圖1 以IPC為控制器的LCU 結構圖

      (2) PLC 控制。在這種控制結構中，PLC 不但負責順序、數據處理等，還需要實(shí)現與上位機和現地設備等的通信。其結構圖如圖2 ：?jiǎn)渭儾捎肞LC為控制器的LCU，雖然結構比較簡(jiǎn)單，但也有很多不盡人意的地方?？删幊炭刂破魇前匆话愎I(yè)環(huán)境，采用標準化設計的，可靠性高，抗干擾性能好，但它事件分率不高，不能滿(mǎn)足水電廠(chǎng)事件高分率的要求；另外其通信功能和數據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(mǎn)足與多智能設備實(shí)現通信的要求。也有可以滿(mǎn)足通信要求的，如Quantum 系列PLC，但其價(jià)格較為昂貴，性?xún)r(jià)比不高。

圖2 以PLC為控制器的LCU 結構圖

      (3) IPC+PLC 。這是目前較普遍的LCU 的控制方式。在這種控制系統中，IPC主要負責數據處理，完成與上位機的網(wǎng)絡(luò )通信和PLC等通信，實(shí)現人機接口等，而可編程控制器完成數據采集和順控功能。其結構圖如圖3 ：由圖可知，PLC只與機組控制相關(guān)的設備連接在一起，而溫度巡檢儀和電量測控儀等智能設備，由于不參與機組控制，只顯示與機組伏態(tài)相關(guān)的一些參數，因此與工控機通過(guò)通信連接在一起，由工控機負責把上傳的信息進(jìn)行處理。 

    在這種控制為式中，工控機作為計算機監控系統內部網(wǎng)絡(luò )上的一個(gè)結點(diǎn)，各種數據經(jīng)過(guò)工控機送到網(wǎng)上各個(gè)結點(diǎn)，控制命令經(jīng)工控機下達到控制器等設備。因此，工控機的可靠性顯得非常重要，工控機一旦故障，整個(gè)控制系統兒乎癱瘓。不但在上位機上下發(fā)的控制命令無(wú)效，且在現地的人機界面上也無(wú)法操作。雖然工控機是工控產(chǎn)品，但由于它的風(fēng)扇、硬盤(pán)驅動(dòng)器、軟盤(pán)驅動(dòng)器等旋轉部件的存在，可靠性就降低了很多。且這種結構比較復雜。

圖3 以IPC + PLC 為控制器的LCU 結構圖

      (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。因為水電站工作環(huán)境比較惡劣，控制任務(wù)繁重，且對事件分辨率要求較高，選用一般的IPC 或PLC 很難滿(mǎn)足要求，因此我們選用PCC 作為現地控制單元的核心控制器。其結構和以PLC為處理器的LCU 的結構相同。（見(jiàn)圖2）由圖可以看出，以PCC 為核心的現地控制單元結構簡(jiǎn)單。且由于PCC 具有強大的通信功能和多任務(wù)的實(shí)時(shí)編程環(huán)境，使計算機監控在結構、技術(shù)路線(xiàn)、實(shí)現方法上都有所創(chuàng )新。

      2 硬件設計 
    PCC 硬件是標準模件結構，全部模件均為固態(tài)插入或標準化結構組件。在底板總線(xiàn)上的設計采用了系統總線(xiàn)和I/O 總線(xiàn)分離布置的結構特點(diǎn)，大大提高了系統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(xiàn)路設計便相對簡(jiǎn)單。其典型配置如圖4 。

圖4 典型配置圖

    每塊基板配置一電源模塊，主基板和從基板的電源模塊型號不同 。整個(gè)系統用一CPU 模塊統一 協(xié)調管理，并根據需要配置相應的輸入、輸出模塊等。 

    面板開(kāi)入信號、轉速接點(diǎn)信號、保護信號、狀態(tài)信號等通過(guò)DI模塊輸入PCC ，經(jīng)用戶(hù)程序判斷處理后，發(fā)出相應的輸出信號到DO 模塊，控制輸出繼電器動(dòng)作，從而控制二次電氣回路。 

