水工業(yè)使用PLC以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)隔河巖電廠LCU改造
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光纖以太網(wǎng)冗余
對(duì)于LCU來(lái)說(shuō)，它與系統(tǒng)的其它結(jié)點(diǎn)的連接方式，或說(shuō)組網(wǎng)方式，現(xiàn)在普遍采用以太網(wǎng)，而且采用光纖作為介質(zhì)。單網(wǎng)的可靠性已經(jīng)很高，但考慮其它不可預(yù)見(jiàn)的機(jī)械物理上的等因數(shù)，可以考慮采用雙光纖以太網(wǎng)。
隔河巖計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用了雙光纖以太網(wǎng)。從LCU（PLC）而言，它的雙光纖以太網(wǎng)工作方式不需要切換，而且是同時(shí)工作（ALL IN WORKING）的方式。這樣，不需要切換，一旦一號(hào)網(wǎng)故障，二號(hào)網(wǎng)可以零時(shí)間切換過(guò)去。由此可以獲得很高的性能。這是由Quantum 系列PLC的以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的功能。
與遠(yuǎn)程機(jī)箱的聯(lián)結(jié)電纜冗余
一般情況，一個(gè)LCU單元需要幾個(gè)擴(kuò)展機(jī)箱。如隔河巖項(xiàng)目，它有五個(gè)擴(kuò)展機(jī)箱。在Quantum系列PLC上，它有兩種連接方式，一種是遠(yuǎn)程 RIO（Remote Input/Output）方式，一種是分布DIO（DistributedInput/Output）方式。隔河巖項(xiàng)目采用的是 RIO方式，它的擴(kuò)展機(jī)箱稱為遠(yuǎn)程站（RemoteDrop）。
一般情況下，主機(jī)箱采用與擴(kuò)展機(jī)箱采用單纜連接已經(jīng)足夠。但采用雙纜可以獲得更高的可靠性。如在龍羊峽水電廠，單機(jī)32萬(wàn)千瓦，PLC的主機(jī)箱在上游側(cè)，其中一個(gè)遠(yuǎn)程站在下游側(cè)。在該電站，采用雙纜連接主機(jī)箱與該遠(yuǎn)程站，一跟從左側(cè)走線，一跟從右側(cè)走線，這樣一旦一側(cè)有火災(zāi)、機(jī)械損傷等不可預(yù)見(jiàn)性的因素，不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
在隔河巖計(jì)算機(jī)監(jiān)控改造工程中，也采用了雙纜的結(jié)構(gòu)。
輸入冗余
一般來(lái)說(shuō)，輸入的冗余應(yīng)該采用三取二的方法，即少數(shù)服從多數(shù)的方法。通用電氣公司GE系列PLC 有這樣的硬件結(jié)構(gòu)，從CPU、輸入、輸出都三重冗余，以滿足可靠性極高的情形，如冶金領(lǐng)域的高爐。但是它的投資大，在水電行業(yè)實(shí)在沒(méi)有必要。但是，對(duì)于少數(shù)重要的信號(hào)，如用于事故停機(jī)、緊急事故停機(jī)的信號(hào)、重要設(shè)備如出口斷路器的狀態(tài)信號(hào)有兩路信號(hào)輸入，就存在如何處理的問(wèn)題。在隔河巖計(jì)算機(jī)監(jiān)控改造工程中，就遇到這樣的問(wèn)題。處理的方法是采用安全傾向因子，在不同的狀態(tài)、過(guò)程中，可以采用不同的安全傾向因子，這樣用一對(duì)冗余信號(hào)加一組安全傾向因子，就可以得到在不同的狀態(tài)、過(guò)程中一組信號(hào)。一個(gè)安全傾向因子可以是幾個(gè)甚至更多個(gè)信號(hào)的邏輯運(yùn)算結(jié)果。
