计算机监控及PLC在水电站的运用

1、计算机监控及计算机监控及PLCPLC在水电站的运用在水电站的运用主主 要要 内内 容容1 1、水电站计算机监控的概况及主要任务、水电站计算机监控的概况及主要任务 2 2、计算机监控的基本知识（结合水电站的应用）、计算机监控的基本知识（结合水电站的应用）3 3、PLCPLC相关知识的介绍相关知识的介绍 4 4、PLCPLC在工程中的应用（结合水电站实际情况）在工程中的应用（结合水电站实际情况）水电站计算机监控发展概况及应用意义水电站计算机监控发展概况及应用意义 水电厂计算机监控系统的发展经历了水电厂计算机监控系统的发展经历了人工监控，电话调度和远动化人工监控，电话调度和远动化(遥测遥测、遥信、遥

2、调、遥控、遥信、遥调、遥控)监控以及以计算机为核心，以现代数据通信为基础的监控以及以计算机为核心，以现代数据通信为基础的计算机监控系统计算机监控系统等三个阶段。水电厂应用计算机监控系统对等三个阶段。水电厂应用计算机监控系统对提高自动化水提高自动化水平，保证安全运行，提高经济效益，改善劳动条件，促进技术进步平，保证安全运行，提高经济效益，改善劳动条件，促进技术进步都具有都具有十分重要的意义。十分重要的意义。 水电站计算机监控的主要任务水电站计算机监控的主要任务主主 要要 任任 务务自动处理事故自动处理事故安全监视安全监视发电过程自动控制发电过程自动控制最优发电控制最优发电控制水库的经济运行水库的

3、经济运行（1）根据电力系统对电站有功功率的）根据电力系统对电站有功功率的需要，调节水轮机导叶的开度，输入需要，调节水轮机导叶的开度，输入所需的水量所需的水量（2）保证机组的最优配合和符）保证机组的最优配合和符合的最优分配合的最优分配（3）保证水电站的电压质量及）保证水电站的电压质量及无功功率的合理分配无功功率的合理分配计算机监控的基本知识计算机监控的基本知识1、计算机监控的含义、计算机监控的含义 所谓计算机监控，就是所谓计算机监控，就是利用传感装置将被监控对象中的物理参量（如温利用传感装置将被监控对象中的物理参量（如温度、压力、液位、速度）转换为电量（如电压、电流），再将这些代度、压力、液位、

4、速度）转换为电量（如电压、电流），再将这些代表实际物理参量的电量送入输入装置中转换为计算机可识别的数字量，表实际物理参量的电量送入输入装置中转换为计算机可识别的数字量，并且在计算机的显示装置中以数字、图形或曲线的方式显示出来，从并且在计算机的显示装置中以数字、图形或曲线的方式显示出来，从而使得操作人员能够直观而迅速地了解被监控对象的变化过程。而使得操作人员能够直观而迅速地了解被监控对象的变化过程。除此除此之外，之外，计算机还可以将采集到的数据存储起来，随时进行分析、统计计算机还可以将采集到的数据存储起来，随时进行分析、统计和显示并制作各种报表。和显示并制作各种报表。如果还需要对被监控的对象进行

5、控制，则由如果还需要对被监控的对象进行控制，则由计算机中的应用软件根据采集到的物理参量的大小和变化情况以及按计算机中的应用软件根据采集到的物理参量的大小和变化情况以及按照工艺所要求该物理量的设定值进行判断；然后在输出装置中输出相照工艺所要求该物理量的设定值进行判断；然后在输出装置中输出相应的电信号，并且推动执行装置（如调节阀、电动机）动作从而完成应的电信号，并且推动执行装置（如调节阀、电动机）动作从而完成相应的控制任务相应的控制任务。 “ 监监 控控 ”监监 测测u通通 信信控控 制制上位机上位机（集控中心，通过组态软件）（集控中心，通过组态软件）集控中心与各个生产现场通信集控中心与各个生产现

