輔控系統(tǒng)模塊化設(shè)計應(yīng)用

張 磊 磊

(雅礱江流域水電開發(fā)有限公司，四川 成都 610051)

0 前 言

常規(guī)水電站機組技術(shù)供水系統(tǒng)用戶主要包括水導(dǎo)軸承、推力、下導(dǎo)軸承、上導(dǎo)軸承、發(fā)電機空冷器及主軸工作密封等。技術(shù)供水程序設(shè)計時一般以水泵出口壓力和排水總管流量作為控制量。當(dāng)壓力或流量降低至設(shè)定值時進行泵組切換。若切換后壓力流量仍不滿足要求，則兩臺或多臺泵組同時運行，以滿足設(shè)備運行需要。常規(guī)水電站油氣水系統(tǒng)等輔助具有一定的通用性，其控制邏輯和程序也同樣如此，相互之間可以借鑒。本文以某電站技術(shù)供水系統(tǒng)控制程序為例，提出了控制程序模塊化設(shè)計的意義。

1 技術(shù)供水系統(tǒng)簡介

某電站技術(shù)供水系統(tǒng)包括頂蓋取水方式和水泵尾水取水方式。頂蓋取水方式與水泵取水方式通過三通閥相連。三通閥排水位置以頂蓋取水方式退出，供水位置頂蓋以取水方式投入。同時，頂蓋取水管上還設(shè)計了輔助泄壓管，當(dāng)管路壓力過高時進行泄壓。此外，供水管路上還設(shè)計了四通閥實現(xiàn)管路正反向供水切換。

控制部分系統(tǒng)主要采集了出水總管的壓力、流量及頂蓋泄壓管泄壓閥前壓力。水泵供水時，當(dāng)管路壓力和流量低于設(shè)定值時，輪換另外一臺泵，同時兩臺水泵會定期輪換。頂蓋取水時，當(dāng)泄壓閥前管路壓力高于設(shè)定值時，泄壓旁路電動閥打開。當(dāng)供水總管壓力和流量不滿足要求時，運行方式切換為水泵供水，期間涉及到三通閥的關(guān)閉控制。

2 程序變量定義

為了將程序模塊化、流程化，便于其他系統(tǒng)移植，技術(shù)供水系統(tǒng)控制程序?qū)⒆兞恳策M行了模塊化設(shè)計。程序中定義了4個結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)類型，分別是模擬量定值結(jié)構(gòu)(AI_LIMITS)、水泵參數(shù)結(jié)構(gòu)(PUMP_STR)、觸摸屏設(shè)定結(jié)構(gòu)(SETTING_STR)和時間統(tǒng)計結(jié)構(gòu)(TIME_COUNT_STR)。以水泵結(jié)構(gòu)參數(shù)為例，其導(dǎo)出的數(shù)據(jù)類型見表1。

表1 水泵結(jié)構(gòu)參數(shù)

變量定義時，利用以上導(dǎo)出結(jié)構(gòu)類型定義了一個包括5臺水泵結(jié)構(gòu)參數(shù)的數(shù)組，數(shù)組元素的類型即是上述導(dǎo)出的結(jié)構(gòu)類型。無論被控制設(shè)備是2臺還是2臺以上，相關(guān)內(nèi)容可以直接移植，按需使用(見表2)。

表2 5臺水泵結(jié)構(gòu)參數(shù)的數(shù)組

3 控制程序設(shè)計

程序設(shè)計部分包括主程序MAIN、IO-SCAN函數(shù)以及各類子程序程序，結(jié)構(gòu)見圖1，程序的控制主要流程見圖2。

圖1 主程序MAIN、IO-SCAN函數(shù)以及各類子程序

主程序MAIN函數(shù)根據(jù)不同的控制需要，按照不同的循環(huán)周期對子函數(shù)進行調(diào)用。如模擬量采樣AI_PROC函數(shù)，每1 s調(diào)用一次，輸出函數(shù)OUTPUT每100 ms調(diào)用一次，狀態(tài)監(jiān)視函數(shù)則是一直調(diào)用。這樣處理既能滿足系統(tǒng)控制要求，又能很好節(jié)省CPU內(nèi)存和處理時間。

