摘要：本文主要介绍本人在凌津滩水电厂通过设计优化计算机监控系统的机组PLC控制程序，解决实际问题的设计思路和实践经验。通过对程序的完善与优化，提高了设备运行方式的合理性，并从技术措施上减少了设备故障发生率和误操作的发生风险。
关键词：计算机监控系统；可编程控制器；程序
Abstract：This article mainly focuses on the designing ideas and practical experience regarding the refinement of the PLC control program，which is utilized in the computer-monitoring system of the Ling Jin Tan Lingjintan power plant. Through efforts on developing the PLC program，the company has improved the integrity of the program’s operational process. Moreover，the accidents due to equipment failures and false operation of devices has been reduced as well.
Key words：computer-monitoring system，PLC，computer-monitoring system
1.计算机监控系统概况
凌津滩水电厂计算机监控系统在1998年电厂建设投产时，由法国CEGELEC公司设计实施。后于2008年9月，凌津滩水电厂与北京中水科技开发有限公司签订改造合同，对整个监控系统进行了重新设计和制造；2009年11月开始现场实施，至2010年4月，工程项目完成。
改造后的监控系统采用H9000 V4.0软件系统控制的开放分层分布式系统结构，由厂站级控制层和现地控制单元层组成。上位机系统各工作站、服务器与下位机系统各机组LCU、开关站LCU、公用系统LCU由2台Cisco ws-c4507r三层交换机通过光纤介质构成星型双网结构，整个系统最终形成为一个完整的具有分层分布式系统结构的高速冗余网络实时闭合过程控制系统。
2.系统运行情况分析
计算机监控系统改造后，其现地控制单元的PLC由改造前GE_9030系列的IC693CPU351换型为IC693CPU374；控制程序从Logicmaster 90编程软件平台的梯形图转换为用户环境更为友好的proficy machine edition5.90编程软件平台的功能块图。
在原可编程控制程序的移植过程中，由于程序设计人员对现场设备运行情况了解不深，对原程序设计人员的设计思路理解不够准确，致使改造后的计算机监控系统在试运行的1年间，其控制程序显露出一些设计缺陷和逻辑问题。另外，在设备运行方式的选择和控制上，原程序也存在着一些不足：
2.1用于在机组大轴与轴瓦之间形成油膜，减少因发生干摩擦或半干摩擦烧损轴瓦的高压油泵的启动与停止，在投产时设计为由机组LCU的开/停机指令进行控制，即开机指令发出时高压油泵启动，停机指令发出时高压油泵退出；机组运转期间，高压油泵采用连续运行的工作方式。高压油泵的长时间连续运行，加速了设备的老化和损伤，近年来发生多起高压油泵电机烧毁事故。
2.2机组分步开机流程中，步进间未设置条件闭锁，即后一步骤指令下发的有效性未以上一步骤指令完成为作为执行的必要条件。这样，在操作人员对机组进行分步开机操作时，易发生由于操作人员判断和操作的失误而引发机组越步开机，继而导致机组受损的恶性误操作事件。
2.3机组非电量保护由于自动化元器件可靠性不高，易发生异动，故一直未在PLC程序中实现非电量保护动作停机。
2.4利用PLC程序中的计时软继电器，实现对机组调速器压油泵及漏油泵、水泵等设备的运行监视功能。
3.PLC控制程序的优化与完善
从保证设备安全稳定运行的基本原则出发，根据设备的实际运行情况与需求，我们对计算机监控系统的PLC控制程序进行了功能完善和逻辑优化。
3.1由于机组在额定转速下运行时，大轴与轴瓦间由于润滑油离心力作用，能主动在大轴周围形成一层油膜，故高压油泵实际只需在机组低转速运行时为大轴与轴瓦间油膜的形成提供支持。为了提高高压油泵运行的有效性和安全性，在保障机组安全运行的情况下，将高压油泵在开机时启动，停机后停止运行，更改为开机时，自动启动，机组达到稳态10分钟后停止运行；机组停机时，高压油泵启动，停机稳态3分钟后停止运行。
3.1.1原程序中，高压油泵启动条件有3个，分别为“开机”、“停机稳态时机组有蠕动”以及“上位机手动启动”；高压油泵停止运行条件有两个，分别为“停机稳态”和“上位机手动停止”。
3.1.2程序完善：在高压油泵启动条件中增加两个触发条件，分另为“停机投高压油泵”、“发电稳态时，发导或水导轴承温度高”；在高压油泵停止运行条件中则增加一个触发条件“发电稳态”延时10分钟，如下图所示，其中，“发电稳态退高压油泵”Q1119取继电器动作的上升沿，使得高压油泵在发电稳态延时10分钟停止运行的触发条件只是瞬时有效，而不影响停机时重新触发高压油泵启动：
3.2机组非电量保护是指利用温度、压力、气体密度、流体流速等物理量对电气设备实施的保护，在电气设备的继电保护配置中有着不可替代的作用，是对常规配置的模拟量保护的重要补充。
我厂机组的非电量保护主要包含机组技术供水中断保护、机组轴承温度越限保护、定子温度越限保护及各种油流中断保护等，其中仅有机组技术供水中断在PLC程序中作用于停机，而轴承及定子温度越限等保护由于现场自动化元器件可靠性较低等原因一直未作用于停机，仅只发出告警信号，给机组的安全稳定运行带来了不安全的隐患。
