Ovation DCS控制系統取代莫迪康PLC控制器在ETS系統中的成功運用

黃慶龍

（大唐三門峽發電有限責任公司，河南三門峽472143）

1 引言

汽輪機危急跳閘系統(ETS系統)作為機組重要的保護系統，在機組跳閘回路中應設計為失電動作，同時系統本身要有防止誤操作、保護誤動的措施。我公司的莫迪康PLC控制器在設備硬件和保護配置方面已不滿足《防止電力生產事故的二十五項重點要求》中的相關規定。

2 改造前的莫迪康PLC控制系統

2.1 系統概述

大唐三門峽發電有限責任公司4號機組原ETS控制系統為莫迪康PLC控制器，該套系統于2006年投入運行，整套系統集成了PLC雙機熱備控制器；I/O卡件；觸摸屏上位機等配置，在2015年進行了整套系統的電源系統改造，將單配電源模塊升級為西門子24VDC雙電源切換電源系統。系統內配置有110VDC AST跳閘回路和機組各抽汽逆止門電源回路。

2.2 改造必要性分析

根據《防止電力生產事故的二十五項重點要求》9.4.8條、9.1.2條和9.4.3的要求，“汽輪機緊急跳閘系統跳機繼電器應設計為失電動作，硬手操設備本身要有防止誤操作、動作不可靠的措施，手動停機保護應具有獨立于分散控制系統(或可編程邏輯控制器PLC)裝置的硬跳閘控制回路”；“分散控制系統的控制器、系統電源、為I/O模件供電的直流電源、通訊網絡等均采用完全獨立的冗余配置，且具備無擾切換功能”；“所有重要的主、輔機保護都應采用“三取二”的邏輯判斷方式，保護信號應遵循從取樣點到輸入模件全程相對獨立的原則，確因系統原因測點數量不夠，應有防保護誤動措施。”

大唐三門峽發電有限責任公司的4號機組原ETS系統在保護配置和硬件組態方面均不滿足技術規范的要求，存在較高的保護誤動和拒動的風險，需進行全面系統升級。

3 Ovation DCS控制系統簡介說明

3.1 Ovation控制系統優勢

艾默生的Ovation控制器在電力系統的過程控制中功能性較為強大，控制器能夠按需進行多任務、多系統兼容性的操作和執行等功能，適于執行關鍵程序控制任務。同時控制器能夠實現完全的無擾切換。控制系統集成SOE系統（歷史事件順序），SOE記錄下用戶設定的數字量輸入變化狀態序列的分辨率為1/8毫秒。

同時，控制系統的控制器能夠滿足不同設備的冗余要求，Ovation控制器的冗余配置主要包括：網絡接口；功能處理器、內存和網絡控制器；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電源分別為兩個控制器供電，每個控制器包含兩個模塊，一個模塊單元上配置有處理器、內存和網絡端口；另一個模塊單元上配置有本地和遠方的Ovation和Q Line I/O接口、內部供電等。

每個控制器都執行同樣的應用程序，但只有一個控制器能與I/O通訊并且運行在主控制模式下，備份的控制器運行在后備、組態和離線模式，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I/O進行讀取、寫入和執行數據采集、控制功能。此外，主控制器監視著“后備”控制器和網絡的狀態。同時，在后備模式下，后備控制器診斷和監視主控制器的狀態，后備控制器維持控制所需的最新數據，并且通過Ovation網絡獲取所有控制處理器發出的信息，包括過程點數據、算法塊的參數和變量點的屬性等。

4 改造方案

4.1 ETS系統改造整體思路

原莫迪康的PLC控制系統改造為Ovation的DCS控制系統，該保護系統配置獨立的電源模塊、主備控制器、I/O卡件，主控制器運行期間副控制器備用，主副控制器實現無擾切換。機組的主保護信號進入到Ovation的ETS保護系統，在系統中執行相關邏輯運算，當各保護信號達到保護動作值時，將跳閘指令傳輸到AST動作指令單元，四塊獨立的AST繼電器卡動作執行跳閘指令。同時，動作信號通過DO卡件最終輸出到DCS系統用于后續的連鎖動作邏輯和報警顯示。

4.2 ETS系統硬接線的跳閘回路改造

原ETS保護跳閘硬接線回路中四個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，保護主回路為失電動作。AST主回路通過跳閘中間繼電器動作，中間繼電器回路為24V控制回路，回路中包含手動打閘停機和PLC輸出保護動作兩部分。此回路存在的問題：24V電源一旦失去，手動打閘停機和PLC輸出保護動作均將失效，造成機組將無法安全打閘。

改造后ETS系統直接驅動110VDC控制回路，手動打閘、ETS跳閘均增加到此回路，AST跳閘回路依然為兩路110VDC獨立供電，跳閘節點為110VDC ETS系統跳閘繼電器的常開節點，機組正常運行時110VDC ETS系統跳閘繼電器帶電，則跳閘回路通，AST電磁閥得電；機組跳閘或ETS系統失電時，則跳閘回路斷開，AST電磁閥失電跳機。

4.3 ETS系統改造主保護邏輯改造

ETS系統中所配置機組主保護有20項，分別為：EH油壓低；潤滑油壓低；高壓凝汽器真空低；低壓凝汽器真空低；軸向位移大；軸承振動大；TSI超速；DEH超速；高排溫度高；軸承溫度高；手動打閘；發電機故障；MFT；透平壓比低；就地打閘；主汽溫突降；再熱汽溫突降；發電機主油開關斷開；主油箱油位低；DEH失電。

ETS系統改造后，所有保護的信號均從取樣點到輸入模件全程相對獨立，且輸入至Ovation系統三路獨立信號，在Ovation系統邏輯中完成“三取二”的邏輯判斷輸出，保證了信號和保護的可靠性。

4.4 系統試驗改造

AST電磁閥活動試驗、主機潤滑油低試驗、EH油壓低試驗、真空低試驗等操作試驗，在原ETS系統中，需要在莫迪康PLC的集成工程機中進行操作和監視，這種試驗方式非常不利于運行人員和試驗人員的監視和操作，且相關試驗不進入DCS系統，無法進行試驗時的相關數據的收集和分析。

利用這次ETS系統升級改造的機會，將AST電磁閥活動試驗、主機潤滑油低試驗、EH油壓低試驗、真空低試驗等操作試驗的操作方式由ETS系統移至DCS系統，邏輯保護配置在ETS的Ovation系統中，保證了邏輯組態的可靠性的同時也使操作方式便捷和直觀。

4.5 ETS系統改造后試驗

新的Ovation系統硬件安裝完成后，進行了一系列的系統測試，包含了系統建立后的功能；信息確認；I/O測試；網絡、控制器冗余功能測試；各功能站測試、網絡功能測試；上位機功能測試、機柜接地測試等。

5 改造后效果分析

現隨著機組啟動運行，ETS系統運行穩定，在系統穩定運行的情況下，先后進行了系統性能指標測試，各項系統指標均符合相關技術要求和規范。ETS系統改造后使機組穩定性和安全性得到大幅提升。