VWS冷冻机组控制逻辑缺陷分析与改进

摘要：以中央冷冻水系统（VWS）调试过程中发现的冷冻机组控制逻辑缺陷为基础，依据冷冻机组工作原理及接口要求，分析缺陷产生原因，并据此提出两种采取不同策略的改进方案。通过对两种方案的分析比较，推荐了一种相对较优方案，最后设计方采纳了推荐方案，现场执行该方案后达到了预期效果。

关键词：冷冻机组;PLS;控制逻辑

VWS（中央冷冻水系统）为电厂加热、通风和空调（HVAC）系统的空气处理机组及其他需要冷冻水冷却的设备提供冷冻水源[1]。

在完成VWS系统单体调试后，从MCR手动启动冷冻机组的过程中，出现了如下两种故障现象：一是在PLS发送冷冻机组启动命令后，冷冻机组无法正常启动，MCR显示“Command not taken”报警;二是在PLS未发送冷冻机组停机命令的情况下，冷冻机组自行停机，MCR显示“Uncommand motion”报警。

由于冷冻机组采用PLS的CCL-GEN0-101宏模块进行逻辑控制，在触发“Command not taken”或“Uncommand motion”信号后，会联锁产生“Lock out”信号，闭锁了冷冻机组启动命令的发出，导致冷冻机组无法正常启动。

1 系统逻辑分析

1.1 PLS控制逻辑

在“Manual”模式时，冷冻机组在冷冻水流量和CCS冷却水流量（只适用水冷冷冻机组）足够的情况下，可以在MCR手动启停;在“Auto”模式时，在冷冻水流量和CCS冷却水流量足够（只适用水冷冷冻机组）的前提下，冷冻机组与同一序列的冷冻水泵联锁，即冷冻水泵启动联锁启动冷冻机组，冷冻水泵停运联锁停运冷冻机组。

1.2 冷冻机组自带逻辑

冷冻机组由压缩机、蒸发器、冷凝器、油分离器、膨胀阀等主要部件组成，其自带一套专用控制系统，根据冷冻机组出口水温和负荷情况，自动控制压缩机启停及其启动的压缩机数量。

冷冻机组有“Auto”和“Stop”两种工作模式，在“Stop”模式下，冷冻机组不接受任何启动命令，闭锁启动;在“Auto”模式下，冷冻机组接收PLS远程启动命令（保持信号），并根据出口冷冻水水温进行启停控制，见图1。

2 缺陷分析及解决方案

2.1 缺陷分析

2.1.1 缺陷描述

在完成VWS系统单体调试后，多次尝试启动MS03未果后，结合现场实际情况，选择了高容子系统的风冷冷冻机组MS04A进行同样的试验，发现MS04A成功启动，但在等待一段时间之后MS04A卸载停机，MCR显示“Uncommand motion”报警。

2.1.2 原因分析

在发现问题后，先通过模拟信号的方式排除了硬件故障的可能性，将故障锁定在PLS启动信号上。查询MS03的CCL-GEN0-101宏模块配置打包点（点名VWS-MS-03-CFG1）后发现MS03的PLS启动命令配置为了脉冲信号（脉冲时间5s）。据图1可知，冷冻机组所需远程启动信号为持续信号，同时冷冻机组接口规范书APP-PLS-J4-020中也明确规定该信号为持续信号，由此可判断设计方未遵照接口规范书的要求，错将MS03的启动命令配置成了脉冲信号。

发现问题所在后，对其余5台冷冻机组进行了排查，发现PLS启动命令均配置为了持续信号，选择高容风冷冷冻机组MS04A进行同样的试验，结果发现问题依然存在，这说明还存在其它软件方面的问题。

查阅PLS启动命令趋势图后发现，启动命令发出5s后该信号由1变为0，即在PLS发出启动命令后，在5s内未收到MS04A运行反馈信号，从而判断设备故障，闭锁了启动命令，同时存在5s响应时间的设置，即在PLS发出启动命令后，在5s内MS04A的停止反馈信号未消失，闭锁启动命令。

通过就地短接的方式，测量MS04A的启动时间在20s左右，为了保险起见，将MS04A的响应时间/启动时间/停机时间在线修改为60s，再次尝试启动MS04A发现成功启动，问题似乎得到了解决。

在MS04A成功运行一段时间后，主控发现其在没有人为干预的情况下停运，同时主控无法再次启动，并显示“Uncommand motion”报警。经查询历史趋势，在此时间段内PLS并未发送任何MS04A停运信号，其自身也未发出报警或跳机信号，由此可判断MS04A属正常停机。据图1可知，在将MS04A置于“AUTO“模式并且MCR发送远程启动持续命令的情况下，MS04A根据其出口冷冻水水温进行启停控制，目标出口冷冻水水温为4.4℃，同时配置了1.1℃（可调）的回差。在MS04A启动后开始制冷，其出口冷冻水水温逐渐降低，当降低至3.3℃时MS04A卸载停机，触发PLS逻辑的“Uncommand motion”報警，进而闭锁了PLS启动命令，在MS04A停运一段时间后，其出口冷冻水水温逐渐升高至5.5℃时，MS04A由于缺少PLS发送的启动命令而无法再次启动。

综上，VWS冷冻机组的控制逻辑存在三种缺陷：低容风冷冷冻机组MS03的启动命令错配置为脉冲信号;6台冷冻机组的CCL-GEN0-101宏模块中配置的响应时间/启动时间/停运时间过短;6台冷冻机组根据其出口冷冻水水温进行启停控制，PLS启动命令只是其启动的允许条件。