一方面为确保机组安全稳定运行，同时，还要避免由于自动化元器件不可靠而造成机组非电量保护误动或拒动，从这两个角度考虑，我们对PLC程序中的机组非电量保护流程进行了完善和优化。
主要编程思想：将非电量保护测点按实际分布顺序分组，各分组中相邻非电量模拟量测点相串联，各分组再进行并联，然后测点模拟量与开关量相串联，短暂延时后出口，通过先串后并的连接方式，避免了机组因测点的测量故障而导致误动。
由于文章篇幅原因，在此不对所有非电量保护PLC程序一一叙述，仅以反推力轴承温度过高保护作为示例：
3.2.1反推力轴承共有6个测点，以相邻测点同组的原则，将测点划分为3组；同组测点相串联，各组相并联；模拟量输入与开关量输入信号相串联；延时3秒后出口，防止因多点同时断线或短路情况下发生误动（非电量跳闸的断线闭锁保护定值按19.8mA设定[模拟量范围为4-20mA，对应定值为24000—32000]）
3.2.2PLC控制器中的反推力轴承温度过高继电器出口后，启动机械事故停机流程。
3.3我厂机组开机流程共分为八步，在发电机组检修后的开机试验时（或因其它工作原因）需通过计算机监控系统采取手动分步开机方式，即在监控系统中，手动执行分步开机第一步，等第一步执行完毕后，再手动执行分步开机的第二步，依此类推直至开机流程结束。在改造后的PLC程序中，对每一步开机流程的执行结果采用人为判断的方式进行确认，这种方式易导致操作人员因主观判断失误而发生跃步操作，继而造成机组事故的发生。
据此，我们对机组的开机流程进行了优化，即从分步开机第二步开始，在现地分步及上位机分步开机第二步中同时加入“分步开机第一步完成”的条件进行闭锁，之后的每一步类推，这样就有效防止了分步开机过程误操作情况的发生。如下图所示（以分步开机流程的第二步与第三步为示例）：
3.4我厂每台机组配置有2台调速器油泵，油泵的启停由压力继电器自动控制，当发生供油管路泄漏等故障时，调速器压油泵将增加启停频率以为维持调速器压油槽在正常压力范围；另外，各机组还配置有2台漏油泵，公用系统则配置了多台渗漏水泵、雨水泵、厂区/坝段排水泵，均由液位计自动控制其启停当启停液位计发生故障或发生其它事故时，油泵、水泵启停频率将增加。
利用PLC控制程序中提供的计时功能，增加对以上设备启停间隔、运行时间的监视。通过设置适当的运行时间告警值（告警值为经验运行值），一方面加强对油泵、水泵设备的保护，另一方面也增加了对机组发生其它故障时的判断依据。
4.程序功能完善及流程优化后设备的运行情况
4.1机组高压油泵的运行时间大为减小，由改造前平均每月运行四百多小时减少至不到十小时。改造至今，未再发生高压油泵电机轴承烧毁现象，且机组运行情况稳定。
4.2PLC控制程序中加入了机组非电量保护流程后，未发生因相关自动化元器件故障或异动而从PLC控制程序中启动事故停机流程，最终导致机组事故发生的不安全事件。
4.3通过在机组PLC分步开机控制程序中加入步进间的闭锁条件，使得运行操作人员在分步开机过程中，摆脱了依靠主观判断来确定机组开机进程的状况，从技术措施上有效减少了误操作事件的发生。
4.4机组油泵、水泵启停运行情况监视告警程序完善后，已帮助值班人员多次及时发现油、水系统故障，同时，也为维护人员进行设备运行分析提供了实时和历史数据依据。
为保证机组PLC控制程序修改后对设备的实际效果正确无误，我们对每一项程序的修改均编制了试验大纲进行验证，对试验过程中发现的问题再次进行修改，最终确定并实施了上述程序的修改方案。如机组非电量保护程序的修改我们编制了LCU非电量保护回路电源拉合试验，测点单点、多点断线和短路试验。在程序首次修改后的试验中，发现当同一组中的测点同时断线时，出口继电器将动作，即发生误动；根据试验结果，随即在程序中加入3S延时，解决了同一组测点同时断线时误动出口的问题。
5.结束语
以上阐述了近年来对我厂监控系统机组PLC控制程序的功能进行完善及流程优化的部分事例。
通过近年来对PLC控制程序的优化与完善，我们总结以下几点经验供以参考：
5.1机组PLC控制程序优化修改方案的设计，必须以保证设备安全稳定运行为中心，以设备运行的实际工况为基础，再暨以实践经验。如对时间定值或越限定值的设定、特别是对设备运行方式的变更。
5.2机组PLC控制程序优化方案的确定，必须反复通过模拟与联机试验，根据试验结果进一步对控制程序进行修缮，最后才能运用到设备的实际运行中。
5.3在对PCL控制程序的设计中，程序员首先要完全理解原程序的设计思想，但不能拘泥于原程序，在保证程序完整性的同时，要敢于对控制程序展开改进和创新。
参考文献：
[1] 《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》，国电发[2000]589号
[2] 《H9000 V4.0上位机系统集成手册》，北京中水科水电科技开发有限公司，2008，10
[3] 《GE Fanuc系列90-30PLC参考手册》（GFK0467），GE Fanuc Automation
作者简介：黄仞弋，男，1974年11月生，2000年7月毕业于常德文理学院，计算机信息及维护，从2005年开始至2013年期间在凌津滩水电厂从事水电厂计算机监控及信息系统维护工作。
论文作者:黄仞弋
论文发表刊物:《电力设备》2018年第31期
论文发表时间:2019/5/6
标签：机组论文; 油泵论文; 控制程序论文; 高压论文; 电量论文; 监控系统论文; 程序论文; 《电力设备》2018年第31期论文;