PLC在小型水电站自动化控制中的应用设计分析

PLC在小型水电站自动化控制中的应用设计分析

李阳

新疆水发电力能源(集团)有限公司

摘要：随着科技水平的提高，促进PLC技术在小型水电站自动化控制中的应用。自动化技术集成化程度高，具有节能特征，应用在水电站电气工程中能够切实提高水电站的运行稳定性。PLC在水电站自动化设计中主要实现的功能有:数据采集与处理功能(其中包括模拟量的采集、开关量的接入与一些综合量的采集)，控制与调节功能，控制操作安全功能，安全运行监视功能，数据通讯功能，运行日志记录与故障信息的存储与查询等自动化功能。

关键词：水电站；自动化控制；PLC；设计

引言

自动化控制技术是现代工业与制造业领域中应用最为广泛的一种技术，是指对机械电气等进行集成控制，使其可以实现自动化生产。该技术涉及计算机、通信系统及机械控制等知识，可快速、精准地处理大量信息数据，对设备运行进行最优控制，使其运行效率更高。将自动化控制技术应用于水电站，人们可实现对水电站的最优控制，大大提高水电站的运行效率，使得水电站的电力供能更加可靠。

1自动化技术在水电站电气工程中的应用价值

1.1保障水电站稳定、可靠运行

自动化技术与水电站电气工程相结合，能够实现自动化预警目标，在水电站运行期间，一旦有设备发生故障，自动化系统会第一时间报警，能够精准定位故障部位，便于后续检修工作的开展，进而提高设备故障处理效率和水电站运行安全性。此外，将自动化系统安装在水电站电气工程中，可实现对全部电气设备的动态化监控，并记录监控日志，便于查阅和追踪。

1.2自动化的应用能够有效提升水电站产出电能的整体质量

具体来说，就是自动化系统可以通过对水电站产出电能质量的实时衡量，来判断水电站的具体运行情况，及时发现问题并且实现反馈。这种情况在传统水电站环境中很难实现，主要是单纯依靠人工，很难做到对于产出电能的持续监督，因此也不能在短时间发现问题，想要确定原因就更难实现。

1.3提升生产效率、提高经济效益

自动化技术的应用优化了水电站电气工程相关工作流程，大大减少了人工劳动量，一方面，成本支出得到科学的管控，另一方面，提高了人力资源的综合利用率，提升了水电站的整体工作效率，产出的电能也更多，实现了提质增效的目标，进而大大提升水电站的经济效益。

2自动化技术在水电站电气工程中的具体应用

2.1利用自动化控制技术实现水电站调度通信

水电站的生产调度是保障电网稳定供应的关键因素，若其生产调度与通信出现故障，会对周边区域的生产与生活造成严重影响。为解决此类问题，水电站可引入自动化控制技术来对调度通信进行智能管理。通常水电站的调度与通信分为系统调度通信与站内调度通信，引入自动化控制技术后，水电站可利用以太网对其通信情况进行传输，确保控制室与工作站之间的通信及时、精确；技术人员可利用自动化控制技术来上传水电站的发供电计划，以便调度中心全面掌握调动动态，确保水电站的发供电更加稳定、可靠。

2.2在电气设备中的应用

在电气设备方面，由于社会电力需求量逐渐增加，水电站长期处于高强度、超负荷运转状态，电气设备损耗较大，故障发生率显著提升，进而严重影响电气设备的使用寿命。为提高水电站发电效能，保证电气设备安全平稳运行，可合理应用自动化技术来进一步升级优化设备系统内部结构，切实缩短制动时间，提高设备运维水平，降低电气设备的故障发生率和故障风险等级。在实际运行中，电气设备最为常见的故障是短路，发生此类故障时，需要计算短路电流的网络阻抗，并充分应用PLC技术和实时监控技术及时发现故障隐患，进而及时开展检修和维护，减少设备停运时长，尽快恢复设备正常使用状态，降低电气设备发生短路故障的概率。同时，水电站电气工程应积极引入自动化检修技术替代人工检修，将自动化检修理念贯穿于故障检修中，充分发挥自动化检修技术优势，从而提高检修效率，保障检修人员的人身安全。

