基于PLC的机组DCS监控开关站方案研究

王学奎 刘金永

摘 要：文章研究了核电厂机组DCS远距离通过PLC监控开关站内电气设备的问题，对在建和已建其他核电机组中开关站电气系统纳入机组DCS的方式进行简要讨论，指出了现有模式下，核电厂内开关站与机组DCS通信存在的一些问题，给出开关站采用PLC与DCS通信控制的设计方案，通过开关站设置PLC并作为单独的控制子站，监控站内设备状态，并经过光纤传输至DCS，能可靠实现机组DCS通过PLC监控开关站设备运行状态，方案在核电厂实现了应用，效果较好。

关键词：监控;PLC;DCS;MODBUS

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.18.116

0 前言

PLC（Programmable Logic Controller），可编程逻辑控制器，主要是为工业生产过程电气控制设计研发，具有很强的稳定性，在工业控制的过程中得到了非常广泛的使用，在实现工业自动化方面具有非常重要的意义[1]。随着大工程系统集成复杂度提高，PLC不再作為一个简单的工业控制器来使用，还可以建立一个工控站，与外部系统通信，实现信息传输与开关控制作用，这对核电机组DCS（Distributed Control System）远距离监控开关站内的开关设备有很好的借鉴作用。在核电厂内，开关站是核电厂与电网的连接枢纽，有一套NCS（Network Control System）系统负责站内设备的运行状态监控，属于电网管辖。开关站内设备的运行状态对核电机组的运行安全也有很重要的作用。核电厂内机组功率大，相应的辅助设备多，占地面积也大，而开关站一般是几个发电机组的公用站，所以从厂址上，开关站与机组运行中心距离较远（一般在1公里以上），直接与机组DCS通信，无法实现。机组DCS系统属于工业控制系统，有一套完整的设计思路和通信体系，开关站属于涉网设备，电网在系统设计和内部通信中有着自己的规范，两者均是一套完整的体系，且均适应对应行业的发展，技术成熟，不容易更改。在开关站内设计PLC，与机组DCS通信从而控制站内设备，成为核电厂开关站设计的一种重要思路。

1 当前核电机组DCS监控开关站方案分析

目前部分在建和已建核电厂的常规做法是采用硬接线方式将开关站内电气量直接接入机组DCS系统，目前岭澳、红沿河和宁德核电站均采用此方式。硬接线传输信号虽然可靠、迅速，但是信息数量有限，而且扩展性能不理想，自动化程度较低，当传输距离较远时，会遇到信号受干扰不稳等问题[2]。

如果采用开关站内的NCS系统（电力网络控制系统）与DCS长距离通信，会带来电力系统监控网络与DCS通信规约不一致、DCS命令出口时间延长，以及NCS的二次安防复杂化等问题。

2 PLC在开关站内的设计应用研究

2.1 PLC控制方案

采用plc简单控制网络，主要指的是在一个主站，当中设置一台PLC和一台个人计算机，在从站当中设置多台PLC或者一台PC机，在整个网络当中主站的主要作用是对plc系统进行控制、编程、报警等。PLC系统布置在500kV开关站内，是一个独立的控制子站，能够实现对开关站内电气量的测量、开关站位置状态的监测以及分合断路器。PLC对站内数据的监控主要有三大部分：

（1）开关位置监控。用于监控站内开关，可通过PLC装置的数字量输入输出实现。

（2）模拟量监测。读取开关站内的电压、电流以及气体压力等，这些模拟量转换为统一的4-20mA或1-5V等标准的弱电信号，接入PLC的模拟量模块。

2.2 机组DCS与PLC通信控制方案

通信采用MODBUS协议，该协议经过多年的实际应用，已经成为一种应用于工业控制器上的标准通信协议。该通信格式，以主从形式完成信息的传送。设计中，可考虑将机组DCS作为主机（Master），站内的PLC作为从机（Slave），主机定期发出指令，从机收到后，判断指令类型，若主机只是读取数据，将数据传递给主机，如主机要操作开关，则执行命令。

由于距离较远，常规的网络通信实现成本过大，采用光纤通信可减少信号的损耗，同时能提高通信可靠性。每一个核电厂只有一个500kV/220kV开关站系统，两台机组均要通过PLC控制站内的开关设备，所以要考虑PLC通信的独立性和冗余性。

3 工程案例应用分析

开关站PLC系统与机组DCS通信方案的设计在台山核电得到了很好的应用，目前1号机组已商运，2号机组也即将并网，两台机组均通过PLC实现对开关站内设备数据的监控。在开关站PLC柜内，同时设有就地显示和控制屏幕，能就地显示数据，经过光纤实现数据上传至机组DCS，也可以就地操作，实现对开关的控制，作为DCS的后背功能。与开关站内NCS系统完全分开，既保证了电网运行的要求，同时又实现了机组DCS对开关站内设备数据的监控，且监控数据点相对于其他项目增多数倍，实现机组DCS对开关站的全方位监控。

4 结语

PLC技术的发展，为多系统联合控制提供了很好的解决方案，PLC可作为一个微型独立的控制站，通过扩展接口，可以接收很多现场数据，对大系统的数据要求提供了很好的设计思路。方案中，PLC作为一个子站能够独立监控开关站内的设备数据，同时通过光纤通信，实现了数据的远距离传输，而且稳定性强。对其他核电厂项目的开关设计提供了很好的借鉴，同时对负载多系统数据通信的设计，也提供了很好的设计思路。

参考文献：

[1]楼纬.通信技术在PLC自动化控制系统中的应用分析[J].数字通信世界，2019（02）：99.

[2]闫天军，郭伟，赵树春.火电厂电气监控系统接入DCS方式的分析[J].电力系统自动化，2006，30（11）：86-89.

作者简介：王学奎（1982-），男，山东菏泽人，硕士研究生，电力工程师，研究方向：智能电网。