6、场通信适配器之间的信号传输（根据适配器之间的信号传输（根据不同通信协议，通过传输介质不同通信协议，通过传输介质（通信光纤、电缆）（通信光纤、电缆）下位机下位机（生产现场（生产现场LCU屏中的控制屏中的控制机构（机构（PLC、单片机等）、单片机等）组态软件概述组态软件概述 组态（组态（configuration）有设置、配置等含义，是指在软件领域内，）有设置、配置等含义，是指在软件领域内，操作人员根据应用对象及控制任务的要求，配置（包括对象的定义、操作人员根据应用对象及控制任务的要求，配置（包括对象的定义、制作和编辑，对象状态特征属性参数的设定等）用户应用软件的过程制作和编辑，对象状态特征属性参

7、数的设定等）用户应用软件的过程，即使用软件工具对计算机及软件的各种资源进行配置，达到让计算，即使用软件工具对计算机及软件的各种资源进行配置，达到让计算机或软件按照预先设置自动执行特定任务、满足使用者要求的目的。机或软件按照预先设置自动执行特定任务、满足使用者要求的目的。 特点：特点：1、实时多任务、实时多任务 （包括数据采集与输出、数据处理与算法实现、图形显示及人机（包括数据采集与输出、数据处理与算法实现、图形显示及人机对话、实时数据的存储、检索管理、实时通信等）对话、实时数据的存储、检索管理、实时通信等） 2、组态方式灵活，能提供良好的用户开发界面、组态方式灵活，能提供良好的用户开发界面 3

8、、能同时支持各种硬件厂家的计算机和、能同时支持各种硬件厂家的计算机和I/O产品产品 产品种类：产品种类：NC2000、Kingview（组态王）、（组态王）、MCGS、WinCC等。等。通信协议、接口与传输介质通信协议、接口与传输介质 通信协议通信协议：总线的各单元及系统间进行正确的连接与信息传输应遵守：总线的各单元及系统间进行正确的连接与信息传输应遵守 的协议与规范。的协议与规范。 常见种类常见种类：芯片间：芯片间：PC、ISA、PCI 串行通信：串行通信： RS-422、RS-485、RS-232 并行通信：并行通信：IEEE-488 现场总线：现场总线：CAN、 PROFIBUS等等三佳

9、一级站三佳一级站接接 口口传输介质传输介质观音寺电站观音寺电站5#机组机组LCU屏、励磁屏屏、励磁屏计算机测控系统典型结构（原理图）计算机测控系统典型结构（原理图）PLCPLC相关知识的介绍相关知识的介绍1、PLC的产生与发展的产生与发展 1969年，美国数字设备公司（年，美国数字设备公司（DEC）根据美国通用汽车）根据美国通用汽车公司（公司（GM）生产线的要求研制出了第一台可编程控制器）生产线的要求研制出了第一台可编程控制器PDP-14，并试验成功。，并试验成功。 由于可编程控制器产生初期只具有简单逻辑控制功能，所由于可编程控制器产生初期只具有简单逻辑控制功能，所以名称就叫可编程逻辑控制器（

10、以名称就叫可编程逻辑控制器（Programmable Logical Controller），但随着技术不断发展，现在的），但随着技术不断发展，现在的PLC已具有高已具有高速计数、中断、速计数、中断、PID调节、通信等功能，为了避免与个人计调节、通信等功能，为了避免与个人计算机算机PC（Personal Computer）混淆，仍将）混淆，仍将可编程序控制可编程序控制器称为器称为PLC。PLCPLC相关知识的介绍相关知识的介绍2、可编程控制器的定义、可编程控制器的定义 1987年，国际电工委员会（年，国际电工委员会（IEC）定义定义： “可编程序控制器是一种可编程序控制器是一种数字运算操作的电

11、子装置数字运算操作的电子装置，专专为在为在工业环境下应用工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式或模拟式的输入和算术运算等操作的指令，并通过数字式或模拟式的输入和输出，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的外围设备都应按易于与工业控制系统连成一器及其有关的外围设备都应按易于与工业控制系统连成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。个整体，易于扩充其功能的原则设计

12、。”PLCPLC相关知识的介绍相关知识的介绍著名的著名的PLC制造厂商：制造厂商： 美国美国A-B（AllenBradly）公司）公司 德国西门子（德国西门子（SIEMENS）公司）公司 法国施耐德（法国施耐德（SCHNEIDER）公司）公司 日本欧姆龙（日本欧姆龙（OMRON）公司）公司 日本三菱公司日本三菱公司 GE-Fanuc公司公司3、PLC的基本组成的基本组成PLCPLC相关知识的介绍相关知识的介绍CPU存储器存储器I/O接口接口电源电源编程器编程器PLCPLC相关知识的介绍相关知识的介绍输入接口作用：输入接口作用：将按钮、行程开关或传感器等产生的信将按钮、行程开关或传感器等产生的信