2.3PLC与触摸屏程序设计中的应用

要充分考虑自动控制的组态、I/O分配、控制要求、加密、操作权限、数据信息存贮与查询以及开机画面、手动画面、自动画面、参数设置页面、I/O监控页面、报警页面、帮助页面的设计，触摸屏显示界面既要简洁美观，保证各项监视数据显示齐全，又要实用与操作方便。PLC与触摸屏程序按目标要求编写好后下载至设备中，然后经多次调试与程序修改，确保程序满足操作、显示、查询等各项指令的正常运行。

2.4在安全管理中的应用

水电站电气工程运行生产环节存在较多潜在风险隐患，一方面，暴雨洪水等自然灾害突发性较强，可能会造成河道淤积变形、河床太高，设计断面水位流量变化等问题，导致水电站机组运行稳定性下降，供电质量受损。另一方面，水工设备、发电机组运维点多面广，若管理不当，则会导致水工设备故障、发电机组高温失火等问题，进而引发更为严重的安全事故。而自动化技术具备全天候、实时化监测的能力，不仅可以跟踪监测河流水位情况，而且可以实时采集水工设备运行参数，提高信息采集更新能力。发现设备运行超温、超负荷后，可及时借助 PLC 技术传回告警信息，提醒现场工作人员注意，进而降低水电站电气工程运行安全风险，保证水电站电气工程安全管理效能的提升。

3应用建议

(1)设计前一定要统计好所有的受控设备数量，弄清设备控制原理、调节方式以及怎样实现与PLC连接受控，尽可能把所有的控制设备都集成在PLC的直接控制范围内。(2)设计前一定要考虑机组模拟量数据怎么实现精准转化成PLC能够识别和分析的数字量，程序设计还要考虑数字量的刷新频率。(3)指令操作、参数修改、记录查询等权限要按不同操作人员设置不同的权限，每一个操作要有操作记录，方便以后查询。(4)如果电站无直流系统，设备直流电源采用交流变直流使用的话，应该采用电网与发电机双电PLC与触摸屏等设备的供电。(5)除在触摸屏上能实时显示运行状况数据外，控制屏上还加装电流、电压、功率、功率因数、励磁电流电压等监视仪表，在触摸屏或后台终端故障时也能通过屏面仪表正常查看机组运行状况。(6)除在触摸屏上具备各项操作功能外，还应该在制控屏上独立设置导叶开度调节、励磁调节旋钮开关与事故紧急停机、灭磁、刹车等操作按钮(开关)与PLC控制并行操作，确保在PLC与触摸屏故障的情况下机组能够独立正常运行与手动开停机操作。(7)自动化制控要充分考虑机组运行各类参数设置、故障报警信息的显示与查询，还要考虑机组运行操作帮助查询以及各类机组运行状况数据的存贮备份及查询。

结语

电气工程自动化信息技术已经成为当前水电站运行过程中必不可少的支持力量，尤其是节能相关思想和技术的实现，从微观层面上同样也需要自动化信息技术的支持才能得以实现。在这样的背景下，尤其需要不断加强该领域的建设，调整和优化自动化技术在水电站中的应用形态，提升运行管理工作效率，推动水电站运行的稳定性。

参考文献

[1]张迪，耿建成，赵武.电气工程自动化现状及未来发展趋势[J].电气传动自动化，2021，43（2）：61-63.

[2]王磊，程鹏.电气工程中电气自动化融合技术的应用[J].大众用电，2021，36（3）：48-49.

[3]陈永崇.自动化技术在水电站电气工程中的运用与展望[J].光源与照明，2021（6）：97-98.

[4]马德辉.水电站电气工程自动化技术的应用分析[J].黑龙江水利科技，2021，49（4）：184-186.

[5]晏迎秋.自动化技术在水电站电气工程中的应用及展望[J].陕西水利，2019（7）：139-140.