VWS冷凍機(jī)組控制邏輯缺陷分析與改進(jìn)

摘要：以中央冷凍水系統(tǒng)（VWS）調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)的冷凍機(jī)組控制邏輯缺陷為基礎(chǔ)，依據(jù)冷凍機(jī)組工作原理及接口要求，分析缺陷產(chǎn)生原因，并據(jù)此提出兩種采取不同策略的改進(jìn)方案。通過對兩種方案的分析比較，推薦了一種相對較優(yōu)方案，最后設(shè)計方采納了推薦方案，現(xiàn)場執(zhí)行該方案后達(dá)到了預(yù)期效果。

關(guān)鍵詞：冷凍機(jī)組;PLS;控制邏輯

VWS（中央冷凍水系統(tǒng)）為電廠加熱、通風(fēng)和空調(diào)（HVAC）系統(tǒng)的空氣處理機(jī)組及其他需要冷凍水冷卻的設(shè)備提供冷凍水源[1]。

在完成VWS系統(tǒng)單體調(diào)試后，從MCR手動啟動冷凍機(jī)組的過程中，出現(xiàn)了如下兩種故障現(xiàn)象：一是在PLS發(fā)送冷凍機(jī)組啟動命令后，冷凍機(jī)組無法正常啟動，MCR顯示“Command not taken”報警;二是在PLS未發(fā)送冷凍機(jī)組停機(jī)命令的情況下，冷凍機(jī)組自行停機(jī)，MCR顯示“Uncommand motion”報警。

由于冷凍機(jī)組采用PLS的CCL-GEN0-101宏模塊進(jìn)行邏輯控制，在觸發(fā)“Command not taken”或“Uncommand motion”信號后，會聯(lián)鎖產(chǎn)生“Lock out”信號，閉鎖了冷凍機(jī)組啟動命令的發(fā)出，導(dǎo)致冷凍機(jī)組無法正常啟動。

1 系統(tǒng)邏輯分析

1.1 PLS控制邏輯

在“Manual”模式時，冷凍機(jī)組在冷凍水流量和CCS冷卻水流量（只適用水冷冷凍機(jī)組）足夠的情況下，可以在MCR手動啟停;在“Auto”模式時，在冷凍水流量和CCS冷卻水流量足夠（只適用水冷冷凍機(jī)組）的前提下，冷凍機(jī)組與同一序列的冷凍水泵聯(lián)鎖，即冷凍水泵啟動聯(lián)鎖啟動冷凍機(jī)組，冷凍水泵停運聯(lián)鎖停運冷凍機(jī)組。

1.2 冷凍機(jī)組自帶邏輯

冷凍機(jī)組由壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、冷凝器、油分離器、膨脹閥等主要部件組成，其自帶一套專用控制系統(tǒng)，根據(jù)冷凍機(jī)組出口水溫和負(fù)荷情況，自動控制壓縮機(jī)啟停及其啟動的壓縮機(jī)數(shù)量。

冷凍機(jī)組有“Auto”和“Stop”兩種工作模式，在“Stop”模式下，冷凍機(jī)組不接受任何啟動命令，閉鎖啟動;在“Auto”模式下，冷凍機(jī)組接收PLS遠(yuǎn)程啟動命令（保持信號），并根據(jù)出口冷凍水水溫進(jìn)行啟停控制，見圖1。

2 缺陷分析及解決方案

2.1 缺陷分析

2.1.1 缺陷描述

在完成VWS系統(tǒng)單體調(diào)試后，多次嘗試啟動MS03未果后，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，選擇了高容子系統(tǒng)的風(fēng)冷冷凍機(jī)組MS04A進(jìn)行同樣的試驗，發(fā)現(xiàn)MS04A成功啟動，但在等待一段時間之后MS04A卸載停機(jī)，MCR顯示“Uncommand motion”報警。

2.1.2 原因分析

在發(fā)現(xiàn)問題后，先通過模擬信號的方式排除了硬件故障的可能性，將故障鎖定在PLS啟動信號上。查詢MS03的CCL-GEN0-101宏模塊配置打包點（點名VWS-MS-03-CFG1）后發(fā)現(xiàn)MS03的PLS啟動命令配置為了脈沖信號（脈沖時間5s）。據(jù)圖1可知，冷凍機(jī)組所需遠(yuǎn)程啟動信號為持續(xù)信號，同時冷凍機(jī)組接口規(guī)范書APP-PLS-J4-020中也明確規(guī)定該信號為持續(xù)信號，由此可判斷設(shè)計方未遵照接口規(guī)范書的要求，錯將MS03的啟動命令配置成了脈沖信號。

發(fā)現(xiàn)問題所在后，對其余5臺冷凍機(jī)組進(jìn)行了排查，發(fā)現(xiàn)PLS啟動命令均配置為了持續(xù)信號，選擇高容風(fēng)冷冷凍機(jī)組MS04A進(jìn)行同樣的試驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)問題依然存在，這說明還存在其它軟件方面的問題。

