基于PLC的電站排水控制系統(tǒng)中電機(jī)輪換的實(shí)現(xiàn)

郭維禮，孫貴珠

（西安航天自動(dòng)化股份有限公司，陜西 西安 710065）

0 引言

工程應(yīng)用中，經(jīng)常會(huì)遇到兩臺(tái)或兩臺(tái)以上的電機(jī)在一個(gè)排水系統(tǒng)中使用的情況，這時(shí)出于系統(tǒng)的可靠和對(duì)設(shè)備的保護(hù)及均衡使用，就需考慮電機(jī)的自動(dòng)輪換使用。電機(jī)輪換的策略或要求一般由設(shè)計(jì)院或用戶提出，由系統(tǒng)集成設(shè)備提供商依要求實(shí)現(xiàn)。

電機(jī)正確輪換是系統(tǒng)可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)。電機(jī)的輪換方式一般有按運(yùn)行次數(shù)輪換或按連續(xù)（累計(jì)）運(yùn)行時(shí)間輪換，也有兩者同時(shí)參與輪換的。對(duì)于電機(jī)連續(xù)運(yùn)行時(shí)間在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)的間斷運(yùn)行的控制系統(tǒng)，多采用按運(yùn)行次數(shù)輪換的方式；而電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行的控制系統(tǒng)（如主變壓器需連續(xù)運(yùn)行數(shù)月之久），多采用按累計(jì)運(yùn)行時(shí)間或連續(xù)運(yùn)行時(shí)間輪換的方式。

1 設(shè)計(jì)理念

控制系統(tǒng)的軟件決定了系統(tǒng)的功能，軟件功能的實(shí)現(xiàn)應(yīng)受硬件接口的制約。應(yīng)用軟件的好壞主要體現(xiàn)在其功能性、可靠性、易用性、維護(hù)性、易測(cè)試性和可移植性算方面。選擇合適的算法和結(jié)構(gòu)，對(duì)編寫好的程序是至關(guān)重要的。應(yīng)用程序應(yīng)該是易讀的、正確的、高性能的，程序編寫應(yīng)盡量做到簡(jiǎn)潔。［1－3］

應(yīng)用結(jié)構(gòu)化編程和模塊化編程方法能很好地解決工程中的實(shí)際問(wèn)題，也是筆者在長(zhǎng)期的編程實(shí)踐中一直使用的方法。模塊化編程，按照功能的不同，將程序劃分成多個(gè)模塊，由各模塊實(shí)現(xiàn)各自不同的功能，再對(duì)各功能集成，以實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的整體功能。

2 兩臺(tái)電機(jī)的輪換

兩臺(tái)電機(jī)的輪換，非此即彼，判定也較簡(jiǎn)單。

2．1 乒乓式

乒乓式輪換是利用電機(jī)運(yùn)行信號(hào)，通過(guò)計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)1＃電機(jī)和2＃電機(jī)的自動(dòng)輪換。利用1＃電機(jī)運(yùn)行信號(hào)（pump＿run1）和2＃電機(jī)運(yùn)行信號(hào)（pump＿run2）給計(jì)數(shù)器CTU（%400290）計(jì)數(shù)。在pump＿run1和pump＿run2的上升沿通過(guò)CU輸入使計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器CTU的計(jì)數(shù)范圍為0，1，2。當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到“2”時(shí)，計(jì)數(shù)器輸出 Q（%000403）為“1”，計(jì)數(shù)器輸入 R為“1”，立即將計(jì)數(shù)器復(fù)位為“0”，則計(jì)數(shù)器（%400290）的穩(wěn)態(tài)值為 “0”和“1”。當(dāng)PLC首次上電，計(jì)數(shù)器的值 （%400290）為 “0”，功 能 塊 EQ＿INT 的 輸 出（%000400）為“0”，輪到1＃電機(jī)啟動(dòng)；1＃電機(jī)停止，計(jì)數(shù)器上升沿計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器的值（%400290）為“1”，功能塊EQ＿INT的輸出（%000400）為“1”，輪到2＃電機(jī)啟動(dòng)；2＃電機(jī)停止，計(jì)數(shù)器上升沿計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器的值（%400290）為“2”，計(jì)數(shù)器輸出 Q（%000403）為1，立即將計(jì)數(shù)器復(fù)位為“0”，功能塊EQ＿INT的輸出（%000400）為“0”，輪到1＃電機(jī)啟動(dòng)，如此循環(huán)。

