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)均安裝有電機泵組，為了保證輔助系統(tǒng)的運行可靠性和檢修需要，設(shè)備及回路采用冗余配置設(shè)計。

在實際運行過程中為了保證設(shè)備的運行壽命一致性，及時發(fā)現(xiàn)故障設(shè)備，降低長時間不運行導致設(shè)備受潮損壞的可能性，一般主備用設(shè)備輪換運行。定時切換需要對泵組單次運行時間或多次運行時間進行統(tǒng)計；次數(shù)輪換則是對設(shè)備運行次數(shù)進行統(tǒng)計。本文介紹了常見的故障切換、依次輪換和定時輪換程序，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、空壓機等設(shè)備，每個系統(tǒng)設(shè)備數(shù)量從2～5臺不等。泵組輪換邏輯設(shè)計時可以采用定時輪換、計次輪換、故障輪換等。

定時輪換主要采集設(shè)備運行的時間，數(shù)據(jù)采集主要通過PLC內(nèi)部的計時器和計數(shù)器完成。計次輪換則統(tǒng)計單臺泵組連續(xù)啟動、運行的次數(shù)，由PLC內(nèi)部的計數(shù)器完成數(shù)據(jù)采集。故障輪換主要采集系統(tǒng)運行時的壓力、流量、電機電流等信號，當某些信號發(fā)生異常時，切換至無故障設(shè)備。

計時輪換主要用于長時間運行的泵組，如技術(shù)供水系統(tǒng)，機組運行時設(shè)備需要一直運行[1]。若按照計次輪換，主備用設(shè)備總運行時間可能存在較大的差異，主備用設(shè)備運行壽命不一致，備用設(shè)備可能長時間不運行受潮。

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

故障輪換則是每個系統(tǒng)均必須設(shè)計的邏輯，一是保證設(shè)備發(fā)生故障后及時停泵，二是能保證備用設(shè)備正常投入，使機組正常運行不受影響。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，也是對其他輪換程序的有效補充。

2 輔助設(shè)備運行輪換控制程序設(shè)計

2.1 故障輪換程序設(shè)計

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

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

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)量信號對泵的狀態(tài)進行判別，延時1 s判斷泵是否存在故障。然后，每兩分鐘對泵的故障進行自動復(fù)歸，若泵故障信號消失，報警復(fù)歸。無須人員手動操作，避免故障報警未及時復(fù)歸影響泵的啟動。最后，判斷1號泵為主泵的情況下同時泵故障，將2號泵置主泵。程序根據(jù)啟泵信號，將故障泵停止，啟動主泵，實現(xiàn)故障切換。

2.2 計次輪換程序設(shè)計

某電站油壓裝置主要包括壓力油罐、兩臺油泵電機組，施耐德軟啟，施耐德PLC以及模擬量和開關(guān)量測量儀表。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、壓力低報警。油壓裝置的油泵每次運行時間較短，大概40 s左右。程序設(shè)計基于施耐德PLC的ST語言，采用了計次輪換方式，輪換的主要程序設(shè)計如下：

(*主泵自動選擇*)

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主泵自動選擇DI_Zd_PUMP22號泵自動控制方式DI_TJWJB_PUMP22號泵啟動條件未具備zt_bh_prior上次的主泵號zt_pump2_main_32號泵為主泵zt_pump1_au_31號泵為備泵DI_Zd_PUMP11號泵自動控制方式ZT_JAM1狀態(tài)報警DI_TJWJB_PUMP11號泵啟動條件未具備zt_pump1_main_31號泵為主泵zt_pump2_au_32號泵為備泵

此段程序主泵為自動選擇方式，若2號泵具備啟動條件，且上一次的主泵為1號泵，則本次2號泵作為主泵，實現(xiàn)了兩臺泵依次輪換功能。

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

3 利用系統(tǒng)字進行時間統(tǒng)計并定時輪換

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”進行運行時間統(tǒng)計，設(shè)計程序如下：

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號泵運行S_TMP1[1]1號泵上次統(tǒng)計的秒數(shù)PUMP_RUNNING_TIME[1]1號泵運行的秒數(shù)%SW50系統(tǒng)時間(s)

此段程序表示，在1號泵運行時，若程序記錄的1號泵運行時間與系統(tǒng)時間(s)不相等，則1號泵運行時間(s)PUMP_RUNNING_TIME[1]在上次的基礎(chǔ)上增加1 s，并將系統(tǒng)現(xiàn)在的時間賦值給S_TMP1[1]。因為程序在不斷地循環(huán)，所以只要泵在運行，泵的運行時間(s)就會按秒增加，用于計算泵的總運行時間。當單臺泵運行總時間達到設(shè)定時間，進行切換操作。

4 利用計時器和計數(shù)器進行定時輪換設(shè)計

某電站通風設(shè)備采用施耐德PLC，系統(tǒng)主要包括風機、軟啟等部件，其時間輪換邏輯通過施耐德PLC的計時器和計數(shù)器實現(xiàn)，進行時間統(tǒng)計，梯形圖程序設(shè)計如圖2所示。

圖2 梯形圖程序設(shè)計示意

程序變量如下：

%M181號泵運行%M61計時器中間變量%M62計數(shù)器中間變量%M631號泵時間達到設(shè)定值

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

當%M62每接通一次，計數(shù)器FBI50加1，直到數(shù)值達到168。系統(tǒng)經(jīng)歷時間為1 h×168=168 h。

此段程序利用一個延時繼電器和兩個加計數(shù)器實現(xiàn)了運行時間統(tǒng)計，通風設(shè)備實現(xiàn)了168 h輪換一次的功能。

5 控制程序的對比

設(shè)備故障切換，其主要是對設(shè)備狀態(tài)進行判斷，并將結(jié)果加入到主泵號是否具備運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)定運行，發(fā)揮設(shè)備冗余配置作用并避免事故進一步擴大的必要控制邏輯，所有程序中都需設(shè)計相應(yīng)功能。

計次輪換主要針對啟動相對平凡，單次運行時間不長的設(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)計時，一般通過設(shè)備啟動信號進行計次，程序設(shè)計較為容易。若選擇計時輪換，則程序的方法也是多種多樣的，既可以通過系統(tǒng)字進行計時，也可以通過計數(shù)器和計時器進行計時，最終目的是保證主備用設(shè)備能夠進行輪換，并且設(shè)備運行時間基本相同。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)計工作量，具有一定優(yōu)勢。

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

6 結(jié) 語

本文針對輔助設(shè)備輪換程序進行了設(shè)計和對比，對不同系統(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。正常運行狀態(tài)下，設(shè)備如何切換則需要根據(jù)設(shè)備單次運行時間、啟動頻繁程度、設(shè)備停運時間要求進行選擇。單次運行時間較短的設(shè)備宜選擇計次輪換，單次運行時間長的設(shè)備則選擇計時輪換更具優(yōu)勢。

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，對于單個電廠而言，應(yīng)盡量選擇同一廠家同一型號產(chǎn)品，這樣對于前期開發(fā)和后期維護工作都有幫助。

程序前期開發(fā)過程中，編程人員因長期工作基本會形成自己的習慣。但有些習慣對于不同系統(tǒng)，其所達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，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行工況、故障進行模擬。只有不斷地調(diào)試、模擬和優(yōu)化，控制系統(tǒng)的程序才能最終達到使用要求。