沈陽

為滿足液壓式CNG加氣子站橇體控制系統(tǒng)的需要，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于狀態(tài)機(jī)思想的PLC控制方式。

液壓式CNG加氣子站橇體作為CNG加氣站增壓設(shè)備，目前在各個(gè)CNG加氣站廣泛應(yīng)用，系統(tǒng)控制幾乎都是PLC控制。由于PLC的特殊性，編程控制方式類似于電路中的通斷方式，這種設(shè)備過程控制方式在早期一些簡單的設(shè)備非常實(shí)用，簡單明了。而隨著設(shè)備應(yīng)用要求的發(fā)展，控制越來越復(fù)雜，編程設(shè)計(jì)人員在這種控制方式思想下完成的系統(tǒng)每一個(gè)邏輯網(wǎng)絡(luò)都會(huì)產(chǎn)生大量的通斷控制條件，容易出錯(cuò)，難以維護(hù)，查找問題也變得異常困難。因此，這種控制方式越來越滿足不了實(shí)際需求。狀態(tài)機(jī)及其技術(shù)是一種簡單、結(jié)構(gòu)清晰、設(shè)計(jì)靈活的方法，它易于建立、理解和維護(hù)，特別應(yīng)用在具有大量狀態(tài)轉(zhuǎn)移和復(fù)雜時(shí)序控制的系統(tǒng)中，更顯其優(yōu)勢?；跔顟B(tài)機(jī)思想的編程方式正是應(yīng)液壓式CNG加氣子站橇體控制系統(tǒng)的復(fù)雜需求而設(shè)計(jì)。

一、 狀態(tài)機(jī)名詞解釋

有限狀態(tài)機(jī)的簡稱，是表示有限個(gè)狀態(tài)以及在這些狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移和動(dòng)作等行為的數(shù)學(xué)模型。

狀態(tài)機(jī)可歸納為4個(gè)要素，即現(xiàn)態(tài)、條件、動(dòng)作、次態(tài)。這樣的歸納，主要是出于對狀態(tài)機(jī)的內(nèi)在因果關(guān)系的考慮?！艾F(xiàn)態(tài)”和“條件”是因，“動(dòng)作”和“次態(tài)”是果。詳解如下：

現(xiàn)態(tài)：是指當(dāng)前所處的狀態(tài)。

條件：又稱為“事件”，當(dāng)一個(gè)條件被滿足，將會(huì)觸發(fā)一個(gè)動(dòng)作，或者執(zhí)行一次狀態(tài)的遷移。

動(dòng)作：條件滿足后執(zhí)行的動(dòng)作。動(dòng)作執(zhí)行完畢后，可以遷移到新的狀態(tài)，也可以仍舊保持原狀態(tài)。動(dòng)作不是必需的，當(dāng)條件滿足后，也可以不執(zhí)行任何動(dòng)作，直接遷移到新狀態(tài)。

次態(tài)：條件滿足后要遷往的新狀態(tài)。“次態(tài)”是相對于“現(xiàn)態(tài)”而言的，“次態(tài)”一旦被激活，就轉(zhuǎn)變成新的“現(xiàn)態(tài)”了。

二、 系統(tǒng)工作原理

半掛車將天然氣從母站轉(zhuǎn)運(yùn)到加氣子站，半掛車共8個(gè)氣瓶，分成單（1、3、5、7）、雙（2、4、6、8）兩組各四個(gè)氣瓶組。單雙兩組氣瓶后端分別由一根油路軟管接到液壓式CNG加氣子站橇體上（單組接在單供油管、雙組接在雙供油管），通過橇體換向閥組（單注油、單回油、雙注油、雙回油）切換油路流向。所有氣瓶前端管路匯集到一起由一根氣路軟管接到橇體緩沖瓶上，再連接至加氣機(jī)。橇體油箱內(nèi)裝有特殊性質(zhì)的液壓油，經(jīng)高壓柱塞泵加壓至工作壓力后，將液壓油注入半掛車其中一氣瓶中（以1號氣瓶為例）。此時(shí)，換向閥組單供油路切換為單注油。該文原載于中國社會(huì)科學(xué)院文獻(xiàn)信息中心主辦的《環(huán)球市場信息導(dǎo)報(bào)》雜志http：//www.ems86.com總第577期2014年第45期-----轉(zhuǎn)載須注名來源由于液壓油是液體不能被壓縮而天然氣受壓會(huì)壓縮，所以注入的液壓油使得這個(gè)氣瓶內(nèi)CNG天然氣增壓，再通過加氣機(jī)實(shí)現(xiàn)給汽車加氣。當(dāng)這個(gè)氣瓶注滿油后，利用此氣瓶的氣體余壓，將液壓油反推回橇體油箱，此時(shí)換向閥組單供油路切換為單回油。同時(shí)對半掛車下一氣瓶2號氣瓶如上面所述那樣進(jìn)行注油，此時(shí)換向閥組雙供油路切換為雙注油，這樣1號氣瓶回油和2號氣瓶注油不會(huì)產(chǎn)生油路沖突。如此反復(fù)3到8號氣瓶，直至半掛車所有氣瓶天然氣用完，然后更換下一輛半掛車。原理圖如圖所示：