查閱PLS啟動命令趨勢圖后發(fā)現(xiàn)，啟動命令發(fā)出5s后該信號由1變?yōu)?，即在PLS發(fā)出啟動命令后，在5s內(nèi)未收到MS04A運行反饋信號，從而判斷設(shè)備故障，閉鎖了啟動命令，同時存在5s響應(yīng)時間的設(shè)置，即在PLS發(fā)出啟動命令后，在5s內(nèi)MS04A的停止反饋信號未消失，閉鎖啟動命令。

通過就地短接的方式，測量MS04A的啟動時間在20s左右，為了保險起見，將MS04A的響應(yīng)時間/啟動時間/停機(jī)時間在線修改為60s，再次嘗試啟動MS04A發(fā)現(xiàn)成功啟動，問題似乎得到了解決。

在MS04A成功運行一段時間后，主控發(fā)現(xiàn)其在沒有人為干預(yù)的情況下停運，同時主控?zé)o法再次啟動，并顯示“Uncommand motion”報警。經(jīng)查詢歷史趨勢，在此時間段內(nèi)PLS并未發(fā)送任何MS04A停運信號，其自身也未發(fā)出報警或跳機(jī)信號，由此可判斷MS04A屬正常停機(jī)。據(jù)圖1可知，在將MS04A置于“AUTO“模式并且MCR發(fā)送遠(yuǎn)程啟動持續(xù)命令的情況下，MS04A根據(jù)其出口冷凍水水溫進(jìn)行啟?？刂疲繕?biāo)出口冷凍水水溫為4.4℃，同時配置了1.1℃（可調(diào)）的回差。在MS04A啟動后開始制冷，其出口冷凍水水溫逐漸降低，當(dāng)降低至3.3℃時MS04A卸載停機(jī)，觸發(fā)PLS邏輯的“Uncommand motion”報警，進(jìn)而閉鎖了PLS啟動命令，在MS04A停運一段時間后，其出口冷凍水水溫逐漸升高至5.5℃時，MS04A由于缺少PLS發(fā)送的啟動命令而無法再次啟動。

綜上，VWS冷凍機(jī)組的控制邏輯存在三種缺陷：低容風(fēng)冷冷凍機(jī)組MS03的啟動命令錯配置為脈沖信號;6臺冷凍機(jī)組的CCL-GEN0-101宏模塊中配置的響應(yīng)時間/啟動時間/停運時間過短;6臺冷凍機(jī)組根據(jù)其出口冷凍水水溫進(jìn)行啟停控制，PLS啟動命令只是其啟動的允許條件。

2.2 解決方案

為了保證冷凍機(jī)組的安全、可靠、穩(wěn)定運行，需改進(jìn)如上描述的控制邏輯缺陷，其中低容風(fēng)冷冷凍機(jī)組MS03的啟動命令錯配置為脈沖信號的解決方案很明確，設(shè)計方應(yīng)遵照其發(fā)布的冷凍機(jī)組接口規(guī)范書的要求，將冷凍機(jī)組的控制指令配置成持續(xù)信號。

至于另外兩個缺陷，經(jīng)討論研究提出了兩種解決思路：取消冷凍機(jī)組邏輯中響應(yīng)時間/啟動時間/停機(jī)時間的判斷;將冷凍機(jī)組卸載停機(jī)視為正常狀態(tài)，不觸發(fā)“Uncommand motion”報警，不閉鎖PLS啟動命令。對應(yīng)兩種解決思路提出解決方案如下：

2.2.1 方案1

改變冷凍機(jī)組的控制策略，由原來的PLS直接控制冷凍機(jī)組啟停改變?yōu)镻LS只提供冷凍機(jī)組的啟動允許持續(xù)信號。為實現(xiàn)以上目標(biāo)，利用現(xiàn)有的CCL-GEN0-101宏模塊，將其配置打包點VWS-MSXX-CFG1的第4位修改為1，即使得一切與冷凍機(jī)組運行反饋相關(guān)的故障報警和指示失效。另外，在主控室的VWS系統(tǒng)MMI畫面上設(shè)置冷凍機(jī)組啟動允許持續(xù)信號已發(fā)出的顯示，以方便運行人員判斷冷凍機(jī)組是否被允許啟動。同時將冷凍機(jī)組控制頁面彈出框“Start”和“Stop”按鈕修改為“Enable”和“Disable”。

2.2.2 方案2

因為冷凍機(jī)組反饋給PLS的運行信號是以壓縮機(jī)運行狀態(tài)表征的，而冷凍機(jī)組處于卸載狀態(tài)時壓縮機(jī)不工作，導(dǎo)致PLS無法區(qū)分冷凍機(jī)組的卸載狀態(tài)和停機(jī)狀態(tài)。既然如此，如果冷凍機(jī)組能夠提供卸載狀態(tài)信號給PLS，那么PLS就可以利用這個信號與冷凍機(jī)組運行狀態(tài)信號作“或”邏輯后參與到故障判斷邏輯中，同時冷凍機(jī)組的畫面顯示仍與運行狀態(tài)信號關(guān)聯(lián)，這樣既保留了冷凍機(jī)組運行狀態(tài)反饋故障判斷的功能，又避免了卸載狀態(tài)下的啟動命令閉鎖。

