Ovation DCS控制系統(tǒng)取代莫迪康PLC控制器在ETS系統(tǒng)中的成功運(yùn)用

黃慶龍

【摘 要】莫迪康PLC控制器在ETS系統(tǒng)中的運(yùn)用較為普遍，且該型PLC控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，可靠性較高，但是隨著電力過程控制系統(tǒng)的發(fā)展和升級(jí)，原有的莫迪康PLC控制系統(tǒng)已出現(xiàn)了較多影響設(shè)備和系統(tǒng)安全運(yùn)行的隱患點(diǎn)，例如：該套ETS系統(tǒng)跳閘硬回路存在失電保護(hù)拒動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)；通訊網(wǎng)絡(luò)未完全獨(dú)立的冗余配置，不具備無(wú)擾切換功能等。這些較嚴(yán)重的設(shè)備缺陷，均已無(wú)法滿足《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》中的相關(guān)規(guī)定。

【Abstract】 The application of Modicon PLC controller in the ETS system is more common， and the type of PLC control system is stable， high reliability， but with the development and upgrade of the power process control system， the original Modicon PLC control system has more impact on the safe operation of the equipment and system， such as the risk of loss protection for the trip hard circuit of the ETS system， the communication network is not completely independent of redundant configuration， there is no switching function and so on. These serious equipment defects can not meet the relevant provisions of "the 25 Priority Requirements for Prevention of Electric Power Production Accidents".

【關(guān)鍵詞】保護(hù)拒動(dòng)；冗余；隱患

【Keywords】refusal-operation of protection； redundancy； hidden danger

【中圖分類號(hào)】TK269 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2018）01-0160-02

1 引言

汽輪機(jī)危急跳閘系統(tǒng)（ETS系統(tǒng)）作為機(jī)組重要的保護(hù)系統(tǒng)，在機(jī)組跳閘回路中應(yīng)設(shè)計(jì)為失電動(dòng)作，同時(shí)系統(tǒng)本身要有防止誤操作、保護(hù)誤動(dòng)的措施。我公司的莫迪康PLC控制器在設(shè)備硬件和保護(hù)配置方面已不滿足《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》中的相關(guān)規(guī)定。

2 改造前的莫迪康PLC控制系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)概述

大唐三門峽發(fā)電有限責(zé)任公司4號(hào)機(jī)組原ETS控制系統(tǒng)為莫迪康PLC控制器，該套系統(tǒng)于2006年投入運(yùn)行，整套系統(tǒng)集成了PLC雙機(jī)熱備控制器；I/O卡件；觸摸屏上位機(jī)等配置，在2015年進(jìn)行了整套系統(tǒng)的電源系統(tǒng)改造，將單配電源模塊升級(jí)為西門子24VDC雙電源切換電源系統(tǒng)。系統(tǒng)內(nèi)配置有110VDC AST跳閘回路和機(jī)組各抽汽逆止門電源回路。

2.2 改造必要性分析

根據(jù)《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》9.4.8條、9.1.2條和9.4.3的要求，“汽輪機(jī)緊急跳閘系統(tǒng)跳機(jī)繼電器應(yīng)設(shè)計(jì)為失電動(dòng)作，硬手操設(shè)備本身要有防止誤操作、動(dòng)作不可靠的措施，手動(dòng)停機(jī)保護(hù)應(yīng)具有獨(dú)立于分散控制系統(tǒng)（或可編程邏輯控制器PLC）裝置的硬跳閘控制回路”；“分散控制系統(tǒng)的控制器、系統(tǒng)電源、為I/O模件供電的直流電源、通訊網(wǎng)絡(luò)等均采用完全獨(dú)立的冗余配置，且具備無(wú)擾切換功能”；“所有重要的主、輔機(jī)保護(hù)都應(yīng)采用“三取二”的邏輯判斷方式，保護(hù)信號(hào)應(yīng)遵循從取樣點(diǎn)到輸入模件全程相對(duì)獨(dú)立的原則，確因系統(tǒng)原因測(cè)點(diǎn)數(shù)量不夠，應(yīng)有防保護(hù)誤動(dòng)措施。”

大唐三門峽發(fā)電有限責(zé)任公司的4號(hào)機(jī)組原ETS系統(tǒng)在保護(hù)配置和硬件組態(tài)方面均不滿足技術(shù)規(guī)范的要求，存在較高的保護(hù)誤動(dòng)和拒動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)，需進(jìn)行全面系統(tǒng)升級(jí)。

