觸摸屏作為協處理器在水輪機調速系統中的應用

孟凡東，李鋒鋒，孟 力

?

觸摸屏作為協處理器在水輪機調速系統中的應用

孟凡東，李鋒鋒，孟 力

（哈爾濱電機廠有限責任公司 哈爾濱 150040）

當水輪機調速系統以一主一備雙可編程控制器作為主控制器時，如果雙機采集信息不一致，則會嚴重影響機組運行的可靠性，為了解決這一問題，提出把觸摸屏作為協處理器，對雙機采集信息一致性進行判斷，并給出了觸摸屏的具體選型方案和實現方式，經現場運行表明該方案實用可靠。

水輪機調速器；觸摸屏；協處理器

0 前言

目前就調速器電調部分的主控制器而言，一般以可編程控制器為主[1-5]，其基本配置為兩套配置完全相同的中央處理器及其配套IO模塊。在調速器正常工作時，兩套PLC中一套主用，另一套備用，由于二者內部程序、參數設置及從外部采集的數字量和模擬量信號完全一致[6-10]，這就保證了調速器主用機出現嚴重故障時，對機械液壓隨動系統的控制權可以無擾地切換至備用機，保證了機組的安全運行[11-13]。由此可見對雙機采集信號的一致性判斷對保證調速器調節品質有著重要意義。本應用的目的就是引入觸摸屏作為協處理器，對調速器電調部分主控雙機采集的數字量和模擬量信號進行一致性判斷，以提高調速器控制系統的安全性和可靠性。

1 觸摸屏的選型及實現功能分析

1.1 觸摸屏的選型

觸摸屏（HMI）作為人機界面[14]的選型需要同時兼顧多種品牌可編程控制器的通訊要求，包括比較調速器常用的主控制器解決方案品牌：施耐德、西門子、貝加萊、AB、歐姆龍、三菱等。通過反復對比，研華WEBOP-2100T系列觸摸屏能在保證穩定運行的同時兼顧性價比，可以同時滿足與以上多種可編程控制器進行通訊的要求，而且具有更強大和靈活的宏編程功能，用戶通過宏編程來實現自己需要的一些特殊功能，故選定其為調速器電氣部分雙主控可編程控制器的協處理器。

1.2 實現功能分析

根據以往工程經驗和調速器運行原理，確定需要監測一致性的外部采集信號為：來自外部現地元件、調速器柜內變送器及遠方LCU的，并且同時輸入主控制器A和主控制器B的模擬量采集信號和數字量采集信號。

對于數字量信號一致性判斷方法：針對同一采集通道，調速器電氣部分雙主控可編程控制器的A機和B機的采集信息應完全一致，或同為高電平，或同為低電平，當二者采集信息異或結果為真，則對應該數字量通道進入A機和B機的采集信息一致性異常，相應的通道一致性判斷標志位應置位為真，經延時后通過觸摸屏向操作人員報警。

對于模擬量信號一致性判斷方法：雙機模擬量輸入信號均為4~20mA電流信號，分別同時進入A機和B機。對于進入A機和B機的同一個模擬量采集通道而言，比如導葉接力器開度反饋，當進入雙機中任一PLC的模擬量信號因為信號斷線、PLC模入通道故障或者主配位移傳感器滑塊或者螺絲松動時，則可能造成雙機針對同一模擬量的采集信息不一致的問題，即雙機機內采集值偏差過大，如果偏差絕對值超過設定閾值，并且持續一段時間，則可以判定針該模擬量通道的采集信息一致性異常。

2 具體實施和驗證方案

2.1 實施方案

從PLC側和HMI側在各自的編譯環境下，對各自相應的PLC程序和HMI程序進行以下工作：

（1）根據所要監控的同時進入調速器主控制器的A機和B機的數字量輸入信息和模擬量輸入信息，在A機和B機內部建立數字量通訊地址區和模擬量通訊地址區，在觸摸屏程序中建立與A機和B機通訊的相應地址變量，從而建立兩者的通訊聯系。