13、 号，转换成数字信号送入主机。号，转换成数字信号送入主机。输出接口作用：输出接口作用：将主机向外输出的信号转换成可以驱动外将主机向外输出的信号转换成可以驱动外 部执行电路的信号，以便控制接触器线圈部执行电路的信号，以便控制接触器线圈 等电器通断电；另外输出电路也使计算机等电器通断电；另外输出电路也使计算机 与外部强电隔离。与外部强电隔离。输出三种形式：输出三种形式：继电器继电器 - 低速大功率低速大功率 可控硅可控硅 - 高速大功率高速大功率 晶体管晶体管 - 高速小功率高速小功率输入、输出接口：输入、输出接口：采用光电隔离，实现了采用光电隔离，实现了PLC的内部电路的内部电路 与外部电路的电

14、气隔离，减小了电磁干与外部电路的电气隔离，减小了电磁干 扰。扰。PLCPLC相关知识的介绍相关知识的介绍6、PLC的分类的分类（1）按应用规模和存储容量分类）按应用规模和存储容量分类用户程序存储容量用户程序存储容量大型大型PLC2048点以上点以上2562048点之间点之间4KB左右左右中型中型PLC小型小型PLC微型微型PLC100点以下点以下I/O总点数总点数1KB以下以下256点以下点以下8KB左右左右16KB以上以上PLCPLC相关知识的介绍相关知识的介绍6、PLC的分类的分类 （2）按控制性能分类）按控制性能分类 数字处理能力更强，可进行矩阵运算、函数运算，数字处理能力更强，可进行矩

15、阵运算、函数运算，完成数据管理，具有通信功能。一般大型、超大完成数据管理，具有通信功能。一般大型、超大型机都是高档机。型机都是高档机。 高档机：高档机： 一般有整数和浮点运算、数制转换、一般有整数和浮点运算、数制转换、PID调节、调节、中断控制及联网功能，用于复杂的逻辑运算及中断控制及联网功能，用于复杂的逻辑运算及闭环控制。闭环控制。以逻辑运算为主，具有计时、计数、移位等功能。以逻辑运算为主，具有计时、计数、移位等功能。 中档机：中档机： 低档机：低档机：PLCPLC相关知识的介绍相关知识的介绍6、PLC的分类的分类（3）按硬件的结构类型分类）按硬件的结构类型分类PLC按结构形式可分为按结构形

16、式可分为: 整体式整体式 模块式模块式 叠装式叠装式PLCPLC相关知识的介绍相关知识的介绍 整体式整体式/单元式单元式/箱体式箱体式 CPU模块、模块、I/O模块和电源模块装在一个箱体内。模块和电源模块装在一个箱体内。 配有专用的配有专用的特殊功能单元特殊功能单元，使，使PLC的功能得到扩展。的功能得到扩展。 用于用于规模较小，规模较小，I/O点数固定，以后少有扩展点数固定，以后少有扩展的场合。的场合。PLCPLC相关知识的介绍相关知识的介绍 模块式模块式/积木式积木式 PLC各部分以模块形式分开，模块插在模块插座上。各部分以模块形式分开，模块插在模块插座上。 用于用于规模较大，规模较大，I

17、/O点数较多且比较灵活点数较多且比较灵活的场合。的场合。PLCPLC相关知识的介绍相关知识的介绍 叠装式叠装式 采用采用电缆联接电缆联接各个单元，安装时可一层层叠装。各个单元，安装时可一层层叠装。 整体式及模块式有整体式及模块式有结合为叠装式结合为叠装式的趋势。的趋势。PLCPLC相关知识的介绍相关知识的介绍4、模块的外部接线方式、模块的外部接线方式COMX0X1X2X3X4X5X6X7汇点式汇点式PLCPLC相关知识的介绍相关知识的介绍4、模块的外部接线方式、模块的外部接线方式COM1Y0Y1COM2Y2Y3分组式分组式PLCPLC相关知识的介绍相关知识的介绍5、可编程序控制器的工作原理、可

