摘 要：本文首先介紹了國產(chǎn)MB系列智能可編程控制器（iPLC）的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)及配置，重點(diǎn)從編程與調(diào)試環(huán)境、系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)可靠性設(shè)計、針對水電廠的設(shè)計、性能價格比等方面介紹了MB系列iPLC的技術(shù)特點(diǎn)，最后介紹了以MB系列iPLC為核心控制平臺的工程應(yīng)用實(shí)例。MB系列iPLC與傳統(tǒng)PLC相比在遠(yuǎn)程編程與調(diào)試、流程圖編程、特色功能塊、系統(tǒng)的開放性和可靠性等方面具有明顯的特點(diǎn)。MB系列iPLC已在多家水電廠得到成功應(yīng)用。
關(guān)鍵詞： MB系列智能可編程控制器 技術(shù)特點(diǎn) 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) 工程應(yīng)用
1 引言
在整個電力自動化市場中，大部分的關(guān)鍵監(jiān)測、控制產(chǎn)品都以國產(chǎn)為主，而且國產(chǎn)設(shè)備的技術(shù)、性能、水平、均體現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢，比如：高壓及超高壓變電站現(xiàn)地控制裝置、繼電保護(hù)設(shè)備、線路和機(jī)組同期設(shè)備以及絕大部分中低壓測控設(shè)備。而水電站測控設(shè)備長期以國外PLC為主。傳統(tǒng)的PLC是作為通用工業(yè)控制器而設(shè)計的，沒有考慮水電廠應(yīng)用的特殊性，對于水電廠監(jiān)控系統(tǒng)中要求的時鐘同步、事件順序記錄功能無法實(shí)現(xiàn)。在使用過程中發(fā)現(xiàn)了另外一些問題，如：開出回路太簡單，無相應(yīng)安全措施，在強(qiáng)干擾情況下有時會產(chǎn)生誤動；通信擴(kuò)展能力差；在實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制過程時，使用梯形圖等語言顯得非常煩瑣；控制流程調(diào)試不方便等等。伴隨著電廠單機(jī)容量的日益增大，控制過程越來越復(fù)雜，對電廠計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)提出了更高的要求。主要表現(xiàn)在：需要功能更強(qiáng)、速度更快、容量更大的PLC產(chǎn)品，以完成大型的控制項目；實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化及更強(qiáng)的通訊能力；要求控制更加可靠，性能更加穩(wěn)定；提供多樣化的更方便的編程語言等。傳統(tǒng)的PLC已無法滿足日益復(fù)雜的實(shí)際應(yīng)用的需求。
國電自動化研究院多年來一直致力于電力系統(tǒng)自動化，特別是水電站自動控制的研究與開發(fā)工作，產(chǎn)品已在葛洲壩、龔嘴等多家水電站獲得成功應(yīng)用，并在水利、風(fēng)電、水處理等其它控制領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。MB系列iPLC是在總結(jié)多年在自動控制方面的成功經(jīng)驗，深入研究了當(dāng)前主流PLC產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)及不足之處，并積極關(guān)注PLC的最新發(fā)展趨勢，應(yīng)用一系列新技術(shù)開發(fā)的新一代硬件平臺，是對傳統(tǒng)PLC功能的有針對性提升。
MB系列iPLC繼承了傳統(tǒng)PLC的長處，又彌補(bǔ)了傳統(tǒng)PLC的一些不足，同時采用了大量先進(jìn)技術(shù)，充分體現(xiàn)了本院多年來在水電站監(jiān)控系統(tǒng)的研究成果，是多年工程經(jīng)驗的集中體現(xiàn)。該產(chǎn)品集智能、可靠、開放、靈活于一體，適合多種復(fù)雜控制領(lǐng)域的應(yīng)用。MB系列iPLC采用了嵌入式軟件、硬件技術(shù)和現(xiàn)場總線技術(shù)等技術(shù)開發(fā)的。針對不同的應(yīng)用開發(fā)了MB80型大型PLC、MB60型中型PLC、MB40型小型PLC及MB20型微型一體化PLC等四種不同類型的PLC，分別應(yīng)用于大型水電站、中小型水電站及輔機(jī)、閘門等不同的應(yīng)用場合。本文將從MB系列iPLC體系結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)配置、技術(shù)特點(diǎn)、工程應(yīng)用實(shí)例等幾方面介紹MB系列智能可編程控制器及水電廠的應(yīng)用。
2 MB系列iPLC體系結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)配置
2.1 體系結(jié)構(gòu)：
MB系列智能可編程控制器采用LAN/FieldBud系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)（如圖1所示），提供標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)接口完成與上微機(jī)系統(tǒng)的通信，通信規(guī)約采用開放的、標(biāo)準(zhǔn)ModBus TCP規(guī)約。CPU模件和I/O模件之間采用現(xiàn)場總線作為內(nèi)部總線及擴(kuò)展總線，現(xiàn)場總線特有的高可靠性和對現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)能力，使得MB系列PLC系統(tǒng)配置的靈活性和可靠性也大大提高。圖1以雙CPU雙以太網(wǎng)熱備冗余、單CPU雙以太網(wǎng)和單CPU雙以太網(wǎng)三種典型的應(yīng)用。為水電廠的應(yīng)用提供靈活的系統(tǒng)配置方式，適用于更加廣泛的現(xiàn)場應(yīng)用。
