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        淺談水電廠PLC程序的一種安全性設(shè)計(jì)方法

        2023-01-09 20:54:08袁平路李天毅
        水電站機(jī)電技術(shù) 2022年12期
        關(guān)鍵詞:廠站步數(shù)水電廠

        袁平路,張 捷,李天毅,楊 晉

        (中國水利水電科學(xué)研究院,北京 100038)

        隨著硬件技術(shù)的不斷提升,PLC的功能也越來越強(qiáng)大,編程手段也越來越向高級語言發(fā)展,基本上已經(jīng)脫離了原始的梯形圖程序。當(dāng)編程語言和編程手段不再局限于傳統(tǒng)的與、或、非之后,人們越來越多的將精力放在程序的智能化上。所謂“智能化”就是將原本需要通過人力計(jì)算或過程復(fù)雜的功能通過程序自動計(jì)算的方式解決。本文介紹了水電廠PLC智能化設(shè)計(jì)的原則、順控流程的設(shè)計(jì)思想和功率調(diào)節(jié)的設(shè)計(jì)方法。

        1 水電廠PLC程序設(shè)計(jì)原則

        1.1 程序的安全性

        (1)命令防誤動作:從PLC上電到穩(wěn)定運(yùn)行期間,程序應(yīng)將命令區(qū)以及命令位清零,以防止上次停電前殘留命令及其它誤操作動作設(shè)備。

        (2)命令時(shí)間比較功能:在廠站層下發(fā)命令到現(xiàn)地層后,程序會對廠站層所發(fā)命令時(shí)間與本套CPU接收命令時(shí)間進(jìn)行比較,如果兩個時(shí)間的差值在一定范圍之內(nèi),則允許執(zhí)行命令,否則將認(rèn)為該命令為無效命令,予以丟棄。

        (3)命令定時(shí)清除功能:為避免由于命令沒有及時(shí)被清除,而造成對設(shè)備的重復(fù)操作及誤操作,程序應(yīng)在一定時(shí)間內(nèi)對命令區(qū)所有命令進(jìn)行清除操作。

        (4)命令執(zhí)行反饋功能:在廠站層下發(fā)命令之后,程序如果執(zhí)行命令,則反饋命令執(zhí)行代碼給廠站層,如果未執(zhí)行命令,則反饋相應(yīng)的錯誤代碼給廠站層,以便查找問題,同時(shí)也可防止命令意外丟失。

        (5)數(shù)據(jù)長度監(jiān)測功能:為防止因數(shù)據(jù)溢出而造成CPU負(fù)擔(dān)過重,程序中對每一種數(shù)據(jù)的處理加入對數(shù)據(jù)長度及類型的判斷,如果數(shù)據(jù)長度或類型錯誤,程序就會產(chǎn)生報(bào)警并上送廠站層。

        (6)有功功率、無功功率調(diào)整限值處理功能:為了防止有功功率、無功功率調(diào)整限值超越限定值,程序設(shè)定了調(diào)整安全區(qū)域,有功功率、無功功率調(diào)整僅在該安全區(qū)域內(nèi)進(jìn)行調(diào)整,一旦發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)超出了限定值,則按照規(guī)定的最大或最小限值進(jìn)行調(diào)整。

        1.2 程序的高效性

        (1)數(shù)據(jù)自動上送功能:程序可以根據(jù)上送數(shù)據(jù)的類型、長度,自動計(jì)算各數(shù)據(jù)的首地址。通過首地址及數(shù)據(jù)長度,自動上送各種類型數(shù)據(jù),提高了數(shù)據(jù)上送的效率。

        (2)CPU自動切換功能:當(dāng)前大中型水電廠一般采用雙機(jī)冗余熱備結(jié)構(gòu),對設(shè)備實(shí)施控制。為了使冗余CPU 可以在特定情況下完成切換,保證廠站層采集數(shù)據(jù)的完整性,程序會自動監(jiān)測冗余CPU的狀態(tài)及其網(wǎng)絡(luò)狀態(tài),并在適當(dāng)?shù)臈l件下自動對CPU進(jìn)行切換。

        (3)各種工況之間的自動轉(zhuǎn)換功能:廠站層下發(fā)命令至現(xiàn)地層后,程序可以根據(jù)機(jī)組當(dāng)前狀態(tài)及下發(fā)命令完成不同工況之間的轉(zhuǎn)換。

