1 引 言
臺達EH系列可編程控制器是由臺灣臺達電子公司生產，由中達電通股份有限公司負責在中國大陸推廣應用。它具有可靠性高、易于擴展、運算能力強、實時性好、編程方便等特點。目前國內水電調速控制系統(tǒng)一般采用國外小型PLC、PCC以及IPC等工控產品，但其PLC高速計數(shù)器的計數(shù)頻率一般在 200kHz以下，在應用中需要配置復雜的硬件電路，在軟件方面需要采取分頻、中斷等技術措施，很難滿足水電機組調速系統(tǒng)對機組和電網(wǎng)頻率測量的要求。臺達PLC針對水力發(fā)電系統(tǒng)對頻率測量精度要求極高的特點，配備了10MHz的測頻卡，可直接測量出被測信號的周期，很好地滿足了水輪機調速系統(tǒng)的需要。
2 臺達PLC的主要技術特點
（1）高速運算處理芯片（ASIC）設計架構
采用CPU+ASIC雙處理器，分工運算處理，基本指令速度可達0.24?s，I/O數(shù)據(jù)模塊更新接口，不占用程序掃描時間，并內置多組外部中斷功能。
（2）通訊能力強
內置了兩個串聯(lián)通訊口，除可以同時與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、裝置的參數(shù)地址及讀寫數(shù)據(jù)，無須了解通訊協(xié)定的格式，更不用編寫復雜的校驗碼計算程序。
（3）易于增設特殊功能
為主機配備了許多功能硬件卡，只需要在主機功能模塊上插入該卡板就可以增加主機的功能，卡板有通訊、模擬量或開關量輸出輸入、測頻卡板，以及嵌入式數(shù)據(jù)設定顯示器等。
（4）強大的PLC網(wǎng)絡能力
只要將寫入及讀出的參數(shù)地址及長度填入特殊寄存器內，不用編寫通訊程序，主站會自動與各站繼續(xù)數(shù)據(jù)交換，從站最多可達16站，它不僅與PLC，還包括與臺達機電控制產品，如變頻器、溫控器或伺服驅動器等進行數(shù)據(jù)交換，具有串聯(lián)通訊協(xié)議的裝置。
（5）最佳性價比。
主機點數(shù)最大可到80點，擴展點數(shù)為8、16、32、48，最大輸出輸入點數(shù)達到512點，程序容量15872步，數(shù)據(jù)寄存器10000個，內置PLCLINK、定位控制、通訊控制等多種便利指令。
3 調速器主要功能
基于臺達小型可編程控制器研制的水電機組調速系統(tǒng)可以方便地實現(xiàn)以下功能：
（1）自適應閉環(huán)開機及快速同期并網(wǎng)控制；
（2）補償PID＋PWM多點偏差增益調節(jié)；
（3） 頻率測量分辨率為0.00025Hz；
（4） 轉速控制、開度控制及功率控制，并滿足一次調頻的要求；
（5）自動、機手動、機械手動運行方式，互為跟蹤、無擾切換；
（6）全數(shù)字綜合放大輸出控制；
（7） PLC內部模件及外部接口信號故障的自診斷、錄波、事件記錄功能；
（8 ）采用觸摸屏作為人機對話平臺，能夠實時顯示和修改運行及調節(jié)參數(shù)；
（9 ）內置調速器靜、動態(tài)所有試驗功能的輔助功能；
（10）可方便地與上位機進行通訊以及Modbus協(xié)議與其它設備的通訊。
特別是滿足了水電機組調速系統(tǒng)對機組和電網(wǎng)頻率測量的要求,。
臺達PLC測頻卡有兩個獨立的測頻回路，機組、電網(wǎng)信號經(jīng)隔離整形后送至測頻卡輸入端，由計數(shù)其分別對其計數(shù)，不需要編程就可以直接讀出機組和電網(wǎng)頻率的測量結果，無須對PLC內部特殊單元進行任何設置。測頻卡內部時鐘為10MHz，當被測頻率為50Hz時，測頻卡內部計數(shù)值為200000個脈沖， 脈沖分辨率為5＊10-6，被測頻率的分辨率為0.00025Hz。
在空載運行時，自動處于“跟蹤”工況，頻差△f（k）=f網(wǎng)—f機，在電網(wǎng)頻率不正常或“不跟蹤”工況，頻差 △f（k）=f給—f機，其中：f給 為機內頻率給定，f機 為機組頻率，f網(wǎng) 為電網(wǎng)頻率。
4 水輪機調速系統(tǒng)運行流程
調速系統(tǒng)的主要程序流程如圖2所示。系統(tǒng)有以下主要子程序：上電運行狀態(tài)分析辨識、事件記錄、空載運行、模擬量采集、內置試測驗及測試、負載運行、機組和網(wǎng)頻測量、電手動運行、PID計算、空載開度和負載開限計算、機手動運行、發(fā)電轉調相、診斷與報警、停機備用、調相運行、故障錄波、閉環(huán)開機過程和調相轉發(fā)電等17個子程序。
由電廠操作回路發(fā)出的開關量指令經(jīng)輸入模塊送至PLC的CPU模塊，當PLC掃描到這個指令則執(zhí)行相應的控制，并且將運算、處理后的結果，經(jīng)綜合放大輸出至控制機械液壓隨動系統(tǒng)的電液轉換組件以控制水輪機組導水葉的開度，達到控制機組轉速或者負荷的目的。系統(tǒng)提供了合適的系統(tǒng)軟件和應用軟件去完成規(guī)定的工作。軟件按模塊化設計，并允許從規(guī)定的程序接口設備去改變程序運行方式或控制參數(shù)。軟件使用方便，維護容易，并使用戶能通過PC機對軟件程序進行檢查調整，重新配置和開發(fā)程序軟件采用模塊化設計方法，由于采用通用的梯形圖邏輯編程方法，使用方便，維護容易。
調速系統(tǒng)軟件采用模塊化方法設計，由多個運行工況子程序和通用程序組成常駐運行程序和過程程序，常駐運行程序由外部條件經(jīng)過一個過程程序到另一個常駐運行程序，實現(xiàn)運行工況的轉換。另外配備了一個斷電保持的數(shù)據(jù)寄存器區(qū)存放調速器的各種參數(shù)和機組的參數(shù)，對每個輸入開關量進行數(shù)字濾波，對測頻和 A/D轉換采用逐次逼近方式。
用戶能通過計算機對軟件程序進行閱讀和檢查，不需修改程序，只需根據(jù)實際情況改變數(shù)據(jù)寄存器區(qū)的內容，就可以進行日常的維護、檢修和調試。
5 結束語
上述討論的水輪機調速系統(tǒng)，由于充分利用了臺達小型可編程控制器在高速運算處理芯片（ASIC）設計架構、通訊能力強、易于增設特殊功能、強大的PLC網(wǎng)絡能力、高性價比等方面的優(yōu)勢，可完全滿足水電機組和電網(wǎng)對調速系統(tǒng)的要求。