3 Ovation DCS控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介說明

3.1 Ovation控制系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

艾默生的Ovation 控制器在電力系統(tǒng)的過程控制中功能性較為強(qiáng)大，控制器能夠按需進(jìn)行多任務(wù)、多系統(tǒng)兼容性的操作和執(zhí)行等功能，適于執(zhí)行關(guān)鍵程序控制任務(wù)。同時(shí)控制器能夠?qū)崿F(xiàn)完全的無(wú)擾切換。控制系統(tǒng)集成SOE系統(tǒng)（歷史事件順序），SOE記錄下用戶設(shè)定的數(shù)字量輸入變化狀態(tài)序列的分辨率為1/8毫秒。

同時(shí)，控制系統(tǒng)的控制器能夠滿足不同設(shè)備的冗余要求，Ovation控制器的冗余配置主要包括：網(wǎng)絡(luò)接口；功能處理器、內(nèi)存和網(wǎng)絡(luò)控制器；處理器電源；I/O接口；輸入電源；I/O電源；輔助電源；遠(yuǎn)程I/O等。

3.2 Ovation控制器說明

Ovation控制器硬件配置在兼容通訊和供電的底板上，安裝有主控制器和后備控制器，冗余配置的24V電源分別為兩個(gè)控制器供電，每個(gè)控制器包含兩個(gè)模塊，一個(gè)模塊單元上配置有處理器、內(nèi)存和網(wǎng)絡(luò)端口；另一個(gè)模塊單元上配置有本地和遠(yuǎn)方的Ovation和Q Line I/O接口、內(nèi)部供電等。

每個(gè)控制器都執(zhí)行同樣的應(yīng)用程序，但只有一個(gè)控制器能與I/O通訊并且運(yùn)行在主控制模式下，備份的控制器運(yùn)行在后備、組態(tài)和離線模式，這樣的兩種模式被稱為“控制模式”和“后備模式”。

在控制模式下，主控制器為非冗余的處理器，它能直接對(duì)I/O進(jìn)行讀取、寫入和執(zhí)行數(shù)據(jù)采集、控制功能。此外，主控制器監(jiān)視著“后備”控制器和網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)。同時(shí)，在后備模式下，后備控制器診斷和監(jiān)視主控制器的狀態(tài)，后備控制器維持控制所需的最新數(shù)據(jù)，并且通過Ovation網(wǎng)絡(luò)獲取所有控制處理器發(fā)出的信息，包括過程點(diǎn)數(shù)據(jù)、算法塊的參數(shù)和變量點(diǎn)的屬性等。endprint

4 改造方案

4.1 ETS系統(tǒng)改造整體思路

原莫迪康的PLC控制系統(tǒng)改造為Ovation 的 DCS控制系統(tǒng)，該保護(hù)系統(tǒng)配置獨(dú)立的電源模塊、主備控制器、I/O卡件，主控制器運(yùn)行期間副控制器備用，主副控制器實(shí)現(xiàn)無(wú)擾切換。機(jī)組的主保護(hù)信號(hào)進(jìn)入到Ovation的ETS保護(hù)系統(tǒng)，在系統(tǒng)中執(zhí)行相關(guān)邏輯運(yùn)算，當(dāng)各保護(hù)信號(hào)達(dá)到保護(hù)動(dòng)作值時(shí)，將跳閘指令傳輸?shù)紸ST動(dòng)作指令單元，四塊獨(dú)立的AST繼電器卡動(dòng)作執(zhí)行跳閘指令。同時(shí)，動(dòng)作信號(hào)通過DO卡件最終輸出到DCS系統(tǒng)用于后續(xù)的連鎖動(dòng)作邏輯和報(bào)警顯示。

4.2 ETS系統(tǒng)硬接線的跳閘回路改造

原ETS保護(hù)跳閘硬接線回路中四個(gè)AST跳閘電磁閥回路電源為直流110VDC控制回路，AST1、AST3為一組，AST2、AST4為一組，保護(hù)主回路為失電動(dòng)作。AST主回路通過跳閘中間繼電器動(dòng)作，中間繼電器回路為24V控制回路，回路中包含手動(dòng)打閘停機(jī)和PLC輸出保護(hù)動(dòng)作兩部分。此回路存在的問題：24V電源一旦失去，手動(dòng)打閘停機(jī)和PLC輸出保護(hù)動(dòng)作均將失效，造成機(jī)組將無(wú)法安全打閘。

