摘要：本文通过阐述新一代PLC—PAC(可编程自动控制器)技术，在此基础上构建水电机组监测系统的设计和实现，重点研究和分析了该监测系统的数据采集、数据通信和基于LabVIEW的软件模块化设计，展示基于PAC技术的火电机组监控系统的具有独特的灵活性和可扩展性。
关键词：水电机组 PAC LabVIEW 自动控制
1.前言
随着我国工业的快速发展与电力技术的不断进步，机械设备越来越精密、轻巧，自动化程度越来越高。为了保证水电站大型设备的安全可靠性与经济性，许多设备配置了先进的监控、监测系统，同时不断地改善设备检修方式。为了提高其安全可靠性和技术的灵活性，我们引入新一代的PLC技术PAC(可编程自动控制器)。PAC systems代表了控制工业领域的革命，它的意义在与自动控制的集成，而不是将各部件简单的集成。
2.PAc及其技术特点
PAC(Programmable Automation controller)即可编程自动控制器的简称。在PAC技术上，NI(Nitional Instruments)公司的产品得到广泛的接受和应用。NI的PAC平台基于NI LabVIEW技术，开发定制的测控系统可将其部署到可靠的运行实时操作系统的嵌入式平台或嵌入到芯片中。PAC被设计来满足：图形化：使控制系统图形化和具有HMI；测量：丰富的I／O开发可以高速数据采集，视觉和运动；平台：使用LabVIEW，可以运行各种平台的代码，包括PC，嵌入式控制器，FPGA芯片和手持PDA；通讯：利用OPC和SQL等这样的工具可以轻松传输数据给企业。
PLC演变到可以使用模拟I／O，网络通讯，和新的编程标准如IEC61131—3的阶段，然而，工程师所开发的工业应用80％是使用数字I／O，少量模拟I／O和简单的编程技巧。但是如果工程师要开其他20％的应用就必须突破PLC的限制，这些20％的用户考虑使用PC来进行工业控制，这样能得到无比的灵活性和高效的软件和硬件然而，基于PC的工业控制有以下弱点：
稳定性——通用的操作系统常常不够稳定并且生产、控制会受到系统崩溃和无法预料的重启的影响。
可靠性——由于磁性硬盘的旋转和有电源这样的兼顾程度不到工业标准的不见，PC容易发生故障。
不熟悉的编程环境——当系统停止时，工程的操作人员需要恢复系统。对于梯形逻辑，操作人员能人工启动一个线圈或者补充代码来快速恢复一个系统，但对于PC系统，操作人员需要学习新工具。
PAC融合PLC和Pc的优点，不但具有很强的软件编程能力(software capabilities)，而且有很强的硬件性能和灵活性(ruggednessand reliabilty)，因此，基于PAC的水电机组监测系统具有巨大的优越性。
PAC与PC、PLC关系示意
3.水电机组监测系统主要功能的实现
3.1可控制系统的功能要求
A.对水电站的运行参数(机组开度、转速、流量、进气压强、温度、振动、摆度、定转子电压电流、无功功率)
B.在中央控制室中显示监测参数的图表、进行实时数据分析和实现操作管理。
c.对出现的异常情况进行自动报警与事件记录及相应的反馈控制。
3.2水电机组PAC系统的数据采集
在数据采集领域中，有基于多种PC机总线的PC-DAO数据采集卡，也有基于VXI总线的各种数据采集模块。但是在GPIB、PC-DAQ和VXI三种虚拟仪器体系中，GPIB实质上是通过计算机对传统仪器功能的扩展与延伸；PC-DAQ直接利用了标准的工业计算机总线，没有仪器所需要的总线性能；而一次构建VXI系统需要较大的资金投入。我们选择PXI作为数据采集的工具，PXI是1997~NI公司推出的一种全新的开放性和模块化仪器总线规范，它将Compact PCI的集成式触发功能与Windows操作系统结合在一起。在保PXI总线与Compact PCI模块结构功能的基础上，增加了系统参考时钟与触发器总线等，加之熟悉的Windows环境使得PXI系统更适合构建工业自动化测控系统。基于PXI总线规范构建的系统将PC机的性价比优势和PCI总线面向仪器领域的扩展结合起来。成为一种新型的虚拟仪器系统，PXI除了具有VXI基本相同的性能外，还具有开发周期短、价格低、易于组建便携式自动测量系统的特点。
3.3软件系统
本系统选择NI公司的LavVIEW 7 Express作为开发工具，它采用图形化编程方案，也称为G语言，LavVIEW提供了丰富的函数及子程序：从基本的数学函数到高级分析库，包括信号处理、窗函数、滤波器设计、线性代数、概率论与数理统计、曲线拟合、傅立叶变换、小波分析等。通过这些函数及子程序库，可以实现硬件系统的软件化，设计出符合技术要求的水电机组监测系统。
LabVIEW开发环境由前面板和流程图两部分组成。前面板是人机交互的图形用户接口集，成了多种常用的控制对象，如开关按钮、示波器、指示器、定时器等。它相当于实际仪器的操作面板。设计时只需从控件库中选取所需的控件并为它们设计合理的属性(例如尺寸和量程等)和具体放置位置。前面板的合理设计有助于核电监测系统功能的实现并方便操作。因此前面板应设置多段开关以实现不同的数据处理方法。
流程图则是图形的图形化代码，主要由前面板上控制的图标，函数图标和连线组成。设计时从函数库中选出所需要的函数图标，并按照数据在程序中传递的顺序将图标连起来。
3.4系统工作原理
基于PAC的水电机组监控系统依据虚拟仪器的强大功能，对被测参数，按实际需要，对系统内的资源进行合理分配，即把系统看作在计算机控制下的具有多种功能的设备、仪表的集成，其操作面板即为各种设备仪器、仪表的“虚拟面板”的集成。也就是说，整个系统在虚拟仪器软件的作用下，不仅实现单一测控的功能，更重要的是实现检测控制功能的组合，在网络服务器的支持下，实现网络化的测量和控制。在下图所示的系统结构中，系统控制器由代机担任，通过MXI-3总线光缆，实现对PXI-SCXI的控制，由各种参数测量的现场传感器和变送器把信号接入PXI-SCXI内的数据采集板。操作人员根据测控任务要求，配置硬件和软件，组织各种监测和控制。
4.结语
以计算机位主控单元，依据PAC可编程自动控制的核心思想，以LabVIEW为开发平台设计的水电机组监控系统，充分发挥了虚拟仪器的优势，系统不仅可以实现测量、显示、分析，还可以网络等进行远程控制。由于系统采用了虚拟仪器技术的思想，系统的结构具有广泛的适用性，再加上系统设计时采用的模块化、组态思想，使得系统可以根据不同需要，很方便地配置成用户所需要地模式，实现对系统的扩展。因此，系统具有优良的开放性、可扩展性和可维护性，是水电机组监测系统的发展方向。