輸出冗余
對(duì)于部分重要設(shè)備，如滅磁開(kāi)關(guān)、出口斷路器，為保證其在任何情況下的高可靠性動(dòng)作，需要對(duì)每一個(gè)這樣的設(shè)備配置兩個(gè)開(kāi)出通道，即配置冗余的通道，已保證其可靠性。有些電廠的出口斷路器。如隔河巖的，分閘就是兩個(gè)線圈，正常工作線圈和后備線圈，任何一個(gè)線圈勵(lì)磁，斷路器都會(huì)分閘。實(shí)際上就是設(shè)備的冗余。國(guó)電公司在“無(wú)人值班（關(guān)門(mén)運(yùn)行）征求意見(jiàn)稿”中有過(guò)這樣的要求。
一般，冗余的通道動(dòng)作策略有兩種：
一種是采用兩個(gè)冗余通道同時(shí)動(dòng)作的策略;
另一種是采用在第一個(gè)通道動(dòng)作失敗后，冗余的第二通道再動(dòng)做的策略。
顯然同時(shí)動(dòng)作不是很好，因?yàn)檎Ｇ闆r下，設(shè)備會(huì)正常動(dòng)作。這種情況下，第二通道動(dòng)作沒(méi)有必要，可能造成第一通道動(dòng)作失敗后，第二冗余通道動(dòng)作不能正常動(dòng)作。
采用后一種辦法較好。監(jiān)視第一個(gè)通道動(dòng)作，在一定時(shí)間內(nèi)，狀態(tài)沒(méi)有反饋回來(lái)，第二通道動(dòng)作。這樣，第二通道幾乎沒(méi)有“表現(xiàn)的機(jī)會(huì)”，一旦讓他表演，他會(huì)“準(zhǔn)確而恰如其分地表演”。 在隔河巖計(jì)算機(jī)監(jiān)控改造工程中，就是采用這種方案，取得了比較理想的效果。
電源的冗余
電源的重要性不言而喻。再好的設(shè)備，不提供電源，什么都無(wú)從談起。在隔河巖計(jì)算機(jī)監(jiān)控改造工程中，采用了電源冗余技術(shù)。隔河巖電廠的主電源為 DC110V，I/O電源為DC24V。在遠(yuǎn)程站中，采用兩塊電源模塊相冗余，在CPU機(jī)箱采用單電源（每一個(gè)CPU機(jī)箱占用獨(dú)立的底板）。電廠提供兩路 DC110V電源，一路DC110V電源提供給其中一個(gè)CPU機(jī)箱電源模塊和遠(yuǎn)程站的一個(gè)電源模塊，另一路DC110V電源提供給另一個(gè)CPU機(jī)箱電源和遠(yuǎn)程站的另一個(gè)電源模塊。兩路DC110V各通過(guò)DC/DC轉(zhuǎn)換產(chǎn)生DC24V，兩路DC24V之間形成冗余。正常情況下，兩路DC110V都供電，兩個(gè) CPU機(jī)箱一主一備正常工作，DC24V正常工作，遠(yuǎn)程站上的兩塊電源各承擔(dān)該機(jī)箱一半負(fù)荷。當(dāng)一路DC110V故障時(shí)，其中一個(gè)CPU機(jī)箱能夠正常工作（當(dāng)備用CPU機(jī)箱上電源失去時(shí)，沒(méi)有什么操作，也沒(méi)有什么影響。當(dāng)主用CPU失去電源時(shí)，備用CPU無(wú)擾動(dòng)切成主CPU），一路DC24V正常工作，遠(yuǎn)程站上的其中一塊電源承擔(dān)該機(jī)箱全部負(fù)荷。這樣就實(shí)現(xiàn)了電源的冗余。
2.5 交流采樣與變送器