（2）在臺灣研華觸摸屏的WebOP Designer編譯環境下[15]，對觸摸屏側一致性判斷的宏程序進行編寫，需要用到的宏主要包括：啟示宏，即觸摸屏第一次啟動時運行的宏；主宏，當觸摸屏運行時就會不斷地循環執行的宏；時間宏，即觸摸屏將以所設定的時間周期運行的宏。編寫內容主要包括以下三方面內容：

①通過初始宏對計時器計數值進行初始化，對一致性判斷故障標志位進行初始化；

②在設定調用時間為500ms的時間宏內，編寫一致性判斷宏程序，通過計數時間宏運行次數來間接計時；

③通過主宏實時把主用機的工作模式及狀態寫入備用機，以備無擾切換。通過WebOP Designer的人機應用一般設置可以對啟示宏、時間宏及主宏進行配置。

下面僅以對數字量采集信息的一致性判斷的時間宏為例進行說明如下：

①^為異或運算符號，DI_InputCons0和2DI_InputCons0分別為A機和B機需要驗證數字量組成的16位正整數，其每一位對應一路數字量采集信息；

② $U20為計數器計數值，$U50各位為雙機數字量一致性判斷故障標志位各位如果雙機采集信息不一致，計數器開始計數否則計數器計數值清零，當雙機采集信息不一致計數值達到4（即持續時間達到2s）時，開始逐位判斷每一數字量采集通道一致性，并賦值為相應的故障標志位。

IF 1DI_InputCons0^2DI_InputCons0 == 0

$U20 = 0

$U50 = 0

ELSE

$U20 = $U20 + 1

ENDIF

IF $U20 >= 4

$U50.0= 1DI_DC125V1_Nml ^ 2DI_DC125V1_Nml(B)

$U50.1= 1DI_DC125V2_Nml ^ 2DI_DC125V2_Nml(B)

$U50.2= 1DI_PW1_Nml ^ 2DI_PW1_Nml(B)

$U50.3= 1DI_PW2_Nml ^ 2DI_PW2_Nml(B)

$U50.4= 1DI_DC24V1_Nml ^ 2DI_DC24V1_Nml(B)

$U50.5= 1DI_DC24V2_Nml ^ 2DI_DC24V2_Nml(B)

$U50.6= 1DI_Inc ^ 2DI_Inc(B)

$U50.7= 1DI_Dec ^ 2DI_Dec(B)

$U50.8= 1DI_OpnLmt_Inc ^ 2DI_OpnLmt_Inc(B)

$U50.9= 1DI_OpnLmt_Dec ^ 2DI_OpnLmt_Dec(B)

$U50.A= 1DI_Str ^ 2DI_Str(B)

$U50.B= 1DI_Stp ^ 2DI_Stp(B)

$U50.C= 1DI_Islnd ^ 2DI_Islnd(B)

$U50.D= 1DI_PwrSetAnlg ^ 2DI_PwrSetAnlg(B)

$U50.E= 1DI_FreReg ^ 2DI_FreReg(B)

$U20 = 4

ENDIF

2.2 驗證方案

（1）驗證雙機數字量采集信息的一致性：在PLC側，模針對每一個測試通道，分別模擬雙機采集信號分別模擬采集信號一致和不一致兩種狀態，在HMI側，觀察通訊至HMI的雙機采集信息的異或之后的結果，當異或結果為真持續2s以上時，HMI內部報警地址取值為真并報警。

（2）驗證雙機模擬量采集信息的一致性：在PLC側，模針對每一個測試通道，分別模擬雙機采集信號為如下2種情形：①A機和B機的同一測試通道采集信息的顯示值偏差的絕對值小于設定值；②A機和B機的同一測試通道采集信息的顯示值偏差的絕對值大于等于設定值，且持續2秒鐘以上。在HMI側，觀察通訊至HMI的雙機采集信息的機內顯示值偏差，當偏差超過設定值持續2秒鐘以上，HMI內部報警地址取值為真并報警。