子程序中主要包含了初始化程序INIT、狀態(tài)判斷STATUS、啟泵PUMP_START、停泵PUMP_STOP、四通閥控制STF_CONTROL等程序。

初始化程序INIT很重要，特別是對于系統(tǒng)設(shè)定值來源于觸摸屏的控制系統(tǒng)，如果不在INIT程序中將原始值寫入CPU內(nèi)部寄存器，那么在系統(tǒng)掉電重啟的情況下，相關(guān)參數(shù)可能丟失。技術(shù)供水系統(tǒng)INIT函數(shù)中主要對主泵的號數(shù)、水泵臺數(shù)、運行狀態(tài)所在的點號、水泵的啟動步驟號、流量低定值和壓力低定值進行了初始化，防止系統(tǒng)啟動后的混亂。

狀態(tài)判斷STATUS程序主要是判斷水泵是否存在故障、水泵是否需要輪換、技術(shù)供水方式的選擇、水泵運行時間統(tǒng)計，并根據(jù)狀態(tài)判斷開出水泵啟動或輪換信號，最終輸出啟泵PUMP_START中變量PUMP_START_STEP[START_MAIN_PUMP_NO]的值。

啟泵PUMP_START程序則利用CASE OF函數(shù)，對設(shè)備進行順控，CASE函數(shù)主要包括5個標(biāo)簽：

1:PUMP[START_MAIN_PUMP_NO].STARTING:=1；(*置主泵正在啟動標(biāo)志*)

IF DI[45]THEN(*機組頂蓋取水三通閥處排水位置*)

PUMP_START_STEP[START_MAIN_PUMP_NO]:=3；

(*機組頂蓋取水三通閥處排水位置，直接起泵*)

ELSE

OUT[5]:=5000；(*機組頂蓋取水三通閥正轉(zhuǎn)*)

PUMP_START_STEP[START_MAIN_PUMP_NO]:=2；

END_IF；

2:PUMP_KON(IN1:= DI[45]，PT1:=T#180S)；

IF PUMP_KON.Q1 THEN

PUMP_START_STEP[START_MAIN_PUMP_NO]:=3；

END_IF；

IF PUMP_KON.Q2 THEN

PUMP[START_MAIN_PUMP_NO].STARTING:=0；(*清主泵正在啟動標(biāo)志*)

PUMP_START_STEP[START_MAIN_PUMP_NO]:=1；

OUT[(START_MAIN_PUMP_NO-1)*2+1]:=0；(*開啟泵脈沖清0*)

END_IF；

3:OUT[(START_MAIN_PUMP_NO-1)*2+1]:=5000；(*起泵*)

PUMP_START_STEP[START_MAIN_PUMP_NO]:=4；

4:PUMP_KON(IN1:=0，PT1:=T#20S)；

IF PUMP_KON.Q2 THEN

PUMP_START_STEP[START_MAIN_PUMP_NO]:=5；

END_IF；

5:(*檢測兩組泵運行信號*)

PUMP_KON(IN1:=(DI[(START_MAIN_PUMP_NO-1)*6+4])，PT1:=T#50S)；

IF PUMP_KON.Q1 THEN(*啟動成功*)

PUMP[START_MAIN_PUMP_NO].STARTING:=0；

PUMP_START_STEP[START_MAIN_PUMP_NO]:=1；

END_IF；

IF PUMP_KON.Q2 THEN(*啟動失敗*)

IF NOT DI[(START_MAIN_PUMP_NO-1)*6+4]THEN(*泵啟動異常*)

PUMP[START_MAIN_PUMP_NO].FAULT_CODE:=4；(*故障碼*)

END_IF；

PUMP[START_MAIN_PUMP_NO].STARTING:=0；(*清主泵正在啟動標(biāo)志*)

PUMP_START_STEP[START_MAIN_PUMP_NO]:=1；

OUT[(START_MAIN_PUMP_NO-1)*2+1]:=0；(*開啟泵脈沖清0*)