18、编程序控制器的工作原理PLCPLC相关知识的介绍相关知识的介绍n 对比：对比： 自锁控制电路自锁控制电路 利用继电器、接触器等利用继电器、接触器等基本低压电器元件实现基本低压电器元件实现三相异步电动机自锁控三相异步电动机自锁控制电路制电路，其电气控制原其电气控制原理图如下。理图如下。 NoImagePLCPLC相关知识的介绍相关知识的介绍7、 FX系列系列PLC型号型号系列序号：系列序号：0，0S，0N，1，2，2C，1S，1N，2N，2NC。I/O总点数：总点数：14256。单元类型：单元类型： M基本单元基本单元 E输入输入/输出混合扩展模块输出混合扩展模块 EX输入专用扩展模块输入专用扩

19、展模块 EY输出专用扩展模块输出专用扩展模块输出形式：输出形式： R继电器输出继电器输出 T晶体管输出晶体管输出 s晶闸管输出晶闸管输出图图1-18 FX系列系列PLC的命名格式的命名格式PLCPLC相关知识的介绍相关知识的介绍特殊品种区别：特殊品种区别： DDC电源，电源，DC输入输入 AIAC电源，电源，AC输入输入 H大电流输出扩展模块（大电流输出扩展模块（1A/1点）点） V立式端子排的扩展模块立式端子排的扩展模块 C接插口输入接插口输入/输出方式输出方式 F输入滤波器输入滤波器1ms的扩展模块的扩展模块 LTTL输入型扩展模块输入型扩展模块PLCPLC相关知识的介绍相关知识的介绍8、

20、FX系列系列PLC的编程软元件的编程软元件 编程元件的编号由编程元件的编号由字母和数字字母和数字组成，输入继电器和输出继电器用八组成，输入继电器和输出继电器用八进制数字编号，其他均采用十进制数字编号。进制数字编号，其他均采用十进制数字编号。表表1-4 FX2N系列系列PLC软软元件元件PLCPLC相关知识的介绍相关知识的介绍8、FX系列系列PLC的编程软元件的编程软元件PLCPLC相关知识的介绍相关知识的介绍9、PLC编程语言与编程元件编程语言与编程元件PLC常用的编程语言：常用的编程语言： （1）梯形图）梯形图 （2）指令表）指令表 （3）状态转移图）状态转移图 （4）逻辑功能图）逻辑功能图

21、 （5）高级语言）高级语言 PLC内部有输入内部有输入/输出继电器、定时器、计数器等编程元件，输出继电器、定时器、计数器等编程元件，它们是虚拟器件，又称它们是虚拟器件，又称软元件软元件/软继电器软继电器。 每个软元件有每个软元件有无数对无数对常开常闭触点，供常开常闭触点，供PLC内部编程使用。内部编程使用。PLCPLC相关知识的介绍相关知识的介绍（1）梯形图）梯形图 左、右母线左、右母线类似于电源线，类似于电源线，输出线圈输出线圈类似于负载，类似于负载，输入触输入触点点类似于按钮。类似于按钮。PLCPLC相关知识的介绍相关知识的介绍（2）指令表）指令表 指令表是一种指令表是一种助记符助记符编程

22、方式。编程方式。 步序号步序号是各语句在程序步中所占的第一步的序号。是各语句在程序步中所占的第一步的序号。PLCPLC相关知识的介绍相关知识的介绍10、 FX系列系列PLC基本指令基本指令（1）LD/LDI 取取/取反指令取反指令 功能：取单个常开功能：取单个常开/常闭触点与母线（左母线、分常闭触点与母线（左母线、分支母线等）相连接，操作元件有支母线等）相连接，操作元件有X、Y、M、T、C、S。（2）OUT 驱动线圈（输出）指令驱动线圈（输出）指令 功能：驱动线圈。操作元件有功能：驱动线圈。操作元件有 Y、M、T、C、S。PLCPLC相关知识的介绍相关知识的介绍 （3）AND/ANI 与与/与反指令与反指令 功能：串联单个常开功能：串联单个常开/常闭触点常闭触点 （4）OR/ORI 或或/或反指令或反指令 功能：并联单个常开功能：并联单个常开/常闭触点驱动线圈。常闭触点驱动线圈。 （5）END 结束指令结束指令 放在全部程序结束处，程序运行时执行第一步至放