一種新型控制技術(shù)——PCC 在水電站中的應(yīng)用
目前在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域具有代表性的控制方式可分為：?jiǎn)伟鍣C(jī)和單片機(jī)系統(tǒng)、可編程控制器（PLC）、工業(yè)控制機(jī)（IPC) 和計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)（DCS）等四類(lèi)。隨著現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化越來(lái)越高的要求和計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)控制機(jī)和可編程控制器以及計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)正處在相互融合的發(fā)展階段。而PCC ，即計(jì)算機(jī)可編程控制器，就是其中相互融合而產(chǎn)生的先進(jìn)代表，它被認(rèn)為是代表了當(dāng)今工業(yè)控制技術(shù)的一大趨勢(shì)。它面向控制并經(jīng)濟(jì)高效地集成了己廣為工控界熟悉的PLC 和IPC（工控機(jī)）的特點(diǎn)。通過(guò)兩者的相互融合，取長(zhǎng)補(bǔ)短，從而以較高的性能價(jià)格比，構(gòu)成當(dāng)代高水平的工業(yè)控制平臺(tái)。而水電廠，由于其控制的復(fù)雜性和多對(duì)象、多層次等特點(diǎn)，使得其控制在實(shí)時(shí)性、可靠性等方面往往不盡人意！而PCC 的出現(xiàn)，使得這幾個(gè)方面得到了較大的改善?？梢灶A(yù)見(jiàn)，PCC 將在今后更廣泛地應(yīng)用到水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中。
1 方案的比較
水電站監(jiān)控系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)水電站綜合自動(dòng)化的基礎(chǔ)，而現(xiàn)地控制單元，即LCU 是水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)和核心，其性能的好壞直接影響著整個(gè)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的工作狀況。在目前的水電站監(jiān)控系統(tǒng)中，較普遍的LCU 設(shè)計(jì)為工控機(jī)加PLC , 但也有單純以工控機(jī)或PLC 為控制器的系統(tǒng)。下面對(duì)這幾種方法進(jìn)行比較。
(l) IPC 控制。這種控制方式的結(jié)構(gòu)圖如圖l ：這種結(jié)構(gòu)的線路設(shè)計(jì)極為復(fù)雜，且不能滿足實(shí)時(shí)性和可靠性等要求。很少有電站采用此方案。
圖1 以IPC為控制器的LCU 結(jié)構(gòu)圖
(2) PLC 控制。在這種控制結(jié)構(gòu)中，PLC 不但負(fù)責(zé)順序、數(shù)據(jù)處理等，還需要實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)和現(xiàn)地設(shè)備等的通信。其結(jié)構(gòu)圖如圖2 ：?jiǎn)渭儾捎肞LC為控制器的LCU，雖然結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但也有很多不盡人意的地方。可編程控制器是按一般工業(yè)環(huán)境，采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的，可靠性高，抗干擾性能好，但它事件分率不高，不能滿足水電廠事件高分率的要求；另外其通信功能和數(shù)據(jù)處理能力受到一定的限制，一般的PLC無(wú)論是通信接口還是所支持的通信協(xié)議，都很難滿足與多智能設(shè)備實(shí)現(xiàn)通信的要求。也有可以滿足通信要求的，如Quantum 系列PLC，但其價(jià)格較為昂貴，性價(jià)比不高。
圖2 以PLC為控制器的LCU 結(jié)構(gòu)圖
(3) IPC+PLC 。這是目前較普遍的LCU 的控制方式。在這種控制系統(tǒng)中，IPC主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理，完成與上位機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通信和PLC等通信，實(shí)現(xiàn)人機(jī)接口等，而可編程控制器完成數(shù)據(jù)采集和順控功能。其結(jié)構(gòu)圖如圖3 ：由圖可知，PLC只與機(jī)組控制相關(guān)的設(shè)備連接在一起，而溫度巡檢儀和電量測(cè)控儀等智能設(shè)備，由于不參與機(jī)組控制，只顯示與機(jī)組伏態(tài)相關(guān)的一些參數(shù)，因此與工控機(jī)通過(guò)通信連接在一起，由工控機(jī)負(fù)責(zé)把上傳的信息進(jìn)行處理。
