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现地控制单元在水电厂自动化中的应用和发展趋势

作者:朱辰,国电自动化研究院自控所2006.06.19阅读 5421

  1. 前言
  水力发电与燃煤、燃油、核能发电相比www.cechina.cn,能源是可再生的、永不枯竭的清洁能源。国家目前把优先发展水力发电作为搞好能源平衡的战略性措施,并出台了一列措施大力鼓励推进水电厂建设。在水电行业,随着水电厂"无人值班"(少人值守)和状态检修工作的不断深入开展CONTROL ENGINEERING China版权所有,对水电厂的生产运行和管理提出了更高的要求;以”厂网分开、竞价上网”为基础的电力体制的改革也对水电厂自动化技术提出了新的要求。计算机技术、信息技术、网络技术、工业控制技术的飞速发展,给水电厂综合自动化系统无论在结构上还是在功能上,都提供了一个广阔的发展空间。
  70年代中期,国外水电厂就开始把先进的计算机技术应用于水力发电厂的生产过程控制,大大提高了水电厂的自动化水平,取得了良好的经济效益。70年代末,原电力部科技委主持召开了“全国水电厂自动化技术经验交流会”,制定了水电厂自动化科学技术发展7年规划CONTROL ENGINEERING China版权所有,我国开始引进和国内自主研发水电厂计算机监控系统技术并取得了巨大的成功。通过多年的努力,国内自主开发的水电厂自动化技术的发展经历了摸索、试点、推广、提高这四个阶段,取得了很大的成绩。特别
是近20年来,国内水电厂自动化水平发展迅速,目前已进入世界先进行列。
  水电厂计算机监控系统通常可以分成两大部分,一是对全厂设备进行集中控制的部分,称之为厂级或厂站级监控系统;另一部分是位于水轮发电机层、开关站等设备附近的控制部分,称为现地控制系统。现地控制系统的主要组成部分就是现地控制单元LCU(Local Control Unit),在早期曾采用过与电网调度远程终端RTU(Remote Terminal Unit)同样的名称,考虑到LCU的含义更确切,自1991年“现地控制单元学术会议“之后,基本上统一称之为LCU。现在就LCU在我国水电厂自动化系统中的应用及发展作几点探讨。
  2. LCU的应用
  在水电厂计算机监控系统中LCU直接与电厂的生产过程接口,是系统中最具面向对象分布特征的控制设备。现地控制单元的控制对象主要包括以下几个部分:
  (1) 电厂发电设备,主要有水轮机、发电机、辅机、变压器等;
  (2) 开关站,主要有母线、断路器、隔离开关、接地刀闸等;
  (3) 公用设备,主要有厂用电系统、油系统、水系统、直流系统等;
  (4) 闸门,主要有进水口闸门、泄洪闸门等。
  LCU一般布置在电站生产设备附近,就地对被控对象的运行工况进行实时监视和控制,是电站计算机监控系统的较底层控制部分。原始数据在此进行采集和预处理,各种控制调节命令都通过它发出和完成控制闭环,它是整个监控系统中很重要、对可靠性要求很高的控制设备。用于水电厂的LCU按监控对象和安装的位置可分为机组LCU、公用LCU、开关站LCU等。而按照LCU本身的结构和配置来分,则可以分为单板机——线型结构的LCU、以可编程控制器(PLC)为基础的LCU、智能现地控制器等三种。第一种LCU多为水电厂自动化初期的产品www.cechina.cn,目前已基本不再在新系统中采用。另外尚有极少数的小型水电厂采用基于工业PC机(又称工控机IPC)的控制系统,下面仅讨论处于主流地位的PLC和智能现地控制器(最近几年尚有称为PCC(Programmable Computer Controller)、PAC(Programmable Automation Controller)的产品www.cechina.cn,应该也可以归类其中)。
  2.1可编程控制器(PLC)
  PLC的定义有许多种。国际电工委员会(IEC)对PLC的定义是:可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境应用而设计的。它采用可编程序的存贮器,用于其内部存储程序,执行逻辑运算 , 顺序控制,定时,计数与算术操作等面向用户的指令,并通过数字的、模拟的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备,都应按易于与工业控制系统形成一个整体,易于扩充其功能的原则设计。
  最初,由于美国汽车工业的需要而产生了可以说是原始的PLC。虽然PLC问世时间不算太长,但是随着微处理器的出现,大规模、超大规模集成电路制造技术和数据通讯技术的迅速发展,PLC的应用和技术也得到了飞速的发展,其发展过程大致可分三个阶段:
  (1) 早期的PLC(60年代末-70年代中期): 早期的PLC一般称为可编程逻辑控制器。
  (2) 中期的PLC(70年代中期-80年代中,后期): 在70年代开始采用微处理器作为PLC的中央处理单元(CPU)。 这样,使PLC得功能大大增强。在软件方面CONTROL ENGINEERING China版权所有,在原有的逻辑运算、定时、计数等功能的基础上增加了算术运算、数据处理和数据通讯、自诊断等功能。在硬件方面,开发了模拟量模块、远程I/O模块以及各种特殊功能模块,使PL














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