1 引 言
臺(tái)達(dá)EH系列可編程控制器是由臺(tái)灣臺(tái)達(dá)電子公司生產(chǎn)，由中達(dá)電通股份有限公司負(fù)責(zé)在中國(guó)大陸推廣應(yīng)用。它具有可靠性高、易于擴(kuò)展、運(yùn)算能力強(qiáng)、實(shí)時(shí)性好、編程方便等特點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)水電調(diào)速控制系統(tǒng)一般采用國(guó)外小型PLC、PCC以及IPC等工控產(chǎn)品，但其PLC高速計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)頻率一般在 200kHz以下，在應(yīng)用中需要配置復(fù)雜的硬件電路，在軟件方面需要采取分頻、中斷等技術(shù)措施，很難滿(mǎn)足水電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)對(duì)機(jī)組和電網(wǎng)頻率測(cè)量的要求。臺(tái)達(dá)PLC針對(duì)水力發(fā)電系統(tǒng)對(duì)頻率測(cè)量精度要求極高的特點(diǎn)，配備了10MHz的測(cè)頻卡，可直接測(cè)量出被測(cè)信號(hào)的周期，很好地滿(mǎn)足了水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的需要。
2 臺(tái)達(dá)PLC的主要技術(shù)特點(diǎn)
（1）高速運(yùn)算處理芯片（ASIC）設(shè)計(jì)架構(gòu)
采用CPU+ASIC雙處理器，分工運(yùn)算處理，基本指令速度可達(dá)0.24?s，I/O數(shù)據(jù)模塊更新接口，不占用程序掃描時(shí)間，并內(nèi)置多組外部中斷功能。
（2）通訊能力強(qiáng)
內(nèi)置了兩個(gè)串聯(lián)通訊口，除可以同時(shí)與PC、HMI通訊外，提供了便于與RS232或485通訊接口的Modbus串聯(lián)通訊的指令，該指令提供了 ASCII及RTU兩種模式，使用者只要依據(jù)指令格式中的站號(hào)、裝置的參數(shù)地址及讀寫(xiě)數(shù)據(jù)，無(wú)須了解通訊協(xié)定的格式，更不用編寫(xiě)復(fù)雜的校驗(yàn)碼計(jì)算程序。
（3）易于增設(shè)特殊功能
為主機(jī)配備了許多功能硬件卡，只需要在主機(jī)功能模塊上插入該卡板就可以增加主機(jī)的功能，卡板有通訊、模擬量或開(kāi)關(guān)量輸出輸入、測(cè)頻卡板，以及嵌入式數(shù)據(jù)設(shè)定顯示器等。
（4）強(qiáng)大的PLC網(wǎng)絡(luò)能力
只要將寫(xiě)入及讀出的參數(shù)地址及長(zhǎng)度填入特殊寄存器內(nèi)，不用編寫(xiě)通訊程序，主站會(huì)自動(dòng)與各站繼續(xù)數(shù)據(jù)交換，從站最多可達(dá)16站，它不僅與PLC，還包括與臺(tái)達(dá)機(jī)電控制產(chǎn)品，如變頻器、溫控器或伺服驅(qū)動(dòng)器等進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，具有串聯(lián)通訊協(xié)議的裝置。
（5）最佳性?xún)r(jià)比。
主機(jī)點(diǎn)數(shù)最大可到80點(diǎn)，擴(kuò)展點(diǎn)數(shù)為8、16、32、48，最大輸出輸入點(diǎn)數(shù)達(dá)到512點(diǎn)，程序容量15872步，數(shù)據(jù)寄存器10000個(gè)，內(nèi)置PLCLINK、定位控制、通訊控制等多種便利指令。
3 調(diào)速器主要功能
基于臺(tái)達(dá)小型可編程控制器研制的水電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)可以方便地實(shí)現(xiàn)以下功能：
（1）自適應(yīng)閉環(huán)開(kāi)機(jī)及快速同期并網(wǎng)控制；
（2）補(bǔ)償PID＋PWM多點(diǎn)偏差增益調(diào)節(jié)；
（3） 頻率測(cè)量分辨率為0.00025Hz；
（4） 轉(zhuǎn)速控制、開(kāi)度控制及功率控制，并滿(mǎn)足一次調(diào)頻的要求；
（5）自動(dòng)、機(jī)手動(dòng)、機(jī)械手動(dòng)運(yùn)行方式，互為跟蹤、無(wú)擾切換；
（6）全數(shù)字綜合放大輸出控制；
（7） PLC內(nèi)部模件及外部接口信號(hào)故障的自診斷、錄波、事件記錄功能；
（8 ）采用觸摸屏作為人機(jī)對(duì)話(huà)平臺(tái)，能夠?qū)崟r(shí)顯示和修改運(yùn)行及調(diào)節(jié)參數(shù)；
（9 ）內(nèi)置調(diào)速器靜、動(dòng)態(tài)所有試驗(yàn)功能的輔助功能；
（10）可方便地與上位機(jī)進(jìn)行通訊以及Modbus協(xié)議與其它設(shè)備的通訊。