乒乓式輪換的特點(diǎn)是：PLC斷電并重新上電時(shí)，計(jì)數(shù)器值會(huì)保持為上次斷電前的值。應(yīng)使用一個(gè)上升計(jì)數(shù)器功能塊（CTU），一個(gè)或兩個(gè)比較功能塊（EQ＿INT），如圖1所示。

2．2 點(diǎn)位式

點(diǎn)位式輪換是利用一個(gè)位的兩個(gè)穩(wěn)態(tài)，通過(guò)電機(jī)的運(yùn)行信號(hào)或故障信號(hào)對(duì)位進(jìn)行置位和復(fù)位來(lái)實(shí)現(xiàn)。位的“0”和“1”分別對(duì)應(yīng)兩臺(tái)不同的電機(jī)。在邏輯判斷中應(yīng)做相應(yīng)的閉鎖，從而保證只有在一臺(tái)電機(jī)單獨(dú)運(yùn)行后或只有一臺(tái)電機(jī)故障時(shí)，才做一次置位或復(fù)位的動(dòng)作。如圖2所示，控制系統(tǒng)在非手動(dòng)方式下（i＿w＿man），首次啟動(dòng)時(shí)位%m401為初始狀態(tài)“0”，排水系統(tǒng)液位滿足電機(jī)啟動(dòng)條件后啟動(dòng)1＃電機(jī)。1＃電機(jī)運(yùn)行后（i＿run1）或故障（pump1＿fault），將%m401置位為“1”，排水系統(tǒng)液位再次滿足電機(jī)啟動(dòng)條件后啟動(dòng)2＃電機(jī)。2＃電機(jī)運(yùn)行后（i＿run2）或故障（pump2＿fault），又將%m401復(fù)位為“0”，如此，實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)電機(jī)的輪換。位線圈置位S和位線圈復(fù)位R左側(cè)的電機(jī)運(yùn)行i＿run1和i＿run2常閉閉鎖，保證位線圈置位S和位線圈復(fù)位R不會(huì)同時(shí)激磁。

圖1 乒乓式輪換

點(diǎn)位式輪換如圖2所示，它的特點(diǎn)是只使用一個(gè)位就實(shí)現(xiàn)了兩臺(tái)電機(jī)的輪換，而且使用的是位的置位和復(fù)位，位的狀態(tài)不受PLC斷電的影響。

圖2 點(diǎn)位式輪換

3 多臺(tái)電機(jī)的輪換

多臺(tái)電機(jī)的輪換更復(fù)雜一些，筆者使用過(guò)的方法有枚舉法、令牌環(huán)法、依次比較法和矩陣法，在此主要探討一種以矩陣法實(shí)現(xiàn)電機(jī)輪換的編程思路和方法。假設(shè)控制系統(tǒng)設(shè)有手動(dòng)、切除、工作、備用和工備自轉(zhuǎn)5種工作方式。需要說(shuō)明的是，比較常見(jiàn)的有手動(dòng)、切除、自動(dòng)的工作方式和手動(dòng)、切除、工作、備用的工作方式，也有不設(shè)切除方式的。工備自轉(zhuǎn)方式只是給PLC增加了一個(gè)點(diǎn)，但較多地增加了PLC程序的判定，對(duì)系統(tǒng)控制功能的增強(qiáng)也是顯而易見(jiàn)的，使系統(tǒng)對(duì)設(shè)備的選擇更加靈活。系統(tǒng)在工作、備用、工備自轉(zhuǎn)方式下按照運(yùn)行次數(shù)輪換運(yùn)行。

