浅谈PCC在抽水蓄能机组调速器中的应用

陈福球 曹春永

摘要：PCC作为一种优良的控制设备，目前已广泛的应用在抽水蓄能机组调速器中。本文主要分析了PCC的特点，并探讨了PCC调速器的主要硬件和软件组成，并探讨了它在抽水蓄能机组调速器中的应用。

关键词：PCC；抽水蓄能；调速器

抽水蓄能机组是一种电力系统填谷调峰电源，它既是发电厂又是用户，其机组起动迅速，运行灵活、可靠，除调峰填谷外，还可承担调频、调相、事故备用等任务。抽水蓄能电站能提高整个电力系统的安全稳定运行和工作效率，降低煤耗，减少水电站的弃水，提高供电质量。抽水蓄能机组调速器是抽水蓄能电站中最重要的设备之一，也是保证水电厂机组稳定运行的重要控制设备，直接关系到机组的安全与稳定运行。它的运行工况多，工况转换频繁、变换复杂，同时起停也比常规机组频繁得多。要确保工况之间的可靠转换和控制，要求调速器具备可靠的性能。

一、PCC的特点

可编程计算机控制器，简称PCC（programmable computer controller），是一种新型可编程控制器，它融合了传统的PLC和IPC的优点，既具有PLC的高可靠性和易扩展性，又有着IPC的强大运算、处理能力和较高的实时性及开放性，因其可靠、安全、灵活、方便、经济等优点，越来越被广大的用户所认可。

PCC的主要特点是：

目前PLC均采用单任务操作系统，而PCC已经采用了多任务操作系统，可以区分不同任务的优先级，整个控制循环时间可以从0.5ms到几千ms，较好地优化整个系统的性能，极大地提高了CPU的利用率。

PCC具有灵活选用不同编程语言的特点，传统PLC的编程语言以梯形图和类似于指令表的语言为主，很少支持高级语言编程，更少有自己的高级语言，而PCC不但支持梯形图、C语言等各种高低级编程语言，而且还具有专门为工业控制开发的高级语言，它比通用的高级语言如C语言更适合工业控制的特点，更易于编程。

传统的PLC只支持一个主CPU，然后带多个处理器进行工作，而PCC可以支持多个主CPU同时工作，而且还可以使用特殊的时间处理单元——TPu功能。

二、PCC调速器的组成及其在抽水蓄能机组中的应用

调速器在抽水蓄能机组中与计算机监控系统相配合，完成抽水蓄能机组的发电、抽水、调相等任务，担负着稳定电网频率的任务，因此要求调速器具有高的可靠性。一般经常用到的有三种调速器：双微机调节器，可编程（PLC）调速器，可编程计算机（PCC）调速器。本文主要讨论PCC调速器。

（一）PCC调速器的硬件设计及应用

PCC的优点在前面已经提到，总之PCC更易于编程，总体上更易于满足抽水蓄能电站的复杂控制要求。并且PCC的硬件都是模块化结构，各种模块又有多种型号可供选择，一用户可以根据需要选择合适的模块组合，以达到理想的控制效果。

PCC主要由中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出（I/O）接口、电源等组成。本文选取B&R2003系列中的PP41作为文中开发的抽水蓄能调速器硬件平台。

PP41具有5.7英寸QVGA的黑白液晶显示屏，面板上有8个软件功能键和32个函数功能键，PP41同时具有网络通信功能，6个可以插入旋入式模块的插槽，配备有lO个数字量输入通道和8个数字量输出通道。

PP41人机界面系统能将用户的各种数据、配置方案、仿真、监控、报警、操作、中断等以图像或文字形式在显示出来。PP41面板還可以显示不同大小的文字、线形和动态条形图。显示模块主要包括按键块模块，Visual Component和界面图像编辑。

频率测量时，为了避免输入信号电压幅值变化影响测频精度，测一个信号周期。本测频方式不需要外部制作硬件回路，同时避免了数据传递过程中的延时，可靠性和实时性大大提高。

PP41是抽水蓄能机组微机调节器的硬件主体，只能够满足内部控制程序的需要，要想与外部可逆机组进行对接运行，还必须依靠输入输出模块做为中介。下文介绍PP41所使用的输入输出模块：

