水電站泵組輪換程序設(shè)計(jì)與比較

張磊磊，段 鑫

(雅礱江流域水電開發(fā)有限公司，四川 成都 610051)

0 前 言

水電站供水系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)均安裝有電機(jī)泵組，為了保證輔助系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性和檢修需要，設(shè)備及回路采用冗余配置設(shè)計(jì)。

在實(shí)際運(yùn)行過程中為了保證設(shè)備的運(yùn)行壽命一致性，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障設(shè)備，降低長時(shí)間不運(yùn)行導(dǎo)致設(shè)備受潮損壞的可能性，一般主備用設(shè)備輪換運(yùn)行。定時(shí)切換需要對(duì)泵組單次運(yùn)行時(shí)間或多次運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；次數(shù)輪換則是對(duì)設(shè)備運(yùn)行次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。本文介紹了常見的故障切換、依次輪換和定時(shí)輪換程序，可以為類似工程應(yīng)用中提供參考。

1 輔助設(shè)備運(yùn)行輪換控制方法

水電站輔助設(shè)備一般包括水泵、油泵、空壓機(jī)等設(shè)備，每個(gè)系統(tǒng)設(shè)備數(shù)量從2～5臺(tái)不等。泵組輪換邏輯設(shè)計(jì)時(shí)可以采用定時(shí)輪換、計(jì)次輪換、故障輪換等。

定時(shí)輪換主要采集設(shè)備運(yùn)行的時(shí)間，數(shù)據(jù)采集主要通過PLC內(nèi)部的計(jì)時(shí)器和計(jì)數(shù)器完成。計(jì)次輪換則統(tǒng)計(jì)單臺(tái)泵組連續(xù)啟動(dòng)、運(yùn)行的次數(shù)，由PLC內(nèi)部的計(jì)數(shù)器完成數(shù)據(jù)采集。故障輪換主要采集系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的壓力、流量、電機(jī)電流等信號(hào)，當(dāng)某些信號(hào)發(fā)生異常時(shí)，切換至無故障設(shè)備。

計(jì)時(shí)輪換主要用于長時(shí)間運(yùn)行的泵組，如技術(shù)供水系統(tǒng)，機(jī)組運(yùn)行時(shí)設(shè)備需要一直運(yùn)行[1]。若按照計(jì)次輪換，主備用設(shè)備總運(yùn)行時(shí)間可能存在較大的差異，主備用設(shè)備運(yùn)行壽命不一致，備用設(shè)備可能長時(shí)間不運(yùn)行受潮。

計(jì)次輪換主要運(yùn)用在非長期運(yùn)行的泵組設(shè)備上，如調(diào)速器、筒閥油壓裝置，泵組每次啟動(dòng)的時(shí)間只有40 s左右，而且主備用泵每次運(yùn)行時(shí)間相當(dāng)。采用計(jì)次輪換只需要利用PLC的計(jì)數(shù)器，程序設(shè)計(jì)簡單。

故障輪換則是每個(gè)系統(tǒng)均必須設(shè)計(jì)的邏輯，一是保證設(shè)備發(fā)生故障后及時(shí)停泵，二是能保證備用設(shè)備正常投入，使機(jī)組正常運(yùn)行不受影響。合理的故障切換邏輯才能保證控制程序的完整性和可靠性，也是對(duì)其他輪換程序的有效補(bǔ)充。

2 輔助設(shè)備運(yùn)行輪換控制程序設(shè)計(jì)

2.1 故障輪換程序設(shè)計(jì)

故障切換程序主要采集設(shè)備運(yùn)行的相關(guān)參數(shù)，如流量、壓力、差壓、泵運(yùn)行等信號(hào)。當(dāng)相關(guān)模擬量數(shù)值不滿足定值要求，或開關(guān)量出現(xiàn)報(bào)警時(shí)，就需要進(jìn)行設(shè)備的故障切換。以某電站供水系統(tǒng)為例，系統(tǒng)主要包括兩臺(tái)水泵電機(jī)組、施耐德軟啟、PLC、流量、壓力變送器等，程序設(shè)計(jì)基于施耐德PLC，采用梯形圖語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。故障判斷主要程序如圖1所示。具體程序變量如下：

DI[3]1號(hào)水泵控制電源消失DI[5]1號(hào)水泵軟啟故障DI[6]1號(hào)水泵動(dòng)力電源故障PUMP[1].FAULT_CODE:=1;泵故障號(hào)PUMP[1].FAULT1號(hào)泵故障STARTMAINPUMP.NO主泵號(hào)

圖1 故障判斷及主泵選擇程序

程序首先根據(jù)采集的開關(guān)量信號(hào)對(duì)泵的狀態(tài)進(jìn)行判別，延時(shí)1 s判斷泵是否存在故障。然后，每兩分鐘對(duì)泵的故障進(jìn)行自動(dòng)復(fù)歸，若泵故障信號(hào)消失，報(bào)警復(fù)歸。無須人員手動(dòng)操作，避免故障報(bào)警未及時(shí)復(fù)歸影響泵的啟動(dòng)。最后，判斷1號(hào)泵為主泵的情況下同時(shí)泵故障，將2號(hào)泵置主泵。程序根據(jù)啟泵信號(hào)，將故障泵停止，啟動(dòng)主泵，實(shí)現(xiàn)故障切換。

