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水工业使用PLC以太网实现对隔河岩电厂LCU改造

发布时间:2020-06-30 18:06:02 阅读: 来源:云台厂家

经过多年努力,计算机监控系统在水电厂及其它领域的应用越来越广泛。对于水电厂来说,采用一套结构合理、功能完善、可靠性高、人机界面友好的计算机监控系统,是水电厂提高安全生产水平,实现“无人值班(关门运行)”的环节。非常可喜的是,经过国内同行们的努力,国内计算机监控技术的发展很快,已经接近或达到同类产品的国际先进水平。随着近几年计算机硬件、软件的快速发展,国内计算机监控技术不断得到发展。本文作者参加了清江隔河岩水电厂计算机监控系统改造工程,现就该厂LCU改造的特点,改造中所采用的新技术及LCU新型结构,进行初步探索,谈一下个人的看法,不当之处,希望批评指正。1.监控系统改造的目标隔河岩水电厂原采用加拿大的计算机监控系统,已稳定运行多年,为该厂安全生产及创国内一流水电厂作出了应有的贡献。但随着国民经济的发展,对电力系统、对电厂的要求越来越高,向国际的一流水电厂的技术、管理水平看齐,创建国际一流水电厂,从而实现管理水平高、技术先进、人员进一步精练、关门运行的目标,势在必行。一方面,原有的系统功能已不能满足要求,另一方面备品备件订货越来越困难,而且价格非常高,对电厂的安全运行形成隐患。为此对老系统必须进行更新改造,以便为创国际一流水电厂打下坚实的基础。对于LCU,改造的方法是:现地设备仅保留原有的盘柜柜体、自动准同期装置和24V电源、照明等少量附件,其它全部拆除,取而代之的是新的LCU,采用施耐德公司Quantum 系列PLC作为控制器。中国水利水电科学研究院自动化所提供了五套LCU,本文作者参加了LCU的研制、现场安装调试等改造工作,本文是对改造工作的总结和思考。U改造的特点2.1控制流程方式不同原监控系统是加拿大CAE研制的,CAE的模式与国内的一贯做法有很大差异。比如,开机有九大步,停机也有九大步。对于常规水电厂的机组,而我们的一贯做法是五态转换,所谓五态即停机态、空转态、空载态、发电态、不定态(前四种状态中过渡状态称为不定态)。(对于有调相任务的机组,还有调相态;对于抽水蓄能机组,还有水泵态;但不在讨论的常规机组范围之内。)机组一定处于五种状态之中。机组的开机、停机、解列、解列后并网等操作,不过就是机组在的停机态、空转态、空载态、发电态四种状态间的转换。虽然两种表示方法实质是一致的,但习惯于五态转换的人,要熟悉开机、停机各九大步,需要一定的时间。考虑到电厂从运行人员到检修维护人员都谙熟这开、停机九大步这一因素,虽然编程与调试都需要付出较大的努力去适应,还是采用了原来的开、停机九大步形式,以方便电厂人员的运行与维护。2.2使用结构化文本语言来编程原有计算机监控系统的LCU的程序是使用文本化语言编写的,它的风格与C语言相类似。与机组开停机形式采用各九大步相类似,由于电厂维护人员熟悉文本化语言,要求全部采用文本化的编程语言编写LCU的程序。在使用可编程控制器(以下称为PLC)时,我们通常使用梯形图的语言。它的好处是编程易学、直观、与电气二次展开图极为相似,非常适合电厂人员掌握,可以使现场维护人员方便的进行对程序的维护。在隔河岩计算机监控系统LCU部分改造中,采用了施耐德(Shneider)公司的Quantum 系列PLC,编程软件采用Concept2.2。该软件支持国际电工委员会IEEE1131的标准的全部五种语言,即:支持FBD(Function Block Diagram功能块图)、SFC(Sequential Function Chart顺序功能图)、LD(Laddar Diagram梯形图)、ST(Structured Text结构化文本)和IL(Instruction pst指令表)五种语言。前三种语言是图形方式,后两种是文本方式。由于指令表IL语言指令的特点,具有可读性差,指令简单,不直观,可移植能力差,非结构化文本(有JUMP指令),数据处理能力不强(无循环FOR语句),只能适合较小规模的控制。ST语言是一种结构化的文本语言。它与C语言很相似。它不仅具有丰富的逻辑处理能力,它还具有IF、CASE、FOR、WHILE、REPEAT、EXIT、EMPTY等语句,数据处理能力非常强,没有GOTO、 JUMP或类似的指令。因此,它的移植性很好,有利于程序的标准化。它与FBD、LD、SFC相比,不够直观,与电气二次展开图相去较远。另外,它的不足之处是占用较多内存且扫描周期要长一些(均与FBD、LD、SFC相比)。上面提到了LD语言的一些优点,FBD图与电气二次的原理图更接近。FBD、 SFC、LD都不具备IF、CASE、FOR、WHILE、REPEAT、EXIT、EMPTY等语句,数据处理能力不够强。根据我个人使用情况,比较可取的方法有:(1)全部使用ST;(2)使用ST与FBD相结合;(3)使用ST与LD相结合。(2)和(3)两种方法能够将两种语言的特点结合起来,是比较好的方式。因为用数据处理能力强的文本化语言处理数据,用直观性好的LD或FBD编制顺控流程,现场的技术人员能够比较容易接受、容易理解、容易接受。现场的技术人员最关心的是顺控流程。我个人比较倾向于(3)的方式。但是对于熟悉使用C语言或类似C语言的其它文本化语言的工程技术人员来说,或者对于特别复杂的顺控流程用LD或FBD实现很困难的情况,使用结构化文本ST语言是一个明智的选择。隔河岩的情况就是这样,他们原来加拿大CAE计算机监控的LCU的全部流程是用类似C语言的文本化的语言编制的,他们的机组顺控流程也很复杂,因此电厂要求所有流程使用ST语言编制。这样,改造后的LCU的程序,与原来的程序风格上接近,电厂的技术人员比较容易理解和维护。实践证明,选择ST语言是正确的。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。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。

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