3 結束語

在引入觸摸屏對A機和B機的雙機采集信息(包括開關量輸入信號和模擬量輸入信號)的一致性判斷后，尤其是對影響機組安全運行的特殊信號（包括：開機令、停機令、孤網運行令、發電機出口斷路器信號、鎖定投退信號、導葉位置信號及主配位置信號）一致性判斷的引入將進一步提高機組運行的安全性和可靠性，運維人員可以通過觸摸屏故障報警排查相應故障，觸摸屏在一定程度上起到了調速器電氣柜內雙PLC的協處理器作用，對原有調速器故障的分析和判斷起到了有益的補充作用，增強了調速器系統的自檢和容錯能力，該方案已經在厄瓜多爾索普拉多拉電站調速系統中應用，現場運行表明該方案，實用可靠。

[1] 茍先智. 新型調速器在石泉水電廠的應用[J]. 水電站機電技術.2015, 38(3):41-43.

[2] 蔡衛江，張雷，相海明. 基于南瑞MB40 PLC的水輪機調速器的設計及開發[J]. 水電廠自動化.2015，36(4):44-47.

[3] 徐田鵬，高月秀. 貝加萊X20系列PCC在水輪機調速系統中的應用[J]. 水電與新能源.2014(1): 37-39.

[4] 劉昌玉，傅維圣，李朝暉等. PCC步進式水輪機調速器[J]. 華中科技大學學報.2001, 29(4):36-37.

[5] 陳天宇. 貫流式水輪機雙微機調速系統的技術改造[J]. 水電站機電技術，2013,36(1):59-61,68.

[6] 王崢，王帆. PCC雙機智能步進式水輪機調速器探討[J]. 電氣傳動，2007,37(1):41-44.

[7] 潘熙和，黃業華，畢東紅等.水輪機調速器冗余方案探討與實踐[J]. 電力系統自動化, 2009,(21):104-105.

[8] 潘熙和，王麗娟. 我國水輪機調速技術創新回顧與學科前景展望[J]. 長江科學院院報, 2011, 28(10):221-225.

[9] 于江洲. 水輪機調速系統新技術的發展及其應用[J]. 水電廠自動化.2015,36(1):63-66.

[10] 蔡曉峰，張新龍，張雷. 淺談中國水輪機調速器電氣控制器的發展[J]. 水電廠自動化，2010,31(1):20-22.

[11] 楊天勇，譚文韜，顏曉斌，賈小平. 紫蘭壩電站水輪機調速系統故障分析及處理[J]. 東方電機.2014(2):61-65.

[12] 潘熙和，周國斌. 水輪機可編程調速器若干問題研究[J]. 長江科學院院報. 2001, 18(1):55-57.

[13] 金波.ASIC-PLC全數字式水輪機調速器[J]. 浙江大學學報, 2007,41(4):570-573.

[14] 黃業華，蔡維由，潘熙和. 用PPC機作為人機界面的水輪機微機調速器[J]. 華東電力, 2003,(8):75-77.

[15] WebOP Designer技術文檔[S]．研華股份有限公司．

The Application of Touch screen using as Coprocessor on Hydraulic Turbine Governor

MENG Fandong, LI Fengfeng, MENG Li

(Harbin Electrical Machinery Company Limited, Harbin 150040, China)

When the hydraulic turbine governor takes two programmable controllers as the main control part, the inconsistency of the main use programmable controller and the standby programmable controller will make great influence on the steady running of the unit. In order to solve this problem, this paper introduces the application of using the touch screen as coprocessor on hydraulic turbine governor, gives a specific scheme of type-selection and implementation. The scheme is proved to be practical and reliable by application.

hydraulic turbine governor; touch screen; coprocessor;

TK730.4+1

A

1000-3983(2017)06-0078-03

2016-01-20

孟凡東（1977-），男，2009年研究生畢業于哈爾濱理工大學，現主要從事水輪機組自動化設計工作，工程師。