摘要：本文通過(guò)闡述新一代PLC—PAC(可編程自動(dòng)控制器)技術(shù)，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建水電機(jī)組監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，重點(diǎn)研究和分析了該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)通信和基于LabVIEW的軟件模塊化設(shè)計(jì)，展示基于PAC技術(shù)的火電機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)的具有獨(dú)特的靈活性和可擴(kuò)展性。

　　關(guān)鍵詞：水電機(jī)組　PAC LabVIEW　自動(dòng)控制

　　1.前言

　　隨著我國(guó)工業(yè)的快速發(fā)展與電力技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)械設(shè)備越來(lái)越精密、輕巧，自動(dòng)化程度越來(lái)越高。為了保證水電站大型設(shè)備的安全可靠性與經(jīng)濟(jì)性，許多設(shè)備配置了先進(jìn)的監(jiān)控、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，同時(shí)不斷地改善設(shè)備檢修方式。為了提高其安全可靠性和技術(shù)的靈活性，我們引入新一代的PLC技術(shù)PAC(可編程自動(dòng)控制器)。PAC systems代表了控制工業(yè)領(lǐng)域的革命，它的意義在與自動(dòng)控制的集成，而不是將各部件簡(jiǎn)單的集成。

　　2.PAc及其技術(shù)特點(diǎn)

　　PAC(Programmable Automation controller)即可編程自動(dòng)控制器的簡(jiǎn)稱。在PAC技術(shù)上，NI(Nitional Instruments)公司的產(chǎn)品得到廣泛的接受和應(yīng)用。NI的PAC平臺(tái)基于NI LabVIEW技術(shù)，開(kāi)發(fā)定制的測(cè)控系統(tǒng)可將其部署到可靠的運(yùn)行實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的嵌入式平臺(tái)或嵌入到芯片中。PAC被設(shè)計(jì)來(lái)滿足：圖形化：使控制系統(tǒng)圖形化和具有HMI；測(cè)量：豐富的I／O開(kāi)發(fā)可以高速數(shù)據(jù)采集，視覺(jué)和運(yùn)動(dòng)；平臺(tái)：使用LabVIEW，可以運(yùn)行各種平臺(tái)的代碼，包括PC，嵌入式控制器，F(xiàn)PGA芯片和手持PDA；通訊：利用OPC和SQL等這樣的工具可以輕松傳輸數(shù)據(jù)給企業(yè)。

　　PLC演變到可以使用模擬I／O，網(wǎng)絡(luò)通訊，和新的編程標(biāo)準(zhǔn)如IEC61131—3的階段，然而，工程師所開(kāi)發(fā)的工業(yè)應(yīng)用80％是使用數(shù)字I／O，少量模擬I／O和簡(jiǎn)單的編程技巧。但是如果工程師要開(kāi)其他20％的應(yīng)用就必須突破PLC的限制，這些20％的用戶考慮使用PC來(lái)進(jìn)行工業(yè)控制，這樣能得到無(wú)比的靈活性和高效的軟件和硬件然而，基于PC的工業(yè)控制有以下弱點(diǎn)：
　　穩(wěn)定性——通用的操作系統(tǒng)常常不夠穩(wěn)定并且生產(chǎn)、控制會(huì)受到系統(tǒng)崩潰和無(wú)法預(yù)料的重啟的影響。
　　可靠性——由于磁性硬盤的旋轉(zhuǎn)和有電源這樣的兼顧程度不到工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的不見(jiàn)，PC容易發(fā)生故障。
　　不熟悉的編程環(huán)境——當(dāng)系統(tǒng)停止時(shí)，工程的操作人員需要恢復(fù)系統(tǒng)。對(duì)于梯形邏輯，操作人員能人工啟動(dòng)一個(gè)線圈或者補(bǔ)充代碼來(lái)快速恢復(fù)一個(gè)系統(tǒng)，但對(duì)于PC系統(tǒng)，操作人員需要學(xué)習(xí)新工具。
　　PAC融合PLC和Pc的優(yōu)點(diǎn)，不但具有很強(qiáng)的軟件編程能力(software capabilities)，而且有很強(qiáng)的硬件性能和靈活性(ruggednessand reliabilty)，因此，基于PAC的水電機(jī)組監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有巨大的優(yōu)越性。
　　PAC與PC、PLC關(guān)系示意

　　3.水電機(jī)組監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要功能的實(shí)現(xiàn)

　　3.1可控制系統(tǒng)的功能要求
　　A.對(duì)水電站的運(yùn)行參數(shù)(機(jī)組開(kāi)度、轉(zhuǎn)速、流量、進(jìn)氣壓強(qiáng)、溫度、振動(dòng)、擺度、定轉(zhuǎn)子電壓電流、無(wú)功功率)
　　B.在中央控制室中顯示監(jiān)測(cè)參數(shù)的圖表、進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析和實(shí)現(xiàn)操作管理。
　　c.對(duì)出現(xiàn)的異常情況進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警與事件記錄及相應(yīng)的反饋控制。