交流采樣的使用越來(lái)越多，大有代替變送器的趨勢(shì)。但是，現(xiàn)在對(duì)于交流采樣的理解不是那么清楚。隔河巖計(jì)算機(jī)監(jiān)控改造工程中，關(guān)于交流采樣與變送器處理與使用是比較恰當(dāng)?shù)?、合適的，是值得其它電站（廠）借鑒的。這里所說(shuō)的合理與恰當(dāng)，當(dāng)然指的是交流量的處理，因?yàn)楝F(xiàn)在對(duì)于直流及非電量只能采用變送器進(jìn)行采集處理。具體處理方法是：對(duì)于機(jī)組同期、機(jī)組有功功率、機(jī)組電壓（無(wú)功功率）、導(dǎo)葉開(kāi)限等實(shí)時(shí)性、可靠性要求高的控制環(huán)節(jié)，采用變送器。而采用交流采樣裝置采集發(fā)電機(jī)的三相電流、三相電壓（相、線）、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)等電氣參數(shù)。
2.6采用CableFast快速配線系統(tǒng)
按照常規(guī)的接線方式，各種I/O模塊到盤(pán)柜端子需要配線。隔河巖水電廠機(jī)組單機(jī)容量大，考慮的較完善，因此I/O點(diǎn)數(shù)多。開(kāi)關(guān)量輸入有320點(diǎn)，開(kāi)關(guān)量輸出有128點(diǎn)，溫度點(diǎn)數(shù)有64點(diǎn)，非電氣模擬量輸入有32點(diǎn)，模擬量輸出8點(diǎn)。共有I/O模塊25塊，每個(gè)模塊有40端子需要與端子現(xiàn)聯(lián)，至少要有 1000線需要接。但現(xiàn)場(chǎng)安裝改造時(shí)間非常有限，必須采取效率更高的方法。采用施耐德的快速接線系統(tǒng)CableFast是一種好的解決方法。 CableFast快速配線系統(tǒng)是施耐德公司的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，它將Quantum 接線端子與端子塊預(yù)先用電纜連接好，端子塊可以直接安裝在DIN導(dǎo)軌上，外部接線可以直接接在端子塊上，這樣就減少了配線的工作量，節(jié)省了大量時(shí)間，是一種比較好的方式。
2.7精心設(shè)計(jì)認(rèn)真準(zhǔn)備
為了使現(xiàn)場(chǎng)的配線、改造的工作量最小，也為以后的維護(hù)方便，需要精心地進(jìn)行設(shè)計(jì)。合理布局，合理配置。一般外部端子接線不要改變，這樣就可以減少施工時(shí)間。另外，要進(jìn)行充分的準(zhǔn)備，各種配件、各種工具等，否則就會(huì)影響工期
在隔河巖現(xiàn)場(chǎng)改造過(guò)程中，我們較好解決了這個(gè)問(wèn)題，使得現(xiàn)場(chǎng)的改造、裝配工作有條不紊地進(jìn)行，在保障工期地前提下，使裝配地工藝操作原進(jìn)口設(shè)備地工藝水平，得到電廠地好評(píng)。
3.結(jié)語(yǔ)
在清江隔河巖水電廠現(xiàn)地控制單元（LCU）改造中，在結(jié)構(gòu)、技術(shù)路線、實(shí)現(xiàn)方法上都有所創(chuàng)新。主要體現(xiàn)在水電行業(yè)首次使用QUANTUM PLC 直接上網(wǎng)（取消工控機(jī)），體現(xiàn)在采用了雙機(jī)熱備冗余、雙網(wǎng)、部分I/O冗余及電源的冗余。
隔河巖水電廠的LCU尤其是機(jī)組LCU I/O點(diǎn)數(shù)多，是一般同規(guī)模機(jī)組的3到4倍。而且監(jiān)控系統(tǒng)的改造要求高，特別是時(shí)間短。在不到三周的時(shí)間里，要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安裝、配線、調(diào)試，時(shí)間非常緊。經(jīng)過(guò)與電廠等有關(guān)方面的積極配合，隔河巖水電廠計(jì)算機(jī)改造工程已基本完成。目前，設(shè)備運(yùn)行良好，預(yù)期的目標(biāo)基本實(shí)現(xiàn)，效果是好的。
評(píng)論