    PCC和調速器、勵磁、保護、輔機等裝置除用硬接線(xiàn)I / O 點(diǎn)交換信息外，還可用RS 一485 通信實(shí)現信息交換，有效的保證了系統的可靠性和信息的完整性。加之PCC設備本身己充分采取了電氣隔離技術(shù)，因此在設計LCU 的電氣回路時(shí)，在抗干優(yōu)技術(shù)環(huán)節上便可大大節省人力。

      3 軟件設計 
    PCC采用分時(shí)多任務(wù)的操作系統，將任務(wù)定性地分成不同的等級，不同的任務(wù)等級設置不同的循環(huán)時(shí)間，使任務(wù)的處理具有一定的優(yōu)先級區別。對實(shí)時(shí)性要求較高的任務(wù)可設置為高等級的，相對地對時(shí)間要求沒(méi)那么嚴格的任務(wù)可設置為較低等級的任務(wù)。這樣就可保證系統對一些中斷請求的實(shí)時(shí)快速響應。同時(shí)邏輯任務(wù)的添加，并不影響整個(gè)控制程序的循環(huán)時(shí)間，因而也不會(huì )影響系統控制的精度。對水電站監控系統來(lái)說(shuō)，可將 LCU 的控制任務(wù)劃分成以下任務(wù)塊，并確定其優(yōu)先級。


      Timer＃1[4ms] 事件順序記錄
      GPS對時(shí)
      Cyclic＃1[20ms] 采樣
      故障處理
      事故迫憶
      Cyclic＃3[100ms]機組開(kāi)機控制
      機組停機控制
      輔機控制
      狀態(tài)判斷
      參數設置、處理程序
      Cyclic＃4[20ms] PCC 熱插拔時(shí)的處理
      電量?jì)x通訊
      三菱PLC 通訊
      溫度巡檢儀通訊
      保護系統通訊 

    由于GPS 對時(shí)是保證整個(gè)系統精度的首要因素，事件順序記錄SOE 是關(guān)乎整個(gè)監控系統性能優(yōu)劣的關(guān)鍵要素，于是將其設置為最高優(yōu)先級。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)停機等控制操作和參數處理，我們將其循環(huán)時(shí)問(wèn)設置為100ms，優(yōu)先級次于采樣等子程序。各通信子程序的優(yōu)先級別最低。系統只有在響應完優(yōu)先級別高的任務(wù)請求時(shí)，才會(huì )處理該級別的任務(wù)請求。

      4 該系統優(yōu)點(diǎn) 
    本文吸收先進(jìn)的全開(kāi)放的監控設計思想，將工業(yè)控制領(lǐng)域里一項先進(jìn)的技術(shù)和產(chǎn)品一一PCC , 引進(jìn)到水電站的控制當中 , 使水電站監控系統無(wú)論是在技術(shù)上還是結構上都有了一個(gè)新的突破。

      (1）結構簡(jiǎn)單，層次清晰。拋棄了現地控例單元配置PLC和工控機雙CPU 的煩瑣做法，使PCC擔負起順序控制、數據處理、于上位機通信等多重任務(wù)。使電站監控系統形成電站級和現地控制級雙重網(wǎng)絡(luò )結構，符合先進(jìn)的分布式設計思想。


      (2）維護方便。PCC 的軟件編程環(huán)境支持在線(xiàn)或離線(xiàn)模擬，使得程序的修改和維護更直觀(guān)、方便。

      (3）便于擴充和升級。硬件和軟件都采用模塊化設計，易于系統擴充配置和維護。

      (4）性能優(yōu)良。PCC 各模塊都采用光電隔離技術(shù)，抗干擾能力強。


      (5）節省開(kāi)發(fā)時(shí)間。PCC 的優(yōu)良性能使得在抗干擾設計等環(huán)節大大減少了工作量。

      5 小結 
    這種控制模式不但可以降低投資成本，而且因其層次清晰，模塊化配置等特點(diǎn)減少了系統故障的發(fā)生。對于在目前我國地方投資不足的情況下加快中小型水電站的建設步伐是很有促進(jìn)作用的。

----摘自工控網(wǎng)