摘要：本文主要介绍了施耐德昆腾系列PLC在大中型水力发电厂的机组控制应用中，当“算法或溢出错误”发生时，分别从外在现象、数据传递原理、运算过程等方面进行分析的一种方法。
关键词：PLC；溢出；寄存器；有功功率
引言
五强溪水电厂位于湖南省怀化市沅陵县境内，电厂总装机容量1200MW，安装5台250MW的混流式机组（额定水头44.5m），是沅水流域骨干电厂，也是华中电网骨干调峰调频电厂。1号~5号机组的现地控制单元（LCU）均采用施耐德昆腾系列PLC，编程软件为Unity Pro V5.0。
1 概述
2016年4月8日10:29:05~10:29:07，2号机组带有功功率250MW，监控系统上位机操作员站突发如下报警：
检查情况：
(1)2号机组LCU 为CPUB主用，CPUA备用，工况正常。
(2)2号机组LCU触摸屏报“PLC溢出或运算错误 动作”，未复归。
(3)2号机组LCU触摸屏无扫查开入量信号变位报警。
(4)使用维护终端检查CPUB中“PLC溢出或运算错误”地址%s18为1，检查CPUA中“PLC溢出或运算错误”地址%s18为0，判断“PLC溢出或运算错误”为瞬时报警，实际已复归。
2 原因分析
2.1 扫查开入量异常变位分析
五强溪电厂计算机监控系统上位机使用北京中水科的H9000 V3.0a系统，下位机使用施耐德昆腾系列PLC，采用分层分布式结构布置。信号传递过程大致为①PLC数据采集模块→CPU模块中PLC程序→现地LCU触摸屏；②PLC数据采集模块→CPU模块中PLC程序→CPU中虚点寄存器→上位机系统。
2.1.1 PLC扫查开入量上送原理
DI模块共9个，每个模块含32个通道，共288通道，通道号为%I001~%I228，上送过程如下：
%I001~%I288 */送触摸屏
经IEC_BMDI功能块转换为：
==> %MW111~%MW128 */每个%I占用1bit，每个%MW占用16bit
经内部封装功能块X4_4X_64转换为：
==> %MW1762~%MW1779
注：%MW为系统内部虚点寄存器地址，此类地址主要用于通信量存储，包含上位机指令下达、触摸屏指令下达、振摆通信数据寄存、百抄表数据寄存、送上位机量寄存等，根据H9000_PLC_V3.0规约，通过使用不同的地址段完成各类数据寄存。
2.1.2根据上述原理，本次发生异常变位的扫查开入量与虚点寄存器的对应关系如下：
由以上可知，所有异常变位信号均集中于%MW1776与%MW1777两个地址。将二进制换算为十进制为：%MW1776正常时为896，异常时为128；%MW1777正常时为0，异常时为60235。
根据2.1.1与2.1.2中相关原理及现象分析，因扫查开入量未实际动作，故所对应的%I类地址未发生变位，所以触摸屏未产生相应报警。而上位机产生异常变位报警是因虚点寄存器地址%MW1776与%MW1777被异常占用或异常写入，引起数值变化而导致。
2.2“PLC溢出或运算错误”分析
2.2.1 “PLC溢出或运算错误”信号上送原理
“PLC溢出或运算错误”属PLC综合信息量，由PLC内部判断产生。“PLC溢出或运算错误”为PLC的系统位，位符号为%s18，上送过程如下：
%s18
经MOVE模块转换为：
==> %m455
经IEC_BMDI功能块转换为：
==> %MW161:10
经内部封装功能块X4_4X_64转换为：
==> %MW1804:07
2.2.2 “PLC溢出或运算错误”产生原理
正常情况下，%s18设置为 0，如果存在以下情况，当发生容量溢出事件时，此位将设置为 1：
结果大于 + 32 767 或小于 - 32 768（单精度长度）
结果大于 + 65 535（无符号整数）
结果大于 + 2 147 483 647 或小于 - 2 147 483 648（双精度长度）
结果大于 +4 294 967 296（双精度长度或无符号整数）
实际值超出限制
被零除
负数的平方根
在鼓上强制执行不存在的步
试图占用已满的寄存器，试图清空已空的寄存器
2.2.3 根据2.2.1与2.2.2中相关原理分析，“PLC溢出或运算错误”在上位机与触摸屏中均有报警，且实际系统位%s18为1，故排除虚点寄存器%MW1804:07被异常写入或占用，是实际发生了“PLC溢出或运算错误”。查看PLC状态寄存器得到以下信息：
系统报警 算术错误 2016/4/8 10:43:28
故障任务： MAST
CPU故障类型（%SW125）： 溢出缺省值
程序戳记： WQX_F2\程序\任务\MAST\段
\P_Power(l:2,c:1)
可见溢出发生在“WQX_F2\程序\任务\MAST\段\P_Power(l:2,c:1)”中，该段程序为有功给定与实发值做差值运算，程序段如下：
*/运算方法： P_X=INT_TO_REAL(P_Given-P_Field);
REAL:P_X
INT:P_Given @ %MW1400
INT:P_Field @ %iw54 |‘有功功率’
*/功能描述：定义上位机有功给定%MW1400为整型的P_Given，定义实采有功功率（变送器）%iw54为整型的P_Field,定义P_X为浮点型，做如下运算:
P_Given - P_Field
将结果由整型转换为浮点型，并赋值给P_X。
2.2.4 小结
由以上分析，P_Given、P_Given数据类型为int，整型，数值范围为（-32767，+32767），运算结果超过其数值范围，就会产生“PLC溢出或运算错误”报警。
正常运行时，P_Given、P_Given均不可能在（-32767，0）区间内赋值，运算符为减法，所以不会溢出。在当时上位机给定有功是250MW，实际对应于P_Given值为13333，如果当时P_Field @ %iw54 |有功功率产生瞬间故障（准确的说，只有在断线情况下，才会赋值-32767，其他情况均不可能出现负数），PLC检测到P_Field @ %iw54 |有功功率为负的最大值，即-32767，这样13333-（-32768）=46101，超出一个整型字的最大值32767，就会发生PLC溢出或运算错误故障报警。
P_Given（有功实发）为模拟量输入值，PLC无法直接修改，且正常情况下P_Field值为（0-300MW,plc值0-16000），P_Given值范围为（0-255MW，0-13600），故该报警反应出二次回路可能存在接触不良导致瞬时断线故障。
3 优化处理过程
3.1瞬时故障，系统位%s18必须手动设置为0。
3.2检查二次回路是否存在接触不良。
3.3增加判断P_Given 、P_Field值有效性（0-32767），有效则参与计算，无效则弃之。
4 结束语
如今，PLC在工控系统中的应用已越来越广泛，其中施耐德昆腾系列PLC有很大的市场占有率。本文以五强溪水电厂2号机组LCU发生的“算法或运算错误”为例，详细阐述了该“错误”发生后的分析处理过程，可为业内发生类似问题时提供一种问题分析处理方式的参考。
参考文献
[1]《规约H9000_PLC_Unity3.0》.
[2]《五强溪水电厂监控系统LCU使用手册》.
[3]《五强溪水电厂H9000监控系统上位机维护手册》.
[4]《五强溪水电厂H9000监控系统上位机集成手册》.
[5]《Unity Pro的系统功能块库》.
[6]《Unity Pro语言和程序结构参考手册》.
作者简介
胡卫军，男，汉族，湖南宁乡，助理工程师，大学本科，主要从事水电厂电气设备维护管理工作。
论文作者:胡卫军1,谌普业2,刘杰2
论文发表刊物:《基层建设》2019年第11期
论文发表时间:2019/8/13
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