关键词：可编程控制装置；小水电站；自动化
我国是一个小水电资源丰富的国家，小水电建设发展很快，可开发的装机容量及设备国产化方面有很大优势，特别是对小水电群实行集中控制是一个发展方向。目前我国小水电普遍存在技术装备落后，自动化程度低、电能质量不稳定、工人工作环境恶劣、劳动强度大、事故频发、生产效率低，小水电单座电站对区域小水电群集中控制尚处于探索阶段。为提高水电站经济效益，实现少人值守或无人值守来改善运行条件，降低经济成本，开发具有简单顺序控制功能的可编程逻辑控制装置，对提高小型水电站自动化水平是十分必要的.
1 可编程逻辑控制装置硬件设计
装置结构设计使用19寸4U标准机箱.机箱后部采用16PIN凤凰端子17条．装置由CPU板、电源、I/O板、A/D板组成，并通过备板连接．装置的CPU、电源板为必备插件，CPU为开关量输入、开关量输出、A/D板等插件共设计了8个扩展位置，在这8个位置上各个板块可任意配置．装置的A/D板(模拟量采集板)，开关量输入板，实现对模拟量和开关量的采集与处理.
装置的信号流程图如图1所示
1．1 硬件选型
①主控板的中央处理器采用Motorola公司推出的高性价比、低功耗的DSP数字信号处理器DSP56F807作为信号处理芯片，片内包含64K程序F1ash，4K数据Flash.
处理速度．DSP56F807芯片是面向电机控制系统的高性能嵌入式控制器，具有多总线和流水线结构，具有高指令执行速率和扩展能力，该芯片操作速率可达40 MIPS(100万条指令/s)．
结构优势，DSP与CPU在结构方面的区别是．DSP采用哈佛结构，而传统的CPU多为冯·诺依曼结构．这样，在DSP处理数据空间运算与数据传输的同时可并行从程序空间读取下一条指令．
内核设计特点.DSP56F807芯片集成了CAN总线，大部分芯片上都有1个或多个SCI和SPI接口．DSP芯片上又集成了相当丰富的I/O模块同时实现总线不出芯片，完全单片化，抗干扰能力强．
技术支持．Motorola公司对16位DSP提供有基于C语言的开发工具、IDE的集成环境以及SDK等先进的开发工具，使开发人员易于掌握DSP并很快的设计一个DSP的开发系统.
②主控板采用CPLD芯片控制信号输出接口电路，并且可以通过软件部分修改电路功能，使主控板的设计具有可塑性及电路保密性．
③提供一般I/O板、A/D板．每块开关量输入、输出板都具有30路输入、输出．在小水电站中用于采集水库、水轮机、发电机、变压器、操作台、机组保护和温度采集仪表发出的各种开关信号、非电量模拟信号、转速信号。并根据预置的逻辑关系，向水库、调速器、水轮机、励磁机、发电机、变压器、断路器发出相应的控制命令，实现机组的顺序控制.
④每块板卡都具有标准的硬件方式，便于用户安装和使用．
⑤装置通过RS232和RS485负责用户所编制梯形图软件的下载，RS485还完成与监控计算机通信，向监控计算机上传该装置的运行状态数据，用户可通过计算机实时观察系统的运行状态．
1．2 主控板的设计
主控板包括微控制器(DSP)、内部程序Flash、内部数据Flash、64 K外扩RAM以及内部程序Flash存储系统程序、内部数据．Flash存储用户程序、外扩64KRAM通过微控制器数据总线、地址总线存储中间数据等核心器件主控板固定在装置的第5个插槽中，负责协调所有软、硬件关系和各项控制任务，如完成I/0信号处理、控制计算、与网络通信控制处理功能．主控板的性能将直接影响系统功能的可用性、实时性、可维护性和可靠性.
主控板原理图见图2．
①主控板前端带一个RS232接口，用于与PC机进行数据交换，PC机通过RS232串口将用户程序下载到装置.用户对装置的编程使用梯形图或者语句表，并通过CX＿Programmer4．O进行两种语言的转换.
②上位机通过串口RS485下发读取指令，将内存区域中的数据传送到上位机来检验数据的正确性，或者通过RS485串口，发送写指令将数据写入相应的内存区域中.
③看门狗电路使系统在受到干扰或用户程序出错而造成程序执行混乱或跳飞后，自动对板内CPU及各功能部件进行有效复位，以快速恢复到系统的正常运行状况．
④控板前端有LED显示，用户可以通过其直观分析装置的模式．
运行模式：即装置处于正常的运行状况，用户编写的程序被循环执行．
服务模式：即当用户需要输入用户程序时或更改部分参数设置时，可以通过上位机软件使装置处于暂停状态，各个I/O模块停止工作当用户程序下载完毕后，装置将自动切换到运行模式.
2 可编程逻辑控制装置软件设计
2．1 软件设计
软件开发工具用Metromerks公司的Code War-rior 4．0版本的DSP56800系列的C编译器和集成开发环境.软件用C语言编程.
软件功能：①通过编程软件CX Prrammer 4．0下载梯形图到装置主控板RAM中．②对下载的梯形图程序进行指令解释，形成顺控逻辑．③通过装置CPU将顺控逻辑输出到I/O插件进行输入输出控制．④软件可灵活配置8块开关量输入、开关量输出、模拟量输入插件．⑤通过RS485与监控网通讯．
2．2 软件程序框图
程序框图由初始化程序、主程序。定时器中断服务程序、串行口中断服务程序(发送和接收)，各个部分包含其调用的子程序(见图3)．
主程序：①在装置初始化和顺控程序下载完成后对顺控程序进行扫描．在扫描生成子程序表和跳转表的同时，检查顺控程序的正确性，不正确就不执行、不更新输入、输出．②RS232、RS485的通信处理实现数据从串口下载到装置，或从装置通过串口发送数据③程序在主循环中根据编程工具决定PLC的工作状态，当处于编程状态时，完成与OMRON编程软件的通讯实现梯形图的下载功能和监视功能(可设置指令参数)，但顺控程序不执行输入、输出不更新；当处于监视状态时，完成梯形图程序的指令解释、输入、输出更新处理和监视功能(可设置指令参数)；当处于运行状态时，完成梯形图程序的指令解释、输入、输出更新处理和监视功能(不可设置指令参数)．
串口l通信中断程序接收或发送编程软件的通信数据，实现顺控程序的下载和在线调试.
串口2通信中断程序实现与后台监控软件之间通信数据的交换，和RS232串口通信兼容．
3 结论
采用C语言编程实现梯形图的下载、解释、以及数据通讯等功能，能够实现逻辑顺序控制，适用于现场控制以及工业过程控制硬件设计提高了装置处理数据的速度，具有较强的抗干扰能力．目前，该装置已经完成实验阶段研制，设计的基本功能运行正常，有待生产现场进行试运行．