要正確實(shí)現(xiàn)電機(jī)的輪換還需明確以下優(yōu)先啟動(dòng)次序，假設(shè)：

（1）運(yùn)行次數(shù)最少的電機(jī)優(yōu)先。

（2）運(yùn)行次數(shù)相同時(shí)，優(yōu)先順序?yàn)?＃電機(jī)→2＃電機(jī)→3＃電機(jī)→4＃電機(jī)→5＃電機(jī)。

（3）啟動(dòng)的優(yōu)先順序依判值為工作1→工作2→工作3→備用1→備用2。判值為0的電機(jī)不在輪換范圍，不自動(dòng)啟動(dòng)。

3．1 工作方式矩陣

工作方式與判值的關(guān)系邏輯見(jiàn)表1，在故障狀態(tài)下無(wú)論哪種工作方式，判值均為0；在非故障狀態(tài)下，工作方式時(shí)判值為1或2或3，備用方式時(shí)判值為4或5，工備自轉(zhuǎn)方式時(shí)判值為1或2或3或4或5。

表1 不同工作方式的判值

3．2 輪換矩陣

電機(jī)設(shè)備與判值的關(guān)系邏輯矩陣見(jiàn)表2。按照電機(jī)設(shè)備啟動(dòng)順序工作1→工作2→工作3→備用1→備用2的判定。以電機(jī)啟動(dòng)次數(shù)的多少，分別賦以工作1為1，工作2為2，工作3為3，備用1為4，備用2為5。當(dāng)控制系統(tǒng)液位滿足電機(jī)啟動(dòng)條件時(shí)，首先啟動(dòng)表2中判定值為1的電機(jī)，再按照要啟動(dòng)泵的數(shù)量要求和液位要求，依次啟動(dòng)2，3，4，5。

表2 不同電機(jī)設(shè)備的判值矩陣

矩陣法判定每臺(tái)電機(jī)啟動(dòng)條件，并賦以每臺(tái)電機(jī)一個(gè)獨(dú)立的判值。每臺(tái)電機(jī)能夠獨(dú)立地依據(jù)啟停條件啟停，而不受其他電機(jī)狀態(tài)的影響，輕松實(shí)現(xiàn)電機(jī)的成組啟?；蛞佬騿⑼?。矩陣法判定方法也不因電機(jī)臺(tái)數(shù)變化而產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的變化，其邏輯清楚、簡(jiǎn)單。

4 結(jié)語(yǔ)

雖然目前PLC的處理器功能和存儲(chǔ)器容量的提升已使編程人員一般不用考慮程序文件的大小，但簡(jiǎn)潔、易用、易維護(hù)的系統(tǒng)，能減輕最終用戶的工作和增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性。用戶對(duì)于產(chǎn)品的需求不僅僅是滿足其基本功能，同時(shí)也是自己企業(yè)綜合實(shí)力的體現(xiàn)。本文通過(guò)提煉已在多個(gè)PLC控制系統(tǒng)中成功應(yīng)用的多種電機(jī)輪換策略的實(shí)現(xiàn)方法，旨在加強(qiáng)交流，促進(jìn)行業(yè)的共同進(jìn)步。

［1］ Jaroslav Tulach．軟件框架設(shè)計(jì)的藝術(shù)［M］．王磊，朱興，譯．北京：人民郵電出版社，2011．

［2］ 普雷斯曼．軟件工程：實(shí)踐者的研究方法［M］．第7版．鄭人杰，譯．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011．

［3］ 皮柳楊，陳希有，李紅．基于模糊自適應(yīng)PID控制器的智能供水系統(tǒng)［J］．電氣自動(dòng)化，2012，34（3）：79－81．