1.数字量输入模块DI135

DI135模块是一个具有4个高速数字量输入和一个比较器输出的特殊旋入式模块，每个通道都可以独立地设置不同的操作。可以用来计数或测量数字信号的周期、频率；对事件进行计数，并且响应速度高达微秒级对事件的输入频率测量高达100kHz，作为编码器时频率高达50kHz。使用DI135的能利用它与PP41中的TPU功能模块配合完成频率测量。

2.模拟量输入模块AI354

AI354是一个具有4个模拟量输入通道的旋入式模块。在25℃时测量误差不超过±2.5mV。使用A1354的目的是接收上、下库水位Hu、Hd，导叶开度反馈值Y和机组功率P等模拟量。

3.模拟量输出模块A0352

A0352是一个具有2个模拟量输出通道的旋入式模块。在25℃时输出精度对电压为5.15 mV±O.8%，对电流为5.16 M±2.4%。使用A0352是为了输出导叶开度的控制信号dy。

PCC在抽水蓄能调速器的硬件系统主要有下述输入和输出接口：

两路测频通道：一路用于测机组频率fg，另一路测电网频率fn。

四路模拟量采集通道：分别用于采集发电机有功功率P、导叶接力器行程Y和上、下库水位信号Hu、Hd。

十路开关量输入：水轮机/水泵状态，开机令，停机令，断路器信号，调相令，水泵背靠背起动令，手/自动状态，功率增，功率减。此外，在背靠背启动时，须将拖动机与被拖动机在电气上连接，当被拖动机组升速至额定值后，与拖动机解列，然后并网。故在软件中，还需设定一开关量与电气连接拖动机与被拖动机的断路器信号相对应。

控制量输出通道：一个控制输出D/A转换通道及功率放大电路。

人机接口设备：PP41具有的5.7英寸QVGA黑白液晶显示屏，8个软件功能键和32个函数功能键。

开关量输出：微机调速器出现故障时切手动。

通讯通道：调速器与上位机通讯采用RS一232串行通讯口。

（二）PCC调速器的软件设计及应用

1.PCC操作系统简介

PCC的操作系统一般存储在PCC系统EPROM存储器中。它的主要任务是解读用户程序，管理整个系统。由于现代工业控制任务的需求，可编程计算机控制器（pet）通常用于完成比较复杂的项目。一个系统在完成之后，常常需要扩容，在不改动原有硬件的基础上，系统硬件以模块方式加以扩展。同时系统的原有软件不能改动，新的软件也以模块方式添加。这些都需要分时多任务操作系统的支持。本文所用硬件B&R2003系列产品PP41便配有分时多任务操作系统，下面对此做简要介绍。

2.软件结构

抽水蓄能调速系统软件主要包括数据采集软件、调节控制软件、界面管理软件和频率测量软件。抽水蓄能调速器是一个对实时性要求极强的监控系统，按照抽水蓄能机组稳定运行及动态品质的要求，调控周期必须在几十毫秒之内。本文所作的研究是利用PCC提供的分时多任务操作系统，将调速器的多个控制任务分别在不同的任务等级中实现。数据采集软件和调节控制软件对实时性的要求比较高，分别放在循环任务层一和二中，循环周期都取为20ms。界面管理软件对时间的要求不是很高，放在循环任务层三中，循环周期取为100ms。频率测量软件对时间要求比较高，放在高速任务层，循环周期为5ms。

3.软件实现

數据采集软件主要完成调速器对抽水蓄能机组功率P，导叶开度Y和上、下游水位Hu、Hd的数据采集任务。调节控制软件是抽水蓄能调速器软件的核心，完成调速器的调节控制功能，它和界面管理软件构成实时多任务系统，主要完成工况判断、调节控制和各种避错及容错任务。频率测量软件利用PP41的TPU功能模块主要完成对机组和电网频率的测量。

总之，在抽蓄机组调速器中使用PCC，提高了频率测量的精度和可靠性，能确保调速器的高可靠性，这样才能更好的保证抽水蓄能机组的运行更安全可靠。

参考文献：

[1]李雪亮，孙伟，抽水蓄能电站的新发展[J].山东电力技术.2005，141（1）：17～19.

[2]林明华.世界抽水蓄能电站建设特点与发展趋向[J].水力发电学报.1996（3）：87～98.