特別是滿(mǎn)足了水電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)對(duì)機(jī)組和電網(wǎng)頻率測(cè)量的要求,。
臺(tái)達(dá)PLC測(cè)頻卡有兩個(gè)獨(dú)立的測(cè)頻回路，機(jī)組、電網(wǎng)信號(hào)經(jīng)隔離整形后送至測(cè)頻卡輸入端，由計(jì)數(shù)其分別對(duì)其計(jì)數(shù)，不需要編程就可以直接讀出機(jī)組和電網(wǎng)頻率的測(cè)量結(jié)果，無(wú)須對(duì)PLC內(nèi)部特殊單元進(jìn)行任何設(shè)置。測(cè)頻卡內(nèi)部時(shí)鐘為10MHz，當(dāng)被測(cè)頻率為50Hz時(shí)，測(cè)頻卡內(nèi)部計(jì)數(shù)值為200000個(gè)脈沖， 脈沖分辨率為5＊10-6，被測(cè)頻率的分辨率為0.00025Hz。
在空載運(yùn)行時(shí)，自動(dòng)處于“跟蹤”工況，頻差△f（k）=f網(wǎng)—f機(jī)，在電網(wǎng)頻率不正常或“不跟蹤”工況，頻差 △f（k）=f給—f機(jī)，其中：f給 為機(jī)內(nèi)頻率給定，f機(jī) 為機(jī)組頻率，f網(wǎng) 為電網(wǎng)頻率。
4 水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行流程
調(diào)速系統(tǒng)的主要程序流程如圖2所示。系統(tǒng)有以下主要子程序：上電運(yùn)行狀態(tài)分析辨識(shí)、事件記錄、空載運(yùn)行、模擬量采集、內(nèi)置試測(cè)驗(yàn)及測(cè)試、負(fù)載運(yùn)行、機(jī)組和網(wǎng)頻測(cè)量、電手動(dòng)運(yùn)行、PID計(jì)算、空載開(kāi)度和負(fù)載開(kāi)限計(jì)算、機(jī)手動(dòng)運(yùn)行、發(fā)電轉(zhuǎn)調(diào)相、診斷與報(bào)警、停機(jī)備用、調(diào)相運(yùn)行、故障錄波、閉環(huán)開(kāi)機(jī)過(guò)程和調(diào)相轉(zhuǎn)發(fā)電等17個(gè)子程序。
由電廠操作回路發(fā)出的開(kāi)關(guān)量指令經(jīng)輸入模塊送至PLC的CPU模塊，當(dāng)PLC掃描到這個(gè)指令則執(zhí)行相應(yīng)的控制，并且將運(yùn)算、處理后的結(jié)果，經(jīng)綜合放大輸出至控制機(jī)械液壓隨動(dòng)系統(tǒng)的電液轉(zhuǎn)換組件以控制水輪機(jī)組導(dǎo)水葉的開(kāi)度，達(dá)到控制機(jī)組轉(zhuǎn)速或者負(fù)荷的目的。系統(tǒng)提供了合適的系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件去完成規(guī)定的工作。軟件按模塊化設(shè)計(jì)，并允許從規(guī)定的程序接口設(shè)備去改變程序運(yùn)行方式或控制參數(shù)。軟件使用方便，維護(hù)容易，并使用戶(hù)能通過(guò)PC機(jī)對(duì)軟件程序進(jìn)行檢查調(diào)整，重新配置和開(kāi)發(fā)程序軟件采用模塊化設(shè)計(jì)方法，由于采用通用的梯形圖邏輯編程方法，使用方便，維護(hù)容易。
調(diào)速系統(tǒng)軟件采用模塊化方法設(shè)計(jì)，由多個(gè)運(yùn)行工況子程序和通用程序組成常駐運(yùn)行程序和過(guò)程程序，常駐運(yùn)行程序由外部條件經(jīng)過(guò)一個(gè)過(guò)程程序到另一個(gè)常駐運(yùn)行程序，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行工況的轉(zhuǎn)換。另外配備了一個(gè)斷電保持的數(shù)據(jù)寄存器區(qū)存放調(diào)速器的各種參數(shù)和機(jī)組的參數(shù)，對(duì)每個(gè)輸入開(kāi)關(guān)量進(jìn)行數(shù)字濾波，對(duì)測(cè)頻和 A/D轉(zhuǎn)換采用逐次逼近方式。
用戶(hù)能通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)軟件程序進(jìn)行閱讀和檢查，不需修改程序，只需根據(jù)實(shí)際情況改變數(shù)據(jù)寄存器區(qū)的內(nèi)容，就可以進(jìn)行日常的維護(hù)、檢修和調(diào)試。
5 結(jié)束語(yǔ)
上述討論的水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，由于充分利用了臺(tái)達(dá)小型可編程控制器在高速運(yùn)算處理芯片（ASIC）設(shè)計(jì)架構(gòu)、通訊能力強(qiáng)、易于增設(shè)特殊功能、強(qiáng)大的PLC網(wǎng)絡(luò)能力、高性?xún)r(jià)比等方面的優(yōu)勢(shì)，可完全滿(mǎn)足水電機(jī)組和電網(wǎng)對(duì)調(diào)速系統(tǒng)的要求。