在這種控制為式中，工控機(jī)作為計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)結(jié)點(diǎn)，各種數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)工控機(jī)送到網(wǎng)上各個(gè)結(jié)點(diǎn)，控制命令經(jīng)工控機(jī)下達(dá)到控制器等設(shè)備。因此，工控機(jī)的可靠性顯得非常重要，工控機(jī)一旦故障，整個(gè)控制系統(tǒng)兒乎癱瘓。不但在上位機(jī)上下發(fā)的控制命令無(wú)效，且在現(xiàn)地的人機(jī)界面上也無(wú)法操作。雖然工控機(jī)是工控產(chǎn)品，但由于它的風(fēng)扇、硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器等旋轉(zhuǎn)部件的存在，可靠性就降低了很多。且這種結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。
圖3 以IPC + PLC 為控制器的LCU 結(jié)構(gòu)圖
(4) PCC 控制。PCC是一種新興工業(yè)技術(shù)，它集中了IPC和PLC兩者的優(yōu)點(diǎn)，其高可靠性和抗于擾能力以及強(qiáng)大的通信功能，使之在工業(yè)控制方面具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。因?yàn)樗娬竟ぷ鳝h(huán)境比較惡劣，控制任務(wù)繁重，且對(duì)事件分辨率要求較高，選用一般的IPC 或PLC 很難滿足要求，因此我們選用PCC 作為現(xiàn)地控制單元的核心控制器。其結(jié)構(gòu)和以PLC為處理器的LCU 的結(jié)構(gòu)相同。（見(jiàn)圖2）由圖可以看出，以PCC 為核心的現(xiàn)地控制單元結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。且由于PCC 具有強(qiáng)大的通信功能和多任務(wù)的實(shí)時(shí)編程環(huán)境，使計(jì)算機(jī)監(jiān)控在結(jié)構(gòu)、技術(shù)路線、實(shí)現(xiàn)方法上都有所創(chuàng)新。
2 硬件設(shè)計(jì) PCC 硬件是標(biāo)準(zhǔn)模件結(jié)構(gòu)，全部模件均為固態(tài)插入或標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)組件。在底板總線上的設(shè)計(jì)采用了系統(tǒng)總線和I/O 總線分離布置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，大大提高了系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力。并提供多種接口卡和通訊模塊，使得PCC 和多種智能設(shè)備的通信成為可能。由于PCC具有以上這些優(yōu)點(diǎn)，因此以PCC作為核心控制器的LCU 的硬件線路設(shè)計(jì)便相對(duì)簡(jiǎn)單。其典型配置如圖4 。
圖4 典型配置圖
面板開(kāi)入信號(hào)、轉(zhuǎn)速接點(diǎn)信號(hào)、保護(hù)信號(hào)、狀態(tài)信號(hào)等通過(guò)DI模塊輸入PCC ，經(jīng)用戶程序判斷處理后，發(fā)出相應(yīng)的輸出信號(hào)到DO 模塊，控制輸出繼電器動(dòng)作，從而控制二次電氣回路。 PCC和調(diào)速器、勵(lì)磁、保護(hù)、輔機(jī)等裝置除用硬接線I / O 點(diǎn)交換信息外，還可用RS 一485 通信實(shí)現(xiàn)信息交換，有效的保證了系統(tǒng)的可靠性和信息的完整性。加之PCC設(shè)備本身己充分采取了電氣隔離技術(shù)，因此在設(shè)計(jì)LCU 的電氣回路時(shí)，在抗干優(yōu)技術(shù)環(huán)節(jié)上便可大大節(jié)省人力。 3 軟件設(shè)計(jì)
由于GPS 對(duì)時(shí)是保證整個(gè)系統(tǒng)精度的首要因素，事件順序記錄SOE 是關(guān)乎整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)性能優(yōu)劣的關(guān)鍵要素，于是將其設(shè)置為最高優(yōu)先級(jí)。其次為采樣、故障處理和事故追憶子程序，其循環(huán)時(shí)間為20ms 。至于開(kāi)停機(jī)等控制操作和參數(shù)處理，我們將其循環(huán)時(shí)問(wèn)設(shè)置為100ms，優(yōu)先級(jí)次于采樣等子程序。各通信子程序的優(yōu)先級(jí)別最低。系統(tǒng)只有在響應(yīng)完優(yōu)先級(jí)別高的任務(wù)請(qǐng)求時(shí)，才會(huì)處理該級(jí)別的任務(wù)請(qǐng)求。
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