VWS冷凍機組控制邏輯缺陷分析與改進

摘要：以中央冷凍水系統（VWS）調試過程中發現的冷凍機組控制邏輯缺陷為基礎，依據冷凍機組工作原理及接口要求，分析缺陷產生原因，并據此提出兩種采取不同策略的改進方案。通過對兩種方案的分析比較，推薦了一種相對較優方案，最后設計方采納了推薦方案，現場執行該方案后達到了預期效果。

關鍵詞：冷凍機組;PLS;控制邏輯

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

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

由于冷凍機組采用PLS的CCL-GEN0-101宏模塊進行邏輯控制，在觸發“Command not taken”或“Uncommand motion”信號后，會聯鎖產生“Lock out”信號，閉鎖了冷凍機組啟動命令的發出，導致冷凍機組無法正常啟動。

1 系統邏輯分析

1.1 PLS控制邏輯

在“Manual”模式時，冷凍機組在冷凍水流量和CCS冷卻水流量（只適用水冷冷凍機組）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（只適用水冷冷凍機組）的前提下，冷凍機組與同一序列的冷凍水泵聯鎖，即冷凍水泵啟動聯鎖啟動冷凍機組，冷凍水泵停運聯鎖停運冷凍機組。

1.2 冷凍機組自帶邏輯

冷凍機組由壓縮機、蒸發器、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，根據冷凍機組出口水溫和負荷情況，自動控制壓縮機啟停及其啟動的壓縮機數量。

冷凍機組有“Auto”和“Stop”兩種工作模式，在“Stop”模式下，冷凍機組不接受任何啟動命令，閉鎖啟動;在“Auto”模式下，冷凍機組接收PLS遠程啟動命令（保持信號），并根據出口冷凍水水溫進行啟停控制，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系統單體調試后，多次嘗試啟動MS03未果后，結合現場實際情況，選擇了高容子系統的風冷冷凍機組MS04A進行同樣的試驗，發現MS04A成功啟動，但在等待一段時間之后MS04A卸載停機，MCR顯示“Uncommand motion”報警。

2.1.2 原因分析

在發現問題后，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）后發現MS03的PLS啟動命令配置為了脈沖信號（脈沖時間5s）。據圖1可知，冷凍機組所需遠程啟動信號為持續信號，同時冷凍機組接口規范書APP-PLS-J4-020中也明確規定該信號為持續信號，由此可判斷設計方未遵照接口規范書的要求，錯將MS03的啟動命令配置成了脈沖信號。

發現問題所在后，對其余5臺冷凍機組進行了排查，發現PLS啟動命令均配置為了持續信號，選擇高容風冷冷凍機組MS04A進行同樣的試驗，結果發現問題依然存在，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現，啟動命令發出5s后該信號由1變為0，即在PLS發出啟動命令后，在5s內未收到MS04A運行反饋信號，從而判斷設備故障，閉鎖了啟動命令，同時存在5s響應時間的設置，即在PLS發出啟動命令后，在5s內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的響應時間/啟動時間/停機時間在線修改為60s，再次嘗試啟動MS04A發現成功啟動，問題似乎得到了解決。

在MS04A成功運行一段時間后，主控發現其在沒有人為干預的情況下停運，同時主控無法再次啟動，并顯示“Uncommand motion”報警。經查詢歷史趨勢，在此時間段內PLS并未發送任何MS04A停運信號，其自身也未發出報警或跳機信號，由此可判斷MS04A屬正常停機。據圖1可知，在將MS04A置于“AUTO“模式并且MCR發送遠程啟動持續命令的情況下，MS04A根據其出口冷凍水水溫進行啟停控制，目標出口冷凍水水溫為4.4℃，同時配置了1.1℃（可調）的回差。在MS04A啟動后開始制冷，其出口冷凍水水溫逐漸降低，當降低至3.3℃時MS04A卸載停機，觸發PLS邏輯的“Uncommand motion”報警，進而閉鎖了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發送的啟動命令而無法再次啟動。

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

2.2 解決方案

為了保證冷凍機組的安全、可靠、穩定運行，需改進如上描述的控制邏輯缺陷，其中低容風冷冷凍機組MS03的啟動命令錯配置為脈沖信號的解決方案很明確，設計方應遵照其發布的冷凍機組接口規范書的要求，將冷凍機組的控制指令配置成持續信號。

至于另外兩個缺陷，經討論研究提出了兩種解決思路：取消冷凍機組邏輯中響應時間/啟動時間/停機時間的判斷;將冷凍機組卸載停機視為正常狀態，不觸發“Uncommand motion”報警，不閉鎖PLS啟動命令。對應兩種解決思路提出解決方案如下：

2.2.1 方案1

改變冷凍機組的控制策略，由原來的PLS直接控制冷凍機組啟停改變為PLS只提供冷凍機組的啟動允許持續信號。為實現以上目標，利用現有的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組運行反饋相關的故障報警和指示失效。另外，在主控室的VWS系統MMI畫面上設置冷凍機組啟動允許持續信號已發出的顯示，以方便運行人員判斷冷凍機組是否被允許啟動。同時將冷凍機組控制頁面彈出框“Start”和“Stop”按鈕修改為“Enable”和“Disable”。

2.2.2 方案2

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

經與冷凍機組廠家技術人員核實，除“Auto”模式和“Stop”模式的區別外，冷凍機組的卸載狀態和停機狀態完全一樣。“Stop”模式下的停機是真正的停機;“Auto”模式下，由于出口冷凍水水溫低于3.3℃的停機就是卸載，如果在未滿足冷凍水水溫低條件就停機則屬冷凍機組故障。

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

該方案的關鍵是如何獲取冷凍機組出口冷凍水水溫信號，有如下兩種方法：一是選取CBI設計范圍的冷凍機組出口水溫傳感器信號，但由于該儀表和冷凍機組內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。二是選擇冷凍機組內部自帶出口冷凍水溫傳感器信號。在冷凍機組送給PLS 的Modbus信號（以MS03為例）中，有一個信號為蒸發器出口水溫，點名為VWS-MS-03-TI2，Modbus地址為30005，是冷凍機組內部參與啟停控制的水溫信號，PLS可直接利用該Modbus信號參與邏輯聯鎖。這樣PLS和冷凍機組使用同一個水溫信號來進行邏輯控制，避免因水溫的細微差異而導致的問題。

2.3 方案分析比較

這兩種方案都能解決冷凍機組的控制邏輯缺陷：方案1無需知道冷凍機組的啟停時間，并符合PLS被控設備自帶控制系統的控制策略;但需要修改冷凍機組的接口方案，升版對應的接口規范書、采購規范書、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組的啟停時間，且當冷凍機組出口水溫設定值回差1.1℃調整后，PLS邏輯中的5.5℃定值也需要跟著改變，并不符合PLS被控設備自帶控制系統的控制策略;此外，由于VWS與其他多個系統的Modbus信號傳輸使用同一個DDS IP交換機和PLS的ELC卡件，發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

在以上分析的基礎上，將推薦方案通過現場設計代表反饋給海外DCS設計人員，最終海外設計方同意了該方案，并據此發布了PLS軟件變更包。現場根據此變更包對PLS邏輯和畫面進行了修改，并通過試驗驗證達到了預期效果，VWS冷凍機組的控制邏輯缺陷得到了解決。

4 結語

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

參考文獻：

[1]劉倩平，汪鵬，劉占盛，等.DEG系統和HC VWS系統的差異性分析[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。