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

（大唐三門峽發(fā)電有限責(zé)任公司，河南三門峽472143）

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?！?/p>

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(shuō)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(guò)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(shuō)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(guò)Ovation網(wǎng)絡(luò)獲取所有控制處理器發(fā)出的信息，包括過(guò)程點(diǎn)數(shù)據(jù)、算法塊的參數(shù)和變量點(diǎn)的屬性等。

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(guò)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(guò)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(wèn)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(kāi)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(kāi)，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(kāi)關(guān)斷開(kāi)；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。