1 引言
随着水电厂“无人值班”(少人值守)工作的不断开展，以及电力体制的改革，对水电厂的自动化技术提出了更高的要求。计算机技术、信息技术和现场总线技术的飞速发展给水电厂自动化系统无论在结构上还是功能上，都提供了一个广阔的发展空间。水电厂自动化系统应该成为一个集计算机、控制、网络以及多媒体为一体的综合系统。
当前，计算机监控系统一般采用全分布、开放式结构，设电厂级和现地控制单元级(注:Local Control Unit，在本文中均以LCU表示),其系统结构原理如图1所示。

图1 水电站自动化系统原理与结构图
LCU主要是就地对机组运行实现监视和控制，一般布置在发电机附近，是计算机监控系统较底层的控制部分。原始数据在此进行采集，各种控制调节命令最后都在此发出，因此LCU可以是整个监控系统中重要的、对可靠性要求很高的“一线”控制设备。LCU按照结构和配置来分，可分为单板机—总线型结构LCU、以可编程控制器为基础的LCU、智能I/O模件配工业实时网构成的LCU等三种，
本文以选用了功能优越、性价比高的MB80 PLC作为电站LCU控制核心。并以此对MB80 PLC的功能特点和MB80 PLC在水电厂自动化系统中的系统结构、功能和应用作一些探讨。

2 MB80 PLC功能及特点
MB80系列PLC是南京南瑞集团公司开发的MB系列可编程逻辑控制器家族中的中、高档产品。该产品采用了工业控制领域的一系列最新成果和最新思想，生产过程中采用先进电子生产工艺。
2.1 MP80 PLC硬件主要特点
(1) 主控模块CPU MB80 CPU采用486或Pentium等高性能工业微处理器，具有强大的数据处理能力、运算能力及通讯处理能力;软件采用实时多任务的嵌入操作系统;支持以太网。
(2) I/O模块全部智能化。模块自身具有数据处理及自诊断功能，模块运行出现故障时能够自动复位并重新启动;另一个突出优点是所有I/O模件均支持热插拨。
(3) CPU与I/O模件之间采用CAN现场总线网络，通讯速率快、抗干扰能力强，且易于扩展。
(4) 串口通讯功能强大。MB80串口通讯模件，独立完成串口通讯任务，与CPU仅完成数据交换并单独使用一路CAN网，与I/O模块CAN网分离，大大减轻了CAN网的通讯负担，且不占用CPU资源;该模件最大支持8个串口(RS-232/485)，每个串口均可独立编程。
(5) 开出模件动作可靠，具有输出保护功能:每组输出都有保险丝保护，过载时能够自动保护模块;密码锁功能:每路输出均采用密码锁功能，确保不会误动及拒动。
(6) MB80 PLC具有灵活的配置,典型的配置一般包括:
●某一型号CPU;
●模块插箱(最多可扩展7个);
● I/O模块;
●电源模块。
另可选配:
●以态网通讯模块;
●串口通讯模块;
●同期模块;
●其它特殊功能模块。
由以上的配置可组成:双机双网系统、单机双网系统、单机单网系统。
(7) MB80 PLC可方便地与其它设备或系统接口
●控制对象;
●监控软件、上位机系统;
●需串口通讯的智能设备;
●GPS时钟;
●触摸屏等人机界面。
2.2 MP80 PLC编程软件主要特点
编程软件MBPRO为MB80 PLC提供了方便、友好的编程环境。MBPRO为全中文操作菜单，符合Windows操作习惯，易学易懂。
(1) 项目管理采用树型结构，通过目录树可以迅速查看硬件配置，子程序及流程;
(2) 两种编程语言:梯形图和流程图;
(3) 直观的在线监视功能，支持在线修改;
(4) 方便的流程在线调试功能，流程图调试支持自动执行、调试执行及单步执行;
(5) 便捷的数据库在线查询功能，在线可查询及强制测点值，可查询SOE事件及流程报警信息;
(6) 支持中文注释;
(7) 窗口交互编程软件直观方便。具体包括菜单栏、系统工具栏、梯形工具栏(或流程工具栏)、目录栏、信息栏、状态栏和编辑区，所有界面及操作均为全中文方式，简单、易学、易操作。
●菜单栏可实现编程软件的主要功能。参见附表。
附表 菜单功能