        1.3 程序的兼容性

        (1)編寫程序應(yīng)使用所有PLC均支持的語言,保證在任何CPU中均可良好移植。

        (2)考慮變量定義區(qū)的位置和大小,以便在常用的PLC系列中均可使用。

        1.4 程序設(shè)計(jì)的全面性

        (1)機(jī)組程序應(yīng)具有手、自動控制功能:在對機(jī)組實(shí)施開、停機(jī)試驗(yàn)的過程中,先用手動流程控制,進(jìn)行程序驗(yàn)證,當(dāng)機(jī)組開、停機(jī)試驗(yàn)完成且程序測試無誤后,方可容許操作人員進(jìn)行自動流程試驗(yàn)。

        (2)數(shù)據(jù)通道質(zhì)量判別功能:對于所有類型的數(shù)據(jù),均進(jìn)行通道質(zhì)量判別處理,在通道質(zhì)量正常時(shí)允許數(shù)據(jù)進(jìn)入控制,在通道質(zhì)量異常時(shí)不允許數(shù)據(jù)進(jìn)入控制。

        (3)模擬量數(shù)據(jù)I/O控制狀態(tài)判別功能:對于模擬量數(shù)據(jù),增加對該類型數(shù)據(jù)的I/O控制狀態(tài)判別功能,在該狀態(tài)處于閉鎖時(shí),數(shù)據(jù)不許進(jìn)入控制;在該狀態(tài)處于閉鎖解除時(shí),數(shù)據(jù)可以進(jìn)入控制;廠站層可以控制對該點(diǎn)的閉鎖解除;例如:當(dāng)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)溫度增量≥規(guī)定數(shù)值,則該溫度點(diǎn)應(yīng)該視為不可信點(diǎn)并退出溫度停機(jī)控制,只有當(dāng)運(yùn)行人員手動解鎖之后,該溫度點(diǎn)才可以重新回歸控制點(diǎn),作為事故停機(jī)的依據(jù)。

        (4)數(shù)據(jù)量強(qiáng)制狀態(tài)判別功能:對于所有類型的數(shù)據(jù),均進(jìn)行強(qiáng)制狀態(tài)判別處理,數(shù)據(jù)可以通過廠站層進(jìn)行強(qiáng)制,并返回強(qiáng)制狀態(tài)。

        (5)通信接收區(qū)及發(fā)送區(qū)的劃分:通過對通信接收區(qū)及發(fā)送區(qū)的劃分,確定合理區(qū)間,將PLC與外部通信的數(shù)據(jù)放在確定區(qū)域,避免數(shù)據(jù)重疊產(chǎn)生不可預(yù)知的后果。

        2 水電廠PLC順控流程設(shè)計(jì)思想

        2.1 順控流程設(shè)計(jì)背景

        由于現(xiàn)場程序架構(gòu)沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),調(diào)試人員僅靠本身素質(zhì)完成現(xiàn)場投運(yùn)工作造成維護(hù)不便、風(fēng)險(xiǎn)加大等問題。為了規(guī)范現(xiàn)場控制流程,降低現(xiàn)場投運(yùn)風(fēng)險(xiǎn),對水電廠程序架構(gòu)進(jìn)行整體標(biāo)準(zhǔn)化。通過順控流程的設(shè)計(jì),調(diào)試人員應(yīng)可以方便的在各種工況下進(jìn)行轉(zhuǎn)換,同時(shí),通過對流程相關(guān)變量的控制和監(jiān)視可以在相應(yīng)的步數(shù)對外圍設(shè)備進(jìn)行控制,也可以監(jiān)視每一步的運(yùn)行時(shí)間等參數(shù)。

