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小水电2012年第3期(总第165期)计算机应用

面向小水电的模块化微机励磁调节器

杨树涛相海明徐方明(国网电力科学研究院江苏南京210003)

【摘要】介绍了一种面向小型水电站的模块化微机励磁调节器，从小水电的特点和需求出发，针对励磁调节器的结构设计、硬件设计及软件设计等方面作了详细论述。图5幅。

【关键词】小水电站励磁调节器PLC综合自动化

小水电作为一种重要的清洁能源，虽然在技术装备和电能质量上与大水电不可比，但是小水电却有污染少、投资少、占地少、建设周期短等优点[1]。目前，大多数小水电励磁系统普遍采用大中型水电励磁的配置方式，直接导致了小水电投资成本增加、励磁功能复杂、后期维护工作量大等缺点。因此，针对小水电的特点，研制适用于小水电的微机励磁调节器很有必要。

1兼容PLC的模块化结构

可编程逻辑控制器(PLC)是水电厂的重要测控单元，大中型PLC多采用模块化设计，具有结构简单、配置灵活、体积小、操作方便以及可靠性高等优点。PLC一般由电源模块、CPU模块、I/O模块、通信模块以及底板组成，各模块间采用现场总线进行数据交互。现场总线(如CAN、ProfiBus等)具有良好的开放性、准确性及可靠性，能够保证装置可靠运行，并大大节省投资成本和维护费用。

南京南瑞集团公司自主研发的面向中小型水电站的MB40系列PLC,已广泛应用于国内外水电工程。MB40系列PLC的主要特点有：功能模块类型丰富，能满足各种需求；全智能化I/0模块，具有自诊断功能；输出密码锁技术，确保控制输出不误动也不拒动；模块配置灵活，可安装于底板任何位置；支持热插拔技术；采用CAN总线技术完成

收稿日期：2012-02-20

作者简介：杨树涛(1979-),男，工程师，主要从事水电厂自动化的研究工作。

Email:yangshutao@

CPU模块与IVO模块的信息交互；可下挂专用功能模块，如交流量采集模块、转速测量模块、同期模块及继电保护模块等[23]。

基于PLC模块化设计的理念，采用MB40系列PLC的外壳作为微机励磁调节器外观结构，这样不仅保证了与PLC的外观统一，也大大节约了装置结构设计与开模的费用。该模块结构主要由3部分组成(见图1)。

图1微机励磁调节器模块化结构

1)壳体。上下有散热孔，下部安装有固定螺丝，背部有可拆装后盖，印制电路板件由背部装入，通过背部连接端子将信号引入底板，前部开孔根据各模块不同信号选择相应接线端子。

2)LED显示区。通过标准LED灯板，设置不同数量的发光二极管，可显示各模块运行状态、故障报警信号等。

3)可拆装门。调试或维护时，将安装门打开可对接线端子进行测试，还可在透明的可安装门上

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布置产品标签，以显示模块名称、指示灯类型等。

结合小水电对励磁的需求，从功能上将微机励磁调节器划分为电源模块、CPU模块、交流测量模块、脉冲放大模块及底板等部分。其中各功能模块均应用图1结构，并采用前接线方式；根据功能模块信号定义再选择不同的接线端子，但接线端子长度不能超过该外壳的开孔尺寸。

2硬件设计

微机励磁调节器一般包括电源、交流采集、开关量输入、开关量输出、CPU等电气回路，在大中型水电站励磁功能的基础上进行简化，使之适用于小型水电站励磁控制。如交流信号仅采集调节与控制所必要的信号共13路，开入信号设计为16路常用动作或状态信号，开出信号设计为4路常用操作或报警信号等。因此，基于PLC结构的微机励磁调节器硬件根据功能可划分成6部分(见图2):电源模块、交流测量模块、CPU模块、脉冲放大模块、6槽及10槽背板、CPU信号端配板。

电源、交流等4个功能模块间信号交互通过底板实现，将16路开入信号与4路开出信号电路放置于CPU模块，继电器24V电源和脉冲24V电源由外部开关电源提供，调节器提供24V电源接口，电源模块仅提供数字电路用的5V电源和模拟电路用的±15V电源。

脉冲电源

脉冲电源

仪表电压

1PT

系统电压

1PT

同步信号

3PT

助磁电流2CT

模件

交流模件

功率柜

4路开出信号

24V

8路双机通讯值号及后台迅信

图2模块化微机励磁调节器硬件组成

2.1电源模块

微机励磁调节器支持交直流双重供电，任何一路电源消失，都不影响调