图 2 机组LCU系统结构图

在系统配置中，主控单元主要由智能CPU、智能开关量输入输出模件、温度量输入模件、模拟量输入模件、智能通讯模件组成。
主控单元配置方案如图3所示。

图3 MB80 PLC配置方案图

3.2 控制系统核心CPU611
该CPU自带100Mbps以态网口，支持TCP/IP MODBUS协议，可与后台计算机通讯，从而实现后台对对LCU的监控功能，它们之间的通讯选用光缆作为通讯介质，这样能提高系统的抗干扰能力和数据传输速度;配置高性能的32M电子硬盘，32M内存;提供最大开入/开出点数为2048/2048，模拟量点数为1024点;除了能提供位、字寄存器外，突出优点是提供了变量寄存器V，在PLC编程中可以根据需要灵活地定义变量的个数(最大1024)、维数、类型等;CPU提供两个串口，均支持MODBUS协议，在本工程中其中一个串口与触摸屏连接，使触摸屏可以监视PLC采集到的数据，也能控制操作现场设备。
3.3 为串口通讯模块CPM418
该模块独立完成串口通讯任务，与CPU仅完成数据交换且单独使用一路CAN网，不占用CPU资源，与I/O模块CAN网分离;共有8个RS-232口，每个串口均可单独编程，编程语言为C;能够根据实际需要灵活地与其它智能设备通讯。在本工程中，串口1采用MODBUS协议与交流采集装置通讯;串口2、3、4分别与调速器、励磁、机组油压装置通讯;这样PLC通过CPM418的各个串口获取各个装置的数据信息，也可以对相关装置发控制命令。针对水电厂被控制对象分散的特点采用串口通讯方式将分散在现场的智能I/O、智能控制器连成一体，提高了系统的自治性和可靠性，节省了大量的信号电缆和控制电缆。
3.4 SOE型32点中断开入量模件IIM214
模块每个测点都具有SOE事件顺序记录功能，输入信号发生变位时能自动交变位信息及动作时间送至CPU，事件分辩率可达1ms，能准确分辨出信号动作的先后次序，准确分析设备状态。DIM214、DOM214分别为32点开入量、开出量模件;TIM212、AIM212分别为温度量、模拟量输入模件。
所有输入模件均采用端配板，端配板与模件之间使用专用连接电缆，使连接更可靠，更简便，占用空间更少，减少了复杂的配线工作，方便维护及查找故障。

4 PLC软件设计
软件设计主要需完成数据处理、上位机及外部智能设备的通讯和.水轮机组及其辅助设备的控制两大功能。对于第一项可以用PLC传统语言—梯形图编写，对于第二项，若要用梯形图编写则是一项逻辑简单但编写复杂的事情，但MBPro编程软件的流程编程语言则很好地解决了这一问题:目前国内设计院或用户提供的顺序控制流程或设备操作闭锁条件都是用梯形图的形式来表示，MBPro编程软件的流程编程语言即是基于上述情况所开发的一种新型编程语言。它采用面向对象的方法，提供了直观的、交互的编程方式来生成顺序控制程序。对顺序控制来说，它是一个最为自然的语言，只要用流程图组态出一个控制的全过程，那么相应的控制程序已完成。采用流程图与梯形图结合的编程方法则可以完成非顺序控制等复杂流程。编程界面见图4。

图4 直观的流程图编程语言

5 结束语
该LCU控制方案已被国内几个中型水电厂所采用。从系统日常运行情况来看，系统运行稳定，能准确、实时地反映电站设备的运行状态和参数，能准确、可靠地控制现场设备;各项性能满足水电厂自动化系统的要求，且该系统维护简便，同时也为水电厂的运行、维护减少了工作量及生产成本，为实现现代化水电厂“无人值班”(少人值守)的运行管理模式创造了条件。