基于PLC的電站排水控制系統中電機輪換的實現

郭維禮，孫貴珠

（西安航天自動化股份有限公司，陜西 西安 710065）

0 引言

工程應用中，經常會遇到兩臺或兩臺以上的電機在一個排水系統中使用的情況，這時出于系統的可靠和對設備的保護及均衡使用，就需考慮電機的自動輪換使用。電機輪換的策略或要求一般由設計院或用戶提出，由系統集成設備提供商依要求實現。

電機正確輪換是系統可靠運行的基礎。電機的輪換方式一般有按運行次數輪換或按連續（累計）運行時間輪換，也有兩者同時參與輪換的。對于電機連續運行時間在幾個小時內的間斷運行的控制系統，多采用按運行次數輪換的方式；而電機長時間連續運行的控制系統（如主變壓器需連續運行數月之久），多采用按累計運行時間或連續運行時間輪換的方式。

1 設計理念

控制系統的軟件決定了系統的功能，軟件功能的實現應受硬件接口的制約。應用軟件的好壞主要體現在其功能性、可靠性、易用性、維護性、易測試性和可移植性算方面。選擇合適的算法和結構，對編寫好的程序是至關重要的。應用程序應該是易讀的、正確的、高性能的，程序編寫應盡量做到簡潔。［1－3］

應用結構化編程和模塊化編程方法能很好地解決工程中的實際問題，也是筆者在長期的編程實踐中一直使用的方法。模塊化編程，按照功能的不同，將程序劃分成多個模塊，由各模塊實現各自不同的功能，再對各功能集成，以實現控制系統的整體功能。

2 兩臺電機的輪換

兩臺電機的輪換，非此即彼，判定也較簡單。

2．1 乒乓式

乒乓式輪換是利用電機運行信號，通過計數器實現1＃電機和2＃電機的自動輪換。利用1＃電機運行信號（pump＿run1）和2＃電機運行信號（pump＿run2）給計數器CTU（%400290）計數。在pump＿run1和pump＿run2的上升沿通過CU輸入使計數器計數，計數器CTU的計數范圍為0，1，2。當計數器計數到“2”時，計數器輸出 Q（%000403）為“1”，計數器輸入 R為“1”，立即將計數器復位為“0”，則計數器（%400290）的穩態值為 “0”和“1”。當PLC首次上電，計數器的值 （%400290）為 “0”，功 能 塊 EQ＿INT 的 輸 出（%000400）為“0”，輪到1＃電機啟動；1＃電機停止，計數器上升沿計數，計數器的值（%400290）為“1”，功能塊EQ＿INT的輸出（%000400）為“1”，輪到2＃電機啟動；2＃電機停止，計數器上升沿計數，計數器的值（%400290）為“2”，計數器輸出 Q（%000403）為1，立即將計數器復位為“0”，功能塊EQ＿INT的輸出（%000400）為“0”，輪到1＃電機啟動，如此循環。

乒乓式輪換的特點是：PLC斷電并重新上電時，計數器值會保持為上次斷電前的值。應使用一個上升計數器功能塊（CTU），一個或兩個比較功能塊（EQ＿INT），如圖1所示。

2．2 點位式

點位式輪換是利用一個位的兩個穩態，通過電機的運行信號或故障信號對位進行置位和復位來實現。位的“0”和“1”分別對應兩臺不同的電機。在邏輯判斷中應做相應的閉鎖，從而保證只有在一臺電機單獨運行后或只有一臺電機故障時，才做一次置位或復位的動作。如圖2所示，控制系統在非手動方式下（i＿w＿man），首次啟動時位%m401為初始狀態“0”，排水系統液位滿足電機啟動條件后啟動1＃電機。1＃電機運行后（i＿run1）或故障（pump1＿fault），將%m401置位為“1”，排水系統液位再次滿足電機啟動條件后啟動2＃電機。2＃電機運行后（i＿run2）或故障（pump2＿fault），又將%m401復位為“0”，如此，實現兩臺電機的輪換。位線圈置位S和位線圈復位R左側的電機運行i＿run1和i＿run2常閉閉鎖，保證位線圈置位S和位線圈復位R不會同時激磁。

圖1 乒乓式輪換

點位式輪換如圖2所示，它的特點是只使用一個位就實現了兩臺電機的輪換，而且使用的是位的置位和復位，位的狀態不受PLC斷電的影響。

圖2 點位式輪換

3 多臺電機的輪換

多臺電機的輪換更復雜一些，筆者使用過的方法有枚舉法、令牌環法、依次比較法和矩陣法，在此主要探討一種以矩陣法實現電機輪換的編程思路和方法。假設控制系統設有手動、切除、工作、備用和工備自轉5種工作方式。需要說明的是，比較常見的有手動、切除、自動的工作方式和手動、切除、工作、備用的工作方式，也有不設切除方式的。工備自轉方式只是給PLC增加了一個點，但較多地增加了PLC程序的判定，對系統控制功能的增強也是顯而易見的，使系統對設備的選擇更加靈活。系統在工作、備用、工備自轉方式下按照運行次數輪換運行。

要正確實現電機的輪換還需明確以下優先啟動次序，假設：

（1）運行次數最少的電機優先。

（2）運行次數相同時，優先順序為1＃電機→2＃電機→3＃電機→4＃電機→5＃電機。

（3）啟動的優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的電機不在輪換范圍，不自動啟動。

3．1 工作方式矩陣

工作方式與判值的關系邏輯見表1，在故障狀態下無論哪種工作方式，判值均為0；在非故障狀態下，工作方式時判值為1或2或3，備用方式時判值為4或5，工備自轉方式時判值為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

電機設備與判值的關系邏輯矩陣見表2。按照電機設備啟動順序工作1→工作2→工作3→備用1→備用2的判定。以電機啟動次數的多少，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。當控制系統液位滿足電機啟動條件時，首先啟動表2中判定值為1的電機，再按照要啟動泵的數量要求和液位要求，依次啟動2，3，4，5。

表2 不同電機設備的判值矩陣

矩陣法判定每臺電機啟動條件，并賦以每臺電機一個獨立的判值。每臺電機能夠獨立地依據啟停條件啟停，而不受其他電機狀態的影響，輕松實現電機的成組啟停或依序啟停。矩陣法判定方法也不因電機臺數變化而產生結構的變化，其邏輯清楚、簡單。

4 結語

雖然目前PLC的處理器功能和存儲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，但簡潔、易用、易維護的系統，能減輕最終用戶的工作和增強系統的可靠性。用戶對于產品的需求不僅僅是滿足其基本功能，同時也是自己企業綜合實力的體現。本文通過提煉已在多個PLC控制系統中成功應用的多種電機輪換策略的實現方法，旨在加強交流，促進行業的共同進步。

［1］ Jaroslav Tulach．軟件框架設計的藝術［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：實踐者的研究方法［M］．第7版．鄭人杰，譯．北京：機械工業出版社，2011．

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