2.2 計(jì)次輪換程序設(shè)計(jì)

某電站油壓裝置主要包括壓力油罐、兩臺(tái)油泵電機(jī)組，施耐德軟啟，施耐德PLC以及模擬量和開關(guān)量測(cè)量儀表。模擬量主要采集了油罐壓力、油罐液位，開關(guān)量主要包括啟主泵壓力、啟備泵壓力、停泵壓力、壓力低報(bào)警。油壓裝置的油泵每次運(yùn)行時(shí)間較短，大概40 s左右。程序設(shè)計(jì)基于施耐德PLC的ST語言，采用了計(jì)次輪換方式，輪換的主要程序設(shè)計(jì)如下：

(*主泵自動(dòng)選擇*)

if DI_ZYXZ_PUMP then

if(DI_Zd_PUMP2 and(not DI_TJWJB_PUMP2)AND zt_bh_prior=1)OR((NOT DI_Zd_PUMP1 OR ZT_JAM1 OR DI_TJWJB_PUMP1)AND zt_bh_prior=2)then

zt_pump2_main_3:=true；

zt_pump1_au_3:=true；

zt_pump1_main_3:=false；

zt_pump2_au_3:=false；

end_if；

end_if；

程序變量如下：

DI_ZYXZ_PUMP主泵自動(dòng)選擇DI_Zd_PUMP22號(hào)泵自動(dòng)控制方式DI_TJWJB_PUMP22號(hào)泵啟動(dòng)條件未具備zt_bh_prior上次的主泵號(hào)zt_pump2_main_32號(hào)泵為主泵zt_pump1_au_31號(hào)泵為備泵DI_Zd_PUMP11號(hào)泵自動(dòng)控制方式ZT_JAM1狀態(tài)報(bào)警DI_TJWJB_PUMP11號(hào)泵啟動(dòng)條件未具備zt_pump1_main_31號(hào)泵為主泵zt_pump2_au_32號(hào)泵為備泵

此段程序主泵為自動(dòng)選擇方式，若2號(hào)泵具備啟動(dòng)條件，且上一次的主泵為1號(hào)泵，則本次2號(hào)泵作為主泵，實(shí)現(xiàn)了兩臺(tái)泵依次輪換功能。

程序設(shè)計(jì)中，為判斷2號(hào)泵是否為主泵，將1號(hào)泵上次為主泵的信號(hào)作為了閉鎖條件。如果1號(hào)泵上次不是主泵，那2號(hào)泵上次必然為主泵，則此段邏輯不成立，2號(hào)泵不能連續(xù)作為主泵運(yùn)行。若條件滿足，則程序輸出2號(hào)泵為主泵，1號(hào)泵為備泵，為下次1號(hào)泵作為主泵的邏輯判斷做準(zhǔn)備。

3 利用系統(tǒng)字進(jìn)行時(shí)間統(tǒng)計(jì)并定時(shí)輪換

某電站技術(shù)供水系統(tǒng)控制程基于施耐德PLC[2]，其控制程序利用系統(tǒng)字“%SW50”進(jìn)行運(yùn)行時(shí)間統(tǒng)計(jì)，設(shè)計(jì)程序如下：

if DI[1]and(S_TMP1[1]<>%SW50)then

PUMP_RUNNING_TIME[1]:=PUMP_RUNNING_TIME[1]+1；

S_TMP1[1]:=%SW50；

程序變量如下：

DI[1]1號(hào)泵運(yùn)行S_TMP1[1]1號(hào)泵上次統(tǒng)計(jì)的秒數(shù)PUMP_RUNNING_TIME[1]1號(hào)泵運(yùn)行的秒數(shù)%SW50系統(tǒng)時(shí)間(s)

此段程序表示，在1號(hào)泵運(yùn)行時(shí)，若程序記錄的1號(hào)泵運(yùn)行時(shí)間與系統(tǒng)時(shí)間(s)不相等，則1號(hào)泵運(yùn)行時(shí)間(s)PUMP_RUNNING_TIME[1]在上次的基礎(chǔ)上增加1 s，并將系統(tǒng)現(xiàn)在的時(shí)間賦值給S_TMP1[1]。因?yàn)槌绦蛟诓粩嗟匮h(huán)，所以只要泵在運(yùn)行，泵的運(yùn)行時(shí)間(s)就會(huì)按秒增加，用于計(jì)算泵的總運(yùn)行時(shí)間。當(dāng)單臺(tái)泵運(yùn)行總時(shí)間達(dá)到設(shè)定時(shí)間，進(jìn)行切換操作。

4 利用計(jì)時(shí)器和計(jì)數(shù)器進(jìn)行定時(shí)輪換設(shè)計(jì)

某電站通風(fēng)設(shè)備采用施耐德PLC，系統(tǒng)主要包括風(fēng)機(jī)、軟啟等部件，其時(shí)間輪換邏輯通過施耐德PLC的計(jì)時(shí)器和計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)，進(jìn)行時(shí)間統(tǒng)計(jì)，梯形圖程序設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 梯形圖程序設(shè)計(jì)示意