2.2 解决方案

为了保证冷冻机组的安全、可靠、稳定运行，需改进如上描述的控制逻辑缺陷，其中低容风冷冷冻机组MS03的启动命令错配置为脉冲信号的解决方案很明确，设计方应遵照其发布的冷冻机组接口规范书的要求，将冷冻机组的控制指令配置成持续信号。

至于另外两个缺陷，经讨论研究提出了两种解决思路：取消冷冻机组逻辑中响应时间/启动时间/停机时间的判断;将冷冻机组卸载停机视为正常状态，不触发“Uncommand motion”报警，不闭锁PLS启动命令。对应两种解决思路提出解决方案如下：

2.2.1 方案1

改变冷冻机组的控制策略，由原来的PLS直接控制冷冻机组启停改变为PLS只提供冷冻机组的启动允许持续信号。为实现以上目标，利用现有的CCL-GEN0-101宏模块，将其配置打包点VWS-MSXX-CFG1的第4位修改为1，即使得一切与冷冻机组运行反馈相关的故障报警和指示失效。另外，在主控室的VWS系统MMI画面上设置冷冻机组启动允许持续信号已发出的显示，以方便运行人员判断冷冻机组是否被允许启动。同时将冷冻机组控制页面弹出框“Start”和“Stop”按钮修改为“Enable”和“Disable”。

2.2.2 方案2

因为冷冻机组反馈给PLS的运行信號是以压缩机运行状态表征的，而冷冻机组处于卸载状态时压缩机不工作，导致PLS无法区分冷冻机组的卸载状态和停机状态。既然如此，如果冷冻机组能够提供卸载状态信号给PLS，那么PLS就可以利用这个信号与冷冻机组运行状态信号作“或”逻辑后参与到故障判断逻辑中，同时冷冻机组的画面显示仍与运行状态信号关联，这样既保留了冷冻机组运行状态反馈故障判断的功能，又避免了卸载状态下的启动命令闭锁。

经与冷冻机组厂家技术人员核实，除“Auto”模式和“Stop”模式的区别外，冷冻机组的卸载状态和停机状态完全一样。“Stop”模式下的停机是真正的停机;“Auto”模式下，由于出口冷冻水水温低于3.3℃的停机就是卸载，如果在未满足冷冻水水温低条件就停机则属冷冻机组故障。

在未能找到冷冻机组卸载状态信号的情况下，可以考虑将冷冻机组出口冷冻水水温信号与启动命令联锁，即在出口冷冻水水温满足冷冻机组启动条件时，PLS才发出启动命令，这样冷冻机组能及时响应，避免了“Command not taken”报警，同时在冷冻机组出口冷冻水水温低时，PLS发送冷冻机组停机命令，避免了“Uncommand motion”报警。另外将冷冻机组的响应时间/启动时间/停运时间加长。

该方案的关键是如何获取冷冻机组出口冷冻水水温信号，有如下两种方法：一是选取CBI设计范围的冷冻机组出口水温传感器信号，但由于该仪表和冷冻机组内部自带温度传感器的安装位置存在一定的距离，加上仪表精度的差异，此方案不可行。二是选择冷冻机组内部自带出口冷冻水温传感器信号。在冷冻机组送给PLS 的Modbus信号（以MS03为例）中，有一个信号为蒸发器出口水温，点名为VWS-MS-03-TI2，Modbus地址为30005，是冷冻机组内部参与启停控制的水温信号，PLS可直接利用该Modbus信号参与逻辑联锁。这样PLS和冷冻机组使用同一个水温信号来进行逻辑控制，避免因水温的细微差异而导致的问题。

2.3 方案分析比较

这两种方案都能解决冷冻机组的控制逻辑缺陷：方案1无需知道冷冻机组的启停时间，并符合PLS被控设备自带控制系统的控制策略;但需要修改冷冻机组的接口方案，升版对应的接口规范书、采购规范书、M3C等一系列文件，文件工作量较大。

方案2不用修改冷冻机组的接口方案，并保留了原有的CCL宏模块所具有的故障判断功能;缺点在于需要测量每台冷冻机组的启停时间，且当冷冻机组出口水温设定值回差1.1℃调整后，PLS逻辑中的5.5℃定值也需要跟着改变，并不符合PLS被控设备自带控制系统的控制策略;此外，由于VWS与其他多个系统的Modbus信号传输使用同一个DDS IP交换机和PLS的ELC卡件，发生故障的概率相对较高。

综上，方案1更值得推荐，方案2可作为备选方案。

3 方案实施

在以上分析的基础上，将推荐方案通过现场设计代表反馈给海外DCS设计人员，最终海外设计方同意了该方案，并据此发布了PLS软件变更包。现场根据此变更包对PLS逻辑和画面进行了修改，并通过试验验证达到了预期效果，VWS冷冻机组的控制逻辑缺陷得到了解决。

4 结语

随着调试的不断深入，越来越多的PLS软件问题和设备问题暴露出来，其中最容易出问题的还是接口部分，本文所述VWS系统冷冻机组控制逻辑缺陷实质上是PLS与成套设备包MS01（水冷机组）和MS02（风冷机组）的接口问题，此类问题需后续重点关注与解决。

参考文献：

[1]刘倩平，汪鹏，刘占盛，等.DEG系统和HC VWS系统的差异性分析[J].山西建筑，2016（01）：140-141.

作者简介：林斌斌（1987.05-），男，浙江台州人，本科，工程师，从事核电站仪控维修。