改造后ETS系統(tǒng)直接驅(qū)動(dòng)110VDC控制回路，手動(dòng)打閘、ETS跳閘均增加到此回路，AST跳閘回路依然為兩路110VDC獨(dú)立供電，跳閘節(jié)點(diǎn)為110VDC ETS系統(tǒng)跳閘繼電器的常開節(jié)點(diǎn)，機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)110VDC ETS系統(tǒng)跳閘繼電器帶電，則跳閘回路通，AST電磁閥得電；機(jī)組跳閘或ETS系統(tǒng)失電時(shí)，則跳閘回路斷開，AST電磁閥失電跳機(jī)。

4.3 ETS系統(tǒng)改造主保護(hù)邏輯改造

ETS系統(tǒng)中所配置機(jī)組主保護(hù)有20項(xiàng)，分別為：EH油壓低；潤(rùn)滑油壓低；高壓凝汽器真空低；低壓凝汽器真空低；軸向位移大；軸承振動(dòng)大；TSI超速；DEH超速；高排溫度高；軸承溫度高；手動(dòng)打閘；發(fā)電機(jī)故障；MFT；透平壓比低；就地打閘；主汽溫突降；再熱汽溫突降；發(fā)電機(jī)主油開關(guān)斷開；主油箱油位低；DEH失電。

ETS系統(tǒng)改造后，所有保護(hù)的信號(hào)均從取樣點(diǎn)到輸入模件全程相對(duì)獨(dú)立，且輸入至Ovation系統(tǒng)三路獨(dú)立信號(hào)，在Ovation系統(tǒng)邏輯中完成“三取二”的邏輯判斷輸出，保證了信號(hào)和保護(hù)的可靠性。

4.4 系統(tǒng)試驗(yàn)改造

AST電磁閥活動(dòng)試驗(yàn)、主機(jī)潤(rùn)滑油低試驗(yàn)、EH油壓低試驗(yàn)、真空低試驗(yàn)等操作試驗(yàn)，在原ETS系統(tǒng)中，需要在莫迪康PLC的集成工程機(jī)中進(jìn)行操作和監(jiān)視，這種試驗(yàn)方式非常不利于運(yùn)行人員和試驗(yàn)人員的監(jiān)視和操作，且相關(guān)試驗(yàn)不進(jìn)入DCS系統(tǒng)，無(wú)法進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)的相關(guān)數(shù)據(jù)的收集和分析。

利用這次ETS系統(tǒng)升級(jí)改造的機(jī)會(huì)，將AST電磁閥活動(dòng)試驗(yàn)、主機(jī)潤(rùn)滑油低試驗(yàn)、EH油壓低試驗(yàn)、真空低試驗(yàn)等操作試驗(yàn)的操作方式由ETS系統(tǒng)移至DCS系統(tǒng)，邏輯保護(hù)配置在ETS的Ovation系統(tǒng)中，保證了邏輯組態(tài)的可靠性的同時(shí)也使操作方式便捷和直觀。

4.5 ETS系統(tǒng)改造后試驗(yàn)

新的Ovation系統(tǒng)硬件安裝完成后，進(jìn)行了一系列的系統(tǒng)測(cè)試，包含了系統(tǒng)建立后的功能；信息確認(rèn)；I/O測(cè)試；網(wǎng)絡(luò)、控制器冗余功能測(cè)試；各功能站測(cè)試、網(wǎng)絡(luò)功能測(cè)試；上位機(jī)功能測(cè)試、機(jī)柜接地測(cè)試等。

5 改造后效果分析

現(xiàn)隨著機(jī)組啟動(dòng)運(yùn)行，ETS系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，在系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的情況下，先后進(jìn)行了系統(tǒng)性能指標(biāo)測(cè)試，各項(xiàng)系統(tǒng)指標(biāo)均符合相關(guān)技術(shù)要求和規(guī)范。ETS系統(tǒng)改造后使機(jī)組穩(wěn)定性和安全性得到大幅提升。

【參考文獻(xiàn)】

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