2.2 系統(tǒng)配置：
MB系列iPLC提供三種系統(tǒng)配置，包括單CPU單以太網(wǎng)模式、單CPU雙以太網(wǎng)冗余模式、雙CPU冗余模式，多種靈活的系統(tǒng)配置模式可以更好地適用多種不同的實(shí)際應(yīng)用。提供了多種類型模件包括電源模件、三種不同類型的CPU模件、串口通信模件（提供8個標(biāo)準(zhǔn)的RS232/RS485）、開關(guān)量輸入模件、SOE模件、開關(guān)量輸出模件、模擬量輸入模件（電流型和電壓型）、溫度量模件等。
3 技術(shù)特點(diǎn)
3.1 編程與調(diào)試
MBPro編程和調(diào)試軟件是針對MB系列iPLC開發(fā)的，支持MB系列所有型號的PLC。提供了梯形圖、流程圖等編程語言，具有系統(tǒng)配置、數(shù)據(jù)庫組態(tài)、數(shù)據(jù)庫在線查詢、梯形在線監(jiān)視、流程在線調(diào)試及梯形圖在線修改功能。
可視化流程圖編程技術(shù)：
采用了“所見即所得”技術(shù)設(shè)計的流程圖編程語言是一種可視化的編程語言，非常適合復(fù)雜的順序控制過程，它與設(shè)計單位設(shè)計的控制流程非常類似（如圖2所示）。 當(dāng)控制流程設(shè)計完成時，即意味著編程的結(jié)束，編程過程簡單易學(xué)。此外，用這些語言編寫的程序之間可互相調(diào)用，使得程序編寫更加靈活方便，能滿足多種復(fù)雜工況的要求。
流程圖方式組態(tài)顯示和操作；
順控流程調(diào)試圖形化顯示，支持單步執(zhí)行方式；
對流程可以進(jìn)行加鎖、解鎖；
支持流程執(zhí)行異常陷井處理；
預(yù)編譯順控流程，確保流程正確執(zhí)行。
網(wǎng)絡(luò)編程與調(diào)試：
MB系列iPLC使用統(tǒng)一的編程和調(diào)試環(huán)境MBPro編程和調(diào)試軟件。提供10/100M以太網(wǎng)作為編程與調(diào)試接口，提供程序下載和聯(lián)機(jī)在線調(diào)試功能。通過以太網(wǎng)支持遠(yuǎn)程編程與調(diào)試，滿足在遠(yuǎn)方控制中心（如梯調(diào)中心）對現(xiàn)地控制裝置控制流程的修改、在線維護(hù)。遠(yuǎn)程編程與調(diào)試功能為電站實(shí)現(xiàn)無人值班、甚至關(guān)門運(yùn)行提供了技術(shù)保障。
3.2 通信網(wǎng)絡(luò)
以太網(wǎng)通訊接口：CPU模件集成10M/100M以太網(wǎng)接口，支持Modbus/TCP規(guī)約，支持雙以太網(wǎng)冗余配置。
串口通訊功能：MB系列iPLC提供了串口通訊模塊，并可自由配置模塊的數(shù)量。每個串口通訊模塊提供8個串口，每個串口均支持RS-232/RS-485接口標(biāo)準(zhǔn)，并且全部支持編程。
現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)
MB系列iPLC采用現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)，具有通訊速率快、抗干擾能力強(qiáng)、成本低、結(jié)構(gòu)簡單、實(shí)時性好等特點(diǎn)，并且具有很好的擴(kuò)展性，易于實(shí)現(xiàn)模塊的靈活配置，且對于現(xiàn)場環(huán)境及安裝要求都不是很高，同時為系統(tǒng)擴(kuò)展及遠(yuǎn)程控制都提供了方便。
3.3 高可靠性設(shè)計
（1）全智能I/O設(shè)計和一系列安全性、可靠性設(shè)計為系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行提供了保障開入模件的光電隔離和軟件濾波功能；
開出回路密碼鎖設(shè)計，開出模件的反讀、校核及執(zhí)行繼電器的聯(lián)合控制保證在任何情況下不會發(fā)生誤動；
溫度量模件先進(jìn)的每路獨(dú)立橫流源設(shè)計大大提高了采集速度和抗干擾性；
模擬量模件飛度電容的設(shè)計方法保證了內(nèi)部電路和外界干擾的絕對隔離，大大提高了采集精度，最大限度地降低了模擬量漂移。
（2）雙機(jī)熱備冗余設(shè)計
MB系列iPLC提供了雙機(jī)熱備冗余方案。無需用戶編程，監(jiān)控模塊之間實(shí)時自動備份數(shù)據(jù)，一旦一個監(jiān)控模塊癱瘓，另一個監(jiān)控模塊可單獨(dú)運(yùn)行，不會對控制系統(tǒng)產(chǎn)生影響。
全金屬機(jī)械結(jié)構(gòu)
MB系列iPLC具有全模塊式的插裝結(jié)構(gòu)，全部采用SMT表貼工藝；模塊無硬件設(shè)置，即插即用；對外可使用CableFast端配板接線方式，控制機(jī)柜內(nèi)不再有凌亂的配線，維護(hù)更加方便。MB80系列采用全封閉結(jié)構(gòu)，抗電磁干擾性及防塵、防潮、防震能力都較強(qiáng)；模塊插箱有模件類型編碼，可防止不同類型模塊誤插。
滿足一系列電磁兼容性國際標(biāo)準(zhǔn)
為了提高PLC系統(tǒng)的可靠性、在設(shè)計過程中遵循了電磁兼容性國際標(biāo)準(zhǔn)，通過設(shè)計開發(fā)中的針對性的設(shè)計。MB系列iPLC的電氣技術(shù)指標(biāo)及電磁兼容性如下：
環(huán)境溫度：-10℃~60℃；
浪涌抗擾度：4kV（共模）/2kV（差模）<