　　3.2水電機(jī)組PAC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集
　　在數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域中，有基于多種PC機(jī)總線的PC-DAO數(shù)據(jù)采集卡，也有基于VXI總線的各種數(shù)據(jù)采集模塊。但是在GPIB、PC-DAQ和VXI三種虛擬儀器體系中，GPIB實(shí)質(zhì)上是通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)傳統(tǒng)儀器功能的擴(kuò)展與延伸；PC-DAQ直接利用了標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)計(jì)算機(jī)總線，沒(méi)有儀器所需要的總線性能；而一次構(gòu)建VXI系統(tǒng)需要較大的資金投入。我們選擇PXI作為數(shù)據(jù)采集的工具，PXI是1997~NI公司推出的一種全新的開(kāi)放性和模塊化儀器總線規(guī)范，它將Compact PCI的集成式觸發(fā)功能與Windows操作系統(tǒng)結(jié)合在一起。在保PXI總線與Compact PCI模塊結(jié)構(gòu)功能的基礎(chǔ)上，增加了系統(tǒng)參考時(shí)鐘與觸發(fā)器總線等，加之熟悉的Windows環(huán)境使得PXI系統(tǒng)更適合構(gòu)建工業(yè)自動(dòng)化測(cè)控系統(tǒng)。基于PXI總線規(guī)范構(gòu)建的系統(tǒng)將PC機(jī)的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)和PCI總線面向儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展結(jié)合起來(lái)。成為一種新型的虛擬儀器系統(tǒng)，PXI除了具有VXI基本相同的性能外，還具有開(kāi)發(fā)周期短、價(jià)格低、易于組建便攜式自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的特點(diǎn)。

　    3.3軟件系統(tǒng)
　　本系統(tǒng)選擇NI公司的LavVIEW 7 Express作為開(kāi)發(fā)工具，它采用圖形化編程方案，也稱為G語(yǔ)言，LavVIEW提供了豐富的函數(shù)及子程序：從基本的數(shù)學(xué)函數(shù)到高級(jí)分析庫(kù)，包括信號(hào)處理、窗函數(shù)、濾波器設(shè)計(jì)、線性代數(shù)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)、曲線擬合、傅立葉變換、小波分析等。通過(guò)這些函數(shù)及子程序庫(kù)，可以實(shí)現(xiàn)硬件系統(tǒng)的軟件化，設(shè)計(jì)出符合技術(shù)要求的水電機(jī)組監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

　　LabVIEW開(kāi)發(fā)環(huán)境由前面板和流程圖兩部分組成。前面板是人機(jī)交互的圖形用戶接口集，成了多種常用的控制對(duì)象，如開(kāi)關(guān)按鈕、示波器、指示器、定時(shí)器等。它相當(dāng)于實(shí)際儀器的操作面板。設(shè)計(jì)時(shí)只需從控件庫(kù)中選取所需的控件并為它們?cè)O(shè)計(jì)合理的屬性(例如尺寸和量程等)和具體放置位置。前面板的合理設(shè)計(jì)有助于核電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)并方便操作。因此前面板應(yīng)設(shè)置多段開(kāi)關(guān)以實(shí)現(xiàn)不同的數(shù)據(jù)處理方法。

　　流程圖則是圖形的圖形化代碼，主要由前面板上控制的圖標(biāo)，函數(shù)圖標(biāo)和連線組成。設(shè)計(jì)時(shí)從函數(shù)庫(kù)中選出所需要的函數(shù)圖標(biāo)，并按照數(shù)據(jù)在程序中傳遞的順序?qū)D標(biāo)連起來(lái)。

　　3.4系統(tǒng)工作原理
　　基于PAC的水電機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)依據(jù)虛擬儀器的強(qiáng)大功能，對(duì)被測(cè)參數(shù)，按實(shí)際需要，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的資源進(jìn)行合理分配，即把系統(tǒng)看作在計(jì)算機(jī)控制下的具有多種功能的設(shè)備、儀表的集成，其操作面板即為各種設(shè)備儀器、儀表的“虛擬面板”的集成。也就是說(shuō)，整個(gè)系統(tǒng)在虛擬儀器軟件的作用下，不僅實(shí)現(xiàn)單一測(cè)控的功能，更重要的是實(shí)現(xiàn)檢測(cè)控制功能的組合，在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的支持下，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化的測(cè)量和控制。在下圖所示的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，系統(tǒng)控制器由代機(jī)擔(dān)任，通過(guò)MXI-3總線光纜，實(shí)現(xiàn)對(duì)PXI-SCXI的控制，由各種參數(shù)測(cè)量的現(xiàn)場(chǎng)傳感器和變送器把信號(hào)接入PXI-SCXI內(nèi)的數(shù)據(jù)采集板。操作人員根據(jù)測(cè)控任務(wù)要求，配置硬件和軟件，組織各種監(jiān)測(cè)和控制。 

　　4.結(jié)語(yǔ)

　　以計(jì)算機(jī)位主控單元，依據(jù)PAC可編程自動(dòng)控制的核心思想，以LabVIEW為開(kāi)發(fā)平臺(tái)設(shè)計(jì)的水電機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)，充分發(fā)揮了虛擬儀器的優(yōu)勢(shì)，系統(tǒng)不僅可以實(shí)現(xiàn)測(cè)量、顯示、分析，還可以網(wǎng)絡(luò)等進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。由于系統(tǒng)采用了虛擬儀器技術(shù)的思想，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)具有廣泛的適用性，再加上系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)采用的模塊化、組態(tài)思想，使得系統(tǒng)可以根據(jù)不同需要，很方便地配置成用戶所需要地模式，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的擴(kuò)展。因此，系統(tǒng)具有優(yōu)良的開(kāi)放性、可擴(kuò)展性和可維護(hù)性，是水電機(jī)組監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展方向。