一、應用背景
“噴射技術”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、噴射混合及反應、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”是涉及液、氣、固等多相流體的傳能、傳質及化學反應的新高技術學科。目前它己在我國國民經濟各部門廣泛應用，并逐步形成新興產業(yè)。特別是在發(fā)水輪電機組降溫系統(tǒng)中，智能水力噴射裝置需求強勁。
二、應用需求
水輪發(fā)電機智能降溫裝置的基本構架圖如下(圖一)，該裝置的電氣自動化系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的核心部件之一，用于關鍵數(shù)據(jù)采集和控制策略的實施，是整個裝置智能化的關鍵。該系統(tǒng)的最大的挑戰(zhàn)是需要實現(xiàn)系統(tǒng)自學習功能，就是整個裝置需要自動化系統(tǒng)可自動根據(jù)環(huán)境的特點自動調整控制策略,并找到最佳控制策略。這就要求自動化系統(tǒng)除了能進行傳統(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。
該自動化系統(tǒng)的除實現(xiàn)系統(tǒng)自學習功能外，還有三大挑戰(zhàn)：
1、實現(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、將步進電機驅動整合到傳統(tǒng)的I/O控制系統(tǒng)中去，實現(xiàn)高效的電機控制功能；
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)境適應能力。
三、泓格解決方案
1、硬件解決方案
控制平臺采用泓格科技W-8331 WinPAC控制器，可處理更復雜任務，可實現(xiàn)主控單元及I/O冗余，其特點如下：
ü 提供32位CPU、64M SDRAM和1G CF卡，可處理復雜業(yè)務
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，幫用戶實現(xiàn)復雜的模糊控制程序設計
ü 提供多種通信方式滿足用戶實現(xiàn)冗余功能的需要
ü 更強的寬溫工作能力，滿足各種工況的高效工作
ü 內置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實現(xiàn)模擬量采集和開關量輸出的功能。
2、集成解決方案
智能型水輪發(fā)電機組噴射降溫系統(tǒng)的基本控制系統(tǒng)架構如圖二。系統(tǒng)將模擬信號處理、數(shù)字信號處理、步進電氣控制集成在一個控制系統(tǒng)中，大大簡化了系統(tǒng)設計和系統(tǒng)實施所需工作。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化系統(tǒng)開發(fā)的特點，并可以讓開發(fā)人員專注與應用開發(fā)，而不用過多的考慮硬件實現(xiàn)的過程。正是這種有效的結合，讓開發(fā)人員在段時間內基于泓格PAC產品開發(fā)出了創(chuàng)新的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了傳統(tǒng)自動化行業(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，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)電機組的降溫工作是一個不可間斷的工作，這就要求噴射降溫系統(tǒng)必須保持連續(xù)的工作狀態(tài)。為實現(xiàn)這個要求，開發(fā)人員利用兩臺W-8331控制器進行雙機冗余配置，保障了噴射降溫系統(tǒng)的連續(xù)可靠工作。系統(tǒng)冗余控制架構如圖三：
1、兩臺W-8331控制器搭配同樣的I/O模塊和同樣的步進電機驅動系統(tǒng)。兩臺W-8331控制器都通過網(wǎng)絡連接到監(jiān)控服務器，其中一臺作為主控制器，另外一臺作為備用控制器；
2、兩臺W-8331控制器通過RS-485接口進行連接，主控制器將實時的運行狀態(tài)和各種參數(shù)通過RS-485口寫入到備用的W-8331控制器的內部數(shù)據(jù)庫中；
3、當主控制器發(fā)生故障或著需要進行維護時，備用控制器可自動進入工作狀態(tài)，并記錄實時的狀態(tài)數(shù)據(jù)和參數(shù)。當主控制器恢復工作時，備用控制器會先刷新主控器上的數(shù)據(jù)和參數(shù)，再啟動主控制器進入工作狀態(tài)。
四、系統(tǒng)帶來的效益
因為泓格PAC系統(tǒng)的開放性和易用性特點，計算機專業(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W-8331控制器在不添加其它控制設備的情況下完成了冗余系統(tǒng)的設計，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)定的運行在國外水電站中，為水輪發(fā)電機提供降溫服務。
