段Fig.6 Block of remote control command handlers

另一种模式是操作人员在现地LCU控制柜上的触摸屏上操作，操作人员操作触摸屏上的按钮，触摸屏也写入同样值到PLC内部R寄存器中。

3）通信状态检测

PLC作为机组控制的灵魂，接收到的命令的正确性尤为重要。因为通信服务器故障或外部干扰等原因会导致其接收到错误的遥控命令，是很致命的[6]。

在下段程序中，用了R232与R408两个内部可读写寄存器。当PLC第一次运行时，分别给它们赋不同的值，通信服务器把读上来R232中的值回写到R408中，通信正常则两个值相等，R232中的值自加1，输出通信正常保持位。如果通信中断，则断开通信正常保持位。在后面程序中将不再接受通信服务器传来的任何消息。

PLC与通信服务器之间通信判断流程图如图7所示。

图7 PLC与通信服务器之间通信判断流程图Fig.7 Flow chart of Communication judgment between PLC and the communication server

PLC与通信服务器之间通信判断梯形图如图8所示。

3 结 论

图8 PLC与通信服务器之间通信判断梯形图Fig.8 Ladder diagram of communication to judge between PLCand the communication server

本文首先介绍了自主开发的通信服务器LH_TX02，然后从PLC通信处理、遥控命令处理和通信状态检测等方面实现了与下位机的通信连接。经过长期运行证明，采用了LH_TX02通信服务器，并在PLC梯形图程序中加入通信判断程序后的水电站自动化系运行良好，值得推广。

[1]徐锦才.小型水电站计算机监控技术[M].南京：河海大学出版社，2005．

[2]陈国平，阮德超，胡文军，等.大冶铁矿尖林山车间井下通风系统改造研究[J].武汉工程大学学报，2013（6）:80-84.CHEN Guo-ping，RUAN De-chao，HU Wen-jun，et al.Study on transformation of Daye iron mine shaft ventilation system[J].Journal of Wuhan Engineering University，2013（6）:80-84.

[3]吕玲，陈国平，阮德超.基于欧姆龙CP1H PLC和组态王的射流泵测试系统[J].电子设计工程，2012（22）:89-91.LV Ling，CHEN Guo-ping，RUAN De-chao.Jet pump testing system based on omron CP1H PLC and kingview[J].Electronic design engineering，2012（22）:89-91.

[4]阮德超，吕玲，徐述辉.基于Kingview与NC608的水电站监控系统双机热备设计 [J].中国农村水利水电，2013（9）:143-146.RUAN De-chao，LV Ling，XU Shu-hui.Two-Computer commutative hot standby monitoring system in hydropower stations based on kingview and NC608[J].Chinese Rural Water Conservancy and Hydropower，2013（9）:143-146.

[5]陈豪杰.阿萨汉水电站自动控制系统的完善[J].小水电，2012（5）:64-67.CHEN Hao-jie.Improvement of automatic control systems of asahan hydropower station[J].Small Hydropower，2012（5）:64-67.

[6]王卫卫.水电站综合自动化系统的可靠性分析[J].产业与科技论坛，2012（20）:71-72.WANG Wei-wei.Reliability analysis of hydropower station synthetic automation system[J].Industry and Technology Forum，2012，（20）:71-72.