使用PLC以太网实现对隔河岩电厂LCU改造
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[07-22 00:48:23] 来源:http://www.dxs56.com 工学论文 阅读:8741次
2.3 PLC直接上网
经过多年探索和实践,计算机监控系统普遍采用分层、分布的系统结构,也就是按照被控设备分成单元,即LCU。现在较为普遍的LCU一般由工控机、控制器(PLC:用于数据采集和控制)、自动准同期装置、转速装置、变送器、电源等附件组成。工控机作为计算机监控系统内部网上的一个结点,各种数据经过工控机送到网上各个结点,控制命令经工控机下达到控制器等设备。因此工控机的可靠性显得非常重要。虽然工控机是工控产品,由于它的风扇、硬盘驱动器、软驱等旋转部件的存在,可靠性就有所降低。针对这种情况,人们把眼光纷纷投向以太网,考虑PLC的直接上网。现在国际上知名的几大厂家的PLC均能够实现直接上网,如施耐德公司全线的Quantum系列、Premium系列等、通用电气公司GE90-70系列、GE90-30系列、VersaMAX系列等、西门子公司的有关PLC、罗克韦尔PLC的有关系列控制器。
在隔河岩计算机监控改造工程中,采用了直接上网的形式。但它的结构还是符合分层分布(单元)式的结构原则。这种结构是符合“无人值班(关门运行)”的目标的。
2.4 冗余结构
双机热备冗余
现在PLC的可靠性是很高的,但为了把大型、特大型机组的可靠性提高到更高的水平,特别是满足隔河岩这种大型骨干电厂“无人值班(关门运行)”对LCU的要求,同时也利于维护(一台运行,另一台可处于编程状态),采用了双机(CPU)热备结构。双机热备的实现有两种放方式,一是硬件方式,一是软件方式。硬件方式如施耐德公司Quantum系列PLC双机热备、通用电气公司GE90-70系列双机热备等;软件方式通用电气公司GE90-30系列双机热备有一般硬件的方式性能比较好。但是不管那种方式,都要达到无扰切换。也就是切换的过程要保证控制连续进行、数据不丢失。这一点是非常重要的。 www.dxs56.com
在隔河岩计算机监控改造工程中,采用了施耐德公司Quantum系列PLC双机热备结构。当主控CPU故障或电源失去时,自动切换到备用CPU,备用CPU自动升为主控CPU,实现无扰切换。当进行维护时,可以手动进行主、备单元的切换。这样,可以提高可靠性指标。
光纤以太网冗余
对于LCU来说,它与系统的其它结点的连接方式,或说组网方式,现在普遍采用以太网,而且采用光纤作为介质。单网的可靠性已经很高,但考虑其它不可预见的机械物理上的等因数,可以考虑采用双光纤以太网。
隔河岩计算机监控系统采用了双光纤以太网。从LCU(PLC)而言,它的双光纤以太网工作方式不需要切换,而且是同时工作(ALL IN WORKING)的方式。这样,不需要切换,一旦一号网故障,二号网可以零时间切换过去。由此可以获得很高的性能。这是由Quantum系列PLC的以太网实现的功能。
与远程机箱的联结电缆冗余
一般情况,一个LCU单元需要几个扩展机箱。如隔河岩项目,它有五个扩展机箱。在Quantum系列PLC上,它有两种连接方式,一种是远程RIO(Remote Input/Output)方式,一种是分布DIO(DistributedInput/Output)方式。隔河岩项目采用的是RIO方式,它的扩展机箱称为远程站(RemoteDrop)。
一般情况下,主机箱采用与扩展机箱采用单缆连接已经足够。但采用双缆可以获得更高的可靠性。如在龙羊峡水电厂,单机32万千瓦,PLC的主机箱在上游侧,其中一个远程站在下游侧。在该电站,采用双缆连接主机箱与该远程站,一跟从左侧走线,一跟从右侧走线,这样一旦一侧有火灾、机械损伤等不可预见性的因素,不影响系统的正常运行。
在隔河岩计算机监控改造工程中,也采用了双缆的结构。
输入冗余
一般来说,输入的冗余应该采用三取二的方法,即少数服从多数的方法。通用电气公司GE系列PLC 有这样的硬件结构,从CPU、输入、输出都三重冗余,以满足可靠性极高的情形,如冶金领域的高炉。但是它的投资大,在水电行业实在没有必要。但是,对于少数重要的信号,如用于事故停机、紧急事故停机的信号、重要设备如出口断路器的状态信号有两路信号输入,就存在如何处理的问题。在隔河岩计算机监控改造工程中,就遇到这样的问题。处理的方法是采用安全倾向因子,在不同的状态、过程中,可以采用不同的安全倾向因子,这样用一对冗余信号加一组安全倾向因子,就可以得到在不同的状态、过程中一组信号。一个安全倾向因子可以是几个甚至更多个信号的逻辑运算结果。 www.dxs56.com
5)输出冗余
对于部分重要设备,如灭磁开关、出口断路器,为保证其在任何情况下的高可靠性动作,需要对每一个这样的设备配置两个开出通道,即配置冗余的通道,已保证其可靠性。有些电厂的出口断路器。如隔河岩的,分闸就是两个线圈,正常工作线圈和后备线圈,任何一个线圈励磁,断路器都会分闸。实际上就是设备的冗余。国电公司在“无人值班(关门运行)征求意见稿”中有过这样的要求。
一般,冗余的通道动作策略有两种:
一种是采用两个冗余通道同时动作的策略;
另一种是采用在第一个通道动作失败后,冗余的第二通道再动做的策略。
显然同时动作不是很好,因为正常情况下,设备会正常动作。这种情况下,第二通道动作没有必要,可能造成第一通道动作失败后,第二冗余通道动作不能正常动作。
采用后一种办法较好。监视第一个通道动作,在一定时间内,状态没有反馈回来,第二通道动作。这样,第二通道几乎没有“表现的机会”,一旦让他表演,他会“准确而恰如其分地表演”。 在隔河岩计算机监控改造工程中,就是采用这种方案,取得了比较理想的效果。
电源的冗余
电源的重要性不言而喻。再好的设备,不提供电源,什么都无从谈起。在隔河岩计算机监控改造工程中,采用了电源冗余技术。隔河岩电厂的主电源为DC110V,I/O电源为DC24V。在远程站中,采用两块电源模块相冗余,在CPU机箱采用单电源(每一个CPU机箱占用独立的底板)。电厂提供两路DC110V电源,一路DC110V电源提供给其中一个CPU机箱电源模块和远程站的一个电源模块,另一路DC110V电源提供给另一个CPU机箱电源和远程站的另一个电源模块。两路DC110V各通过DC/DC转换产生DC24V,两路DC24V之间形成冗余。正常情况下,两路DC110V都供电,两个CPU机箱一主一备正常工作,DC24V正常工作,远程站上的两块电源各承担该机箱一半负荷。当一路DC110V故障时,其中一个CPU机箱能够正常工作(当备用CPU机箱上电源失去时,没有什么操作,也没有什么影响。当主用CPU失去电源时,备用CPU无扰动切成主CPU),一路DC24V正常工作,远程站上的其中一块电源承担该机箱全部负荷。这样就实现了电源的冗余。
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