經(jīng)與冷凍機(jī)組廠家技術(shù)人員核實，除“Auto”模式和“Stop”模式的區(qū)別外，冷凍機(jī)組的卸載狀態(tài)和停機(jī)狀態(tài)完全一樣。“Stop”模式下的停機(jī)是真正的停機(jī);“Auto”模式下，由于出口冷凍水水溫低于3.3℃的停機(jī)就是卸載，如果在未滿足冷凍水水溫低條件就停機(jī)則屬冷凍機(jī)組故障。

在未能找到冷凍機(jī)組卸載狀態(tài)信號的情況下，可以考慮將冷凍機(jī)組出口冷凍水水溫信號與啟動命令聯(lián)鎖，即在出口冷凍水水溫滿足冷凍機(jī)組啟動條件時，PLS才發(fā)出啟動命令，這樣冷凍機(jī)組能及時響應(yīng)，避免了“Command not taken”報警，同時在冷凍機(jī)組出口冷凍水水溫低時，PLS發(fā)送冷凍機(jī)組停機(jī)命令，避免了“Uncommand motion”報警。另外將冷凍機(jī)組的響應(yīng)時間/啟動時間/停運時間加長。

該方案的關(guān)鍵是如何獲取冷凍機(jī)組出口冷凍水水溫信號，有如下兩種方法：一是選取CBI設(shè)計范圍的冷凍機(jī)組出口水溫傳感器信號，但由于該儀表和冷凍機(jī)組內(nèi)部自帶溫度傳感器的安裝位置存在一定的距離，加上儀表精度的差異，此方案不可行。二是選擇冷凍機(jī)組內(nèi)部自帶出口冷凍水溫傳感器信號。在冷凍機(jī)組送給PLS 的Modbus信號（以MS03為例）中，有一個信號為蒸發(fā)器出口水溫，點名為VWS-MS-03-TI2，Modbus地址為30005，是冷凍機(jī)組內(nèi)部參與啟?？刂频乃疁匦盘枺琍LS可直接利用該Modbus信號參與邏輯聯(lián)鎖。這樣PLS和冷凍機(jī)組使用同一個水溫信號來進(jìn)行邏輯控制，避免因水溫的細(xì)微差異而導(dǎo)致的問題。

2.3 方案分析比較

這兩種方案都能解決冷凍機(jī)組的控制邏輯缺陷：方案1無需知道冷凍機(jī)組的啟停時間，并符合PLS被控設(shè)備自帶控制系統(tǒng)的控制策略;但需要修改冷凍機(jī)組的接口方案，升版對應(yīng)的接口規(guī)范書、采購規(guī)范書、M3C等一系列文件，文件工作量較大。

方案2不用修改冷凍機(jī)組的接口方案，并保留了原有的CCL宏模塊所具有的故障判斷功能;缺點在于需要測量每臺冷凍機(jī)組的啟停時間，且當(dāng)冷凍機(jī)組出口水溫設(shè)定值回差1.1℃調(diào)整后，PLS邏輯中的5.5℃定值也需要跟著改變，并不符合PLS被控設(shè)備自帶控制系統(tǒng)的控制策略;此外，由于VWS與其他多個系統(tǒng)的Modbus信號傳輸使用同一個DDS IP交換機(jī)和PLS的ELC卡件，發(fā)生故障的概率相對較高。

綜上，方案1更值得推薦，方案2可作為備選方案。

3 方案實施

在以上分析的基礎(chǔ)上，將推薦方案通過現(xiàn)場設(shè)計代表反饋給海外DCS設(shè)計人員，最終海外設(shè)計方同意了該方案，并據(jù)此發(fā)布了PLS軟件變更包?，F(xiàn)場根據(jù)此變更包對PLS邏輯和畫面進(jìn)行了修改，并通過試驗驗證達(dá)到了預(yù)期效果，VWS冷凍機(jī)組的控制邏輯缺陷得到了解決。

4 結(jié)語

隨著調(diào)試的不斷深入，越來越多的PLS軟件問題和設(shè)備問題暴露出來，其中最容易出問題的還是接口部分，本文所述VWS系統(tǒng)冷凍機(jī)組控制邏輯缺陷實質(zhì)上是PLS與成套設(shè)備包MS01（水冷機(jī)組）和MS02（風(fēng)冷機(jī)組）的接口問題，此類問題需后續(xù)重點關(guān)注與解決。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉倩平，汪鵬，劉占盛，等.DEG系統(tǒng)和HC VWS系統(tǒng)的差異性分析[J].山西建筑，2016（01）：140-141.

作者簡介：林斌斌（1987.05-），男，浙江臺州人，本科，工程師，從事核電站儀控維修。