程序變量如下：

%M181號(hào)泵運(yùn)行%M61計(jì)時(shí)器中間變量%M62計(jì)數(shù)器中間變量%M631號(hào)泵時(shí)間達(dá)到設(shè)定值

此程序第一段表示在泵運(yùn)行時(shí)，延時(shí)10 s延時(shí)繼電器接通，%M61值為1。當(dāng)%M61每接通一次，計(jì)數(shù)器FBI48加1，直到數(shù)值達(dá)到360，%M62值為1。當(dāng)%M62值為1，系統(tǒng)經(jīng)歷的時(shí)間為10 s×360=3 600 s，即1 h[3]。

當(dāng)%M62每接通一次，計(jì)數(shù)器FBI50加1，直到數(shù)值達(dá)到168。系統(tǒng)經(jīng)歷時(shí)間為1 h×168=168 h。

此段程序利用一個(gè)延時(shí)繼電器和兩個(gè)加計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行時(shí)間統(tǒng)計(jì)，通風(fēng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)了168 h輪換一次的功能。

5 控制程序的對(duì)比

設(shè)備故障切換，其主要是對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行判斷，并將結(jié)果加入到主泵號(hào)是否具備運(yùn)行條件的判斷邏輯中[4]。設(shè)備故障切換是保證設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行，發(fā)揮設(shè)備冗余配置作用并避免事故進(jìn)一步擴(kuò)大的必要控制邏輯，所有程序中都需設(shè)計(jì)相應(yīng)功能。

計(jì)次輪換主要針對(duì)啟動(dòng)相對(duì)平凡，單次運(yùn)行時(shí)間不長的設(shè)備。設(shè)備既可以選擇依次輪換，又可以選擇多次輪換。在程序設(shè)計(jì)時(shí)，一般通過設(shè)備啟動(dòng)信號(hào)進(jìn)行計(jì)次，程序設(shè)計(jì)較為容易。若選擇計(jì)時(shí)輪換，則程序的方法也是多種多樣的，既可以通過系統(tǒng)字進(jìn)行計(jì)時(shí)，也可以通過計(jì)數(shù)器和計(jì)時(shí)器進(jìn)行計(jì)時(shí)，最終目的是保證主備用設(shè)備能夠進(jìn)行輪換，并且設(shè)備運(yùn)行時(shí)間基本相同。綜合比較，依次輪換能夠滿足設(shè)備輪換要求，亦可以減輕程序設(shè)計(jì)工作量，具有一定優(yōu)勢(shì)。

定時(shí)輪換主要針對(duì)設(shè)備單次運(yùn)行時(shí)間長的設(shè)備，避免備用設(shè)備長時(shí)間停運(yùn)。定時(shí)輪換程序設(shè)計(jì)也有不同的方法。利用計(jì)時(shí)器和計(jì)數(shù)器配合進(jìn)行時(shí)間統(tǒng)計(jì)的做法較多，此種設(shè)計(jì)方法比較容易理解。也可利用系統(tǒng)字“%SW50”進(jìn)行時(shí)間統(tǒng)計(jì)，但其編寫程序亦不復(fù)雜。兩種方式各有特點(diǎn)，程序設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)自身的喜好進(jìn)行選擇。

6 結(jié) 語

本文針對(duì)輔助設(shè)備輪換程序進(jìn)行了設(shè)計(jì)和對(duì)比，對(duì)不同系統(tǒng)的輪換程序選擇了不同的方式和程序編寫方法。

設(shè)備輪換程序中，故障切換程序是必不可少的。正常運(yùn)行狀態(tài)下，設(shè)備如何切換則需要根據(jù)設(shè)備單次運(yùn)行時(shí)間、啟動(dòng)頻繁程度、設(shè)備停運(yùn)時(shí)間要求進(jìn)行選擇。單次運(yùn)行時(shí)間較短的設(shè)備宜選擇計(jì)次輪換，單次運(yùn)行時(shí)間長的設(shè)備則選擇計(jì)時(shí)輪換更具優(yōu)勢(shì)。

不同的控制系統(tǒng)，其變成方法也是不盡相同的。在設(shè)備硬件配置時(shí)，對(duì)于單個(gè)電廠而言，應(yīng)盡量選擇同一廠家同一型號(hào)產(chǎn)品，這樣對(duì)于前期開發(fā)和后期維護(hù)工作都有幫助。

程序前期開發(fā)過程中，編程人員因長期工作基本會(huì)形成自己的習(xí)慣。但有些習(xí)慣對(duì)于不同系統(tǒng)，其所達(dá)到的效果是不一樣的。編程人員應(yīng)該在工作過程中不斷積累經(jīng)驗(yàn)，將程序簡單化、模塊化，便于程序移植，減輕工作量。

程序編寫完成后，應(yīng)在設(shè)備調(diào)試過程中將所有可能的運(yùn)行工況、故障進(jìn)行模擬。只有不斷地調(diào)試、模擬和優(yōu)化，控制系統(tǒng)的程序才能最終達(dá)到使用要求。