基于泓格WinPAC的噴射降溫系統(tǒng)方案
一、應(yīng)用背景
“噴射技術(shù)”是以射流泵、噴射器、噴頭為主體組成的各種噴射裝置及流程系統(tǒng)。它們包括流體(液體、氣體及散狀固體)的輸送和壓縮，噴射真空、噴射制冷、噴射除氧、噴射推進(jìn)、噴射混合及反應(yīng)、噴射燃燒、噴灌、噴注、噴涂、射流曝氣、射流切割、射流控制等裝置及工藝流程。“噴射技術(shù)”是涉及液、氣、固等多相流體的傳能、傳質(zhì)及化學(xué)反應(yīng)的新高技術(shù)學(xué)科。目前它己在我國國民經(jīng)濟(jì)各部門廣泛應(yīng)用，并逐步形成新興產(chǎn)業(yè)。特別是在發(fā)水輪電機(jī)組降溫系統(tǒng)中，智能水力噴射裝置需求強(qiáng)勁。
二、應(yīng)用需求
水輪發(fā)電機(jī)智能降溫裝置的基本構(gòu)架圖如下(圖一)，該裝置的電氣自動(dòng)化系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的核心部件之一，用于關(guān)鍵數(shù)據(jù)采集和控制策略的實(shí)施，是整個(gè)裝置智能化的關(guān)鍵。該系統(tǒng)的最大的挑戰(zhàn)是需要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自學(xué)習(xí)功能，就是整個(gè)裝置需要自動(dòng)化系統(tǒng)可自動(dòng)根據(jù)環(huán)境的特點(diǎn)自動(dòng)調(diào)整控制策略,并找到最佳控制策略。這就要求自動(dòng)化系統(tǒng)除了能進(jìn)行傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和控制外,還必須具備基于模糊算法的智能建模能力。
該自動(dòng)化系統(tǒng)的除實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自學(xué)習(xí)功能外，還有三大挑戰(zhàn)：
1、實(shí)現(xiàn)主控制器的控制冗余，建立雙控制器冗余系統(tǒng)，保障系統(tǒng)不間斷工作;
2、將步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)整合到傳統(tǒng)的I/O控制系統(tǒng)中去，實(shí)現(xiàn)高效的電機(jī)控制功能;
3、控制系統(tǒng)工作在高溫、高濕環(huán)境，需要各部件具備良好的環(huán)境適應(yīng)能力。
1、硬件解決方案
控制平臺(tái)采用泓格科技W-8331 WinPAC控制器，可處理更復(fù)雜任務(wù)，可實(shí)現(xiàn)主控單元及I/O冗余，其特點(diǎn)如下：
ü 提供32位CPU、64M SDRAM和1G CF卡，可處理復(fù)雜業(yè)務(wù)
ü 采用Windows CE.net操作系統(tǒng)，提供多線程處理能力
ü 支持eVC++編程，幫用戶實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的模糊控制程序設(shè)計(jì)
ü 提供多種通信方式滿足用戶實(shí)現(xiàn)冗余功能的需要
ü 更強(qiáng)的寬溫工作能力，滿足各種工況的高效工作
ü 內(nèi)置RTC和雙看門狗保證系統(tǒng)穩(wěn)定
在系統(tǒng)中W-8331搭配I-87017RC和I-87057實(shí)現(xiàn)模擬量采集和開關(guān)量輸出的功能。
2、集成解決方案
智能型水輪發(fā)電機(jī)組噴射降溫系統(tǒng)的基本控制系統(tǒng)架構(gòu)如圖二。系統(tǒng)將模擬信號(hào)處理、數(shù)字信號(hào)處理、步進(jìn)電氣控制集成在一個(gè)控制系統(tǒng)中，大大簡化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)實(shí)施所需工作。泓格還為用戶提供了豐富的開發(fā)函數(shù)，讓傳統(tǒng)的IT開發(fā)人員很快就掌握了自動(dòng)化系統(tǒng)開發(fā)的特點(diǎn)，并可以讓開發(fā)人員專注與應(yīng)用開發(fā)，而不用過多的考慮硬件實(shí)現(xiàn)的過程。正是這種有效的結(jié)合，讓開發(fā)人員在段時(shí)間內(nèi)基于泓格PAC產(chǎn)品開發(fā)出了創(chuàng)新的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)自動(dòng)化行業(yè)少見的基于模糊控制的智能建模功能，為系統(tǒng)開發(fā)人員贏得了聲譽(yù)，并獲得了用戶的高度贊賞。
3、低成本冗余控制方案
水輪發(fā)電機(jī)組的降溫工作是一個(gè)不可間斷的工作，這就要求噴射降溫系統(tǒng)必須保持連續(xù)的工作狀態(tài)。為實(shí)現(xiàn)這個(gè)要求，開發(fā)人員利用兩臺(tái)W-8331控制器進(jìn)行雙機(jī)冗余配置，保障了噴射降溫系統(tǒng)的連續(xù)可靠工作。系統(tǒng)冗余控制架構(gòu)如圖三：
1、兩臺(tái)W-8331控制器搭配同樣的I/O模塊和同樣的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。兩臺(tái)W-8331控制器都通過網(wǎng)絡(luò)連接到監(jiān)控服務(wù)器，其中一臺(tái)作為主控制器，另外一臺(tái)作為備用控制器;
2、兩臺(tái)W-8331控制器通過RS-485接口進(jìn)行連接，主控制器將實(shí)時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)和各種參數(shù)通過RS-485口寫入到備用的W-8331控制器的內(nèi)部數(shù)據(jù)庫中;
3、當(dāng)主控制器發(fā)生故障或著需要進(jìn)行維護(hù)時(shí)，備用控制器可自動(dòng)進(jìn)入工作狀態(tài)，并記錄實(shí)時(shí)的狀態(tài)數(shù)據(jù)和參數(shù)。當(dāng)主控制器恢復(fù)工作時(shí)，備用控制器會(huì)先刷新主控器上的數(shù)據(jù)和參數(shù)，再啟動(dòng)主控制器進(jìn)入工作狀態(tài)。
四、系統(tǒng)帶來的效益
因?yàn)殂馪AC系統(tǒng)的開放性和易用性特點(diǎn)，計(jì)算機(jī)專業(yè)出身的用戶僅用短短4周就完成了系統(tǒng)開發(fā)，并且通過2臺(tái)W-8331控制器在不添加其它控制設(shè)備的情況下完成了冗余系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，讓系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性得到了極大的提升，更重要的是用戶只花費(fèi)了不到傳統(tǒng)解決方案一半的硬件投入。目前系統(tǒng)正穩(wěn)定的運(yùn)行在國外水電站中，為水輪發(fā)電機(jī)提供降溫服務(wù)。
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