三、 系統(tǒng)軟件架構(gòu)

根據(jù)系統(tǒng)工作原理及其結(jié)構(gòu)，將劃分成若干狀態(tài)機(jī)。每個(gè)狀態(tài)機(jī)采用順序組織、平等執(zhí)行結(jié)構(gòu)，相互之間執(zhí)行無優(yōu)先級之分，每個(gè)狀態(tài)機(jī)分配一個(gè)變量來作為狀態(tài)機(jī)標(biāo)志，區(qū)分該狀態(tài)機(jī)的不同狀態(tài)。應(yīng)用模塊根據(jù)實(shí)際運(yùn)行過程需求獲取相關(guān)狀態(tài)機(jī)標(biāo)志變量值來決定執(zhí)行相關(guān)動(dòng)作或者觸發(fā)相關(guān)的狀態(tài)機(jī)進(jìn)入各種狀態(tài)，使得整個(gè)系統(tǒng)的每個(gè)狀態(tài)機(jī)有機(jī)的結(jié)合在一起，相互配合、有條不紊的運(yùn)行。本系統(tǒng)狀態(tài)機(jī)包含：模式狀態(tài)機(jī)、注油狀態(tài)機(jī)、回油狀態(tài)機(jī)、電機(jī)狀態(tài)機(jī)等

四、 各狀態(tài)機(jī)詳解

模式狀態(tài)機(jī)。用戶通過觸摸屏按鍵選擇相應(yīng)的工作模式——手動(dòng)回油、手動(dòng)注油、自動(dòng)運(yùn)行、非工作模式（非工作模式是指用戶在停機(jī)情況下進(jìn)行的一些參數(shù)修改、狀態(tài)預(yù)置等）。每個(gè)工作模式成為一個(gè)狀態(tài)，系統(tǒng)檢測到的用戶不同按鍵動(dòng)作執(zhí)行不同的狀態(tài)跳轉(zhuǎn)，從而完成工作模式的切換。

表1 模式狀態(tài)機(jī)

狀態(tài) 狀態(tài)描述

狀態(tài)S0： 非工作模式

狀態(tài)S1 手動(dòng)注油模式

狀態(tài)S2 手動(dòng)回油模式

狀態(tài)S3 自動(dòng)運(yùn)行模式

模式狀態(tài)機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如下：

注油狀態(tài)機(jī)。首先啟動(dòng)電機(jī)，電機(jī)啟動(dòng)成功后，打開相關(guān)的閥門，這樣液壓油就被注入半掛車氣瓶內(nèi)，直到氣瓶注滿油，整個(gè)注油過程結(jié)束。另外對打開相關(guān)閥門過程的狀態(tài)還可以按照打開閥門順序再細(xì)分，可以避免打開閥門過程中液壓油對橇體產(chǎn)生極大沖擊，使注油平穩(wěn)，如依次打開總注油閥狀態(tài)、換向閥組切換狀態(tài)、打開單元?dú)馄坑烷y狀態(tài)等。

回油狀態(tài)機(jī)。設(shè)置注油量使得氣瓶注滿油時(shí)有所占空間是氣瓶總?cè)萘康?5%，這樣氣瓶內(nèi)就有一定量的氣體余壓。打開回油管路上相關(guān)閥門，由于油箱和大氣相通為常壓，這樣氣體余壓和油箱常壓形成壓差，液壓油就被反推回油箱。直到氣瓶里的液壓油回完，整個(gè)回油過程結(jié)束。

電機(jī)狀態(tài)機(jī)。橇體使用高壓柱塞泵電機(jī)功率較大，一般在30-50kW。為了避免啟動(dòng)瞬間大電流沖擊傷害，影響電機(jī)壽命，采用軟啟動(dòng)方式。這樣電機(jī)的啟動(dòng)不是簡單地通斷電源，而是由幾個(gè)動(dòng)作形成一個(gè)軟啟動(dòng)到正常運(yùn)行的過程。

原有的PLC編程方式對大部分程序的組織順序有很嚴(yán)格的要求，往往在后期維護(hù)修改，特別是涉及到控制順序改動(dòng)的時(shí)候，變得異常困難?；跔顟B(tài)機(jī)思想的編程方式使軟件結(jié)構(gòu)變得清晰簡潔，縮短了系統(tǒng)的開發(fā)周期，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可維護(hù)性。同時(shí)模塊化也使得增加和減少模塊對其他模塊的干擾降低，使系統(tǒng)的擴(kuò)展性變得容易。

（作者單位：重慶耐德工業(yè)股份有限公司）