        2.2 順控流程的構(gòu)成

        (1)步:步為SFC流程控制的基本元素,是流程執(zhí)行中的分界點(diǎn)。

        (2)步的執(zhí)行條件:在該條件滿足的時(shí)候,流程可以進(jìn)入到下一步。

        (3)選擇分支:步的末端運(yùn)行到下一步的頂端的傳遞路徑鏈路,每一步至少對應(yīng)一個選擇分支,也可對應(yīng)多個選擇分支。

        (4)鏈路:鏈路可以在步和轉(zhuǎn)換等之間建立連接。

        (5)跳轉(zhuǎn):跳轉(zhuǎn)用于表示未完全顯示的有向鏈路。

        2.3 順控流程的功能

        (1)手、自動順控切換功能。

        (2)跳轉(zhuǎn)功能。

        (3)單步計(jì)時(shí)功能。

        (4)單步輸出功能。

        (5)單步超時(shí)報(bào)警功能。

        (6)流程整體計(jì)時(shí)功能。

        (7)工況轉(zhuǎn)換功能。

        2.4 順控流程的信息

        (1)程序的最大步數(shù):該變量定義了程序的最大運(yùn)行步數(shù)。

        (2)程序的最大運(yùn)行時(shí)間:該變量定義了程序的最大運(yùn)行時(shí)間,當(dāng)程序到達(dá)最大時(shí)間尚未完成的時(shí)候,會自動報(bào)警。

        (3)程序每步的最大運(yùn)行時(shí)間:該變量定義了程序每步的最大運(yùn)行時(shí)間,當(dāng)每步的時(shí)間到達(dá)時(shí),會自動報(bào)警。

        (4)工況運(yùn)行步數(shù):該變量定義了程序中特定工況的步數(shù),例如:空轉(zhuǎn)在第4步,則定義該步數(shù)為4,程序可以根據(jù)步數(shù)自動跳轉(zhuǎn),完成工況的轉(zhuǎn)換。

        (5)分支結(jié)構(gòu)的信息:分支結(jié)構(gòu)信息包括:程序第幾步有分支結(jié)構(gòu),本步分支結(jié)構(gòu)的分支數(shù),每個分支結(jié)構(gòu)對應(yīng)的跳轉(zhuǎn)步數(shù)。

        (6)流程手、自動模式:通過該變量可以控制流程的手、自動模式切換。

        (7)步執(zhí)行條件:通過該變量流程可以按步順序執(zhí)行。

        (8)流程第X步啟動:當(dāng)流程在第X步啟動時(shí),該變量置1,工程人員可以通過該變量控制外部設(shè)備。

        (9)流程第X步超時(shí)報(bào)警:當(dāng)流程在第X步超時(shí)報(bào)警時(shí),該變量置1,工程人員可以通過該變量控制流程報(bào)警或退出。

        (10)流程總時(shí)間超時(shí)報(bào)警:當(dāng)流程總時(shí)間超時(shí)報(bào)警時(shí),該變量置1,工程人員可以通過該變量控制流程報(bào)警。

        (11)流程第X步運(yùn)行時(shí)間:記錄流程第X步的運(yùn)行時(shí)間。

        (12)流程當(dāng)前運(yùn)行步號:記錄流程當(dāng)前運(yùn)行步號。

        3 水電廠PLC功率調(diào)節(jié)程序的設(shè)計(jì)

        功率調(diào)節(jié)是指對水電廠調(diào)速器和勵磁系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié),它是水電廠發(fā)電過程中的重要一環(huán)。目前水電廠功率調(diào)節(jié)模式一般分為現(xiàn)地手動調(diào)節(jié)和遠(yuǎn)方自動調(diào)節(jié)兩種方式。

        手動調(diào)節(jié)就是通過傳統(tǒng)把手由人工對功率進(jìn)行調(diào)節(jié);自動調(diào)節(jié)就是通過計(jì)算機(jī)下令的方式由PLC進(jìn)行自動計(jì)算后對功率進(jìn)行調(diào)節(jié)。現(xiàn)在大部分水電廠都會通過總線和變送器兩種方式對功率進(jìn)行采集后調(diào)節(jié)。PLC程序智能化設(shè)計(jì)后會自動對采集方式進(jìn)行無擾動切換,保證機(jī)組對功率的調(diào)節(jié)。

        4 結(jié)語

        通過對水電廠PLC程序的智能化設(shè)計(jì),調(diào)試人員通過簡便的方式就可以完成水電廠核心功能的控制,不僅可以降低調(diào)試人員的調(diào)試難度,同時(shí)也大大提高了調(diào)試的效率、減少了程序的問題。同時(shí)程序增加了對通道的判斷、溫度梯度閉鎖等功能,使整套程序的功能更加多樣,并提高了整套程序?qū)ν鈬O(shè)備控制的安全性。

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