END_IF；

啟泵程序中，首先判斷三通閥是否處于排水位置，如果處于排水位置則直接啟泵，即將泵啟動步驟號賦值為3，執(zhí)行CASE中的第三個標(biāo)簽。若三通閥處于供水位置，則即將泵啟動步驟號賦值為2，執(zhí)行CASE中的第2個標(biāo)簽，開啟三通閥。標(biāo)簽4則是延時20 s后轉(zhuǎn)到標(biāo)簽5，判斷泵是否啟動成功，并根據(jù)結(jié)果做相應(yīng)處理。

在上述程序設(shè)計中，相關(guān)變量并未明確，如PUMP[START_MAIN_PUMP_NO].STARTING中的START_MAIN_PUMP_NO值是通過其他子程序進行判斷的，無論系統(tǒng)有幾臺控制或輪換設(shè)備，啟泵程序只需要這一段，不需要針對不同的主泵號重復(fù)編寫程序，效率得到了明顯提高。

4 關(guān)于控制程序的一些思考

技術(shù)供水系統(tǒng)控制程序涉及到多個設(shè)備，并且各設(shè)備運行狀態(tài)和啟動流程具有一定的先后關(guān)系，可以采用CASE函數(shù)對程序步驟化，且邏輯比較清晰。但對于不涉及多個設(shè)備的控制系統(tǒng)若采用這種結(jié)構(gòu)，反而顯得累贅。

水電站涉及的油水氣系統(tǒng)眾多，如果能做到程序化設(shè)計或直接將類似產(chǎn)品通用控制部分做成功能塊，則對系統(tǒng)移植是有幫助的，能夠提高現(xiàn)場工作效率。

隨著模塊化設(shè)計運用時間積累，當(dāng)系統(tǒng)存在的問題逐漸暴露后，模塊化設(shè)計的錯誤率會越來越低，通用性則越來越強，可以極大縮短新建廠站設(shè)備的設(shè)計和調(diào)試時間，并產(chǎn)生顯著經(jīng)濟效益。

5 結(jié) 語

文章通過某電站技術(shù)供水系統(tǒng)控制程序的設(shè)計，運用結(jié)構(gòu)化變量實現(xiàn)了多泵組參數(shù)的快速定義。主程序?qū)Χ嗯_泵組的啟動優(yōu)先順序進行排序，利用順控程序?qū)崿F(xiàn)各臺泵組的啟停。程序的控制邏輯是針對某一特征條件，而非具體的某一泵組，因此，無需針對各泵組重復(fù)設(shè)計控制程序。本設(shè)計實現(xiàn)了程序的模塊化，使程序更加緊湊，邏輯更加清晰；通過對某電站技術(shù)供水系統(tǒng)控制程序的設(shè)計分析，提出了其程序設(shè)計存在的一些優(yōu)勢，說明了程序化、模塊化、流程化程序設(shè)計存在的意義。

(1)因程序的模塊化設(shè)計，在設(shè)備調(diào)試過程中可以快速發(fā)現(xiàn)程序中存在的問題和不合理之處，只需一次修改就可實現(xiàn)同類問題的一次性處理，相比于針對各泵組重復(fù)設(shè)計的控制程序，具有便捷性。

(2)通過本文的解析，輔助設(shè)備控制程序的模塊流程化設(shè)計，對水電站及其他工業(yè)系統(tǒng)中常用的輔助設(shè)備均是通用的。如水電站的中低壓氣系統(tǒng)、廠房的排水系統(tǒng)、機組油壓裝置的液壓油泵控制系統(tǒng)、水廠的水泵取水系統(tǒng)等，各系統(tǒng)涉及的控制變量和設(shè)備的啟停及輪換具有相似性，模塊化設(shè)計程序在相關(guān)系統(tǒng)中均可根據(jù)需要進行移植。

(3)設(shè)備的控制程序應(yīng)在使用中不斷完善，以最精簡的語句實現(xiàn)程序所需的功能。類似設(shè)備的控制程序模塊化設(shè)計經(jīng)過使用驗證，應(yīng)實現(xiàn)程序的固化，不斷積累某一類工程的源程序。新用戶只需在源程序中進行選擇和適當(dāng)修改便可使用，并將通用程序功能塊化，降低人力物力，提高生產(chǎn)效率。