水利工程論文-安康水力發(fā)電廠機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)改造 .doc

水利工程論文-安康水力發(fā)電廠機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)改造摘要：文通過分析安康發(fā)電機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)存在的缺陷和不足，提出升級改造的主要內(nèi)容：在保留原來電站自動化控制系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)的前提下，對電站自動化控制系統(tǒng)主控級工作站、服務(wù)器更換；應(yīng)用軟件升級到目前最新版本，即H9000V3.0。關(guān)鍵詞：電機(jī)組；監(jiān)控系統(tǒng)；改造安康水電廠1-4#機(jī)組監(jiān)控于1999年4月至2002年2月相繼投入運(yùn)行，采用中國水利水電科學(xué)研究院自動化所于二十世紀(jì)90年代初期設(shè)計開發(fā)的面向水電應(yīng)用的H9000V2.0分布開放計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)在投入后，暴露了一些問題，嚴(yán)重影響機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。針對這些問題檢修人員積極做了部分技術(shù)改造，但還是沒有從根本上得到解決。安康水電廠從2006年開始在廠內(nèi)進(jìn)行大規(guī)模環(huán)境治理、設(shè)備整治和整體升級改造，為實現(xiàn)“無人值班”(少人值守)及爭創(chuàng)“一流水電廠”創(chuàng)造條件。同時H9000V3.0在技術(shù)和實際應(yīng)用中已經(jīng)相當(dāng)成熟，于是2008年1月，在4#機(jī)組大修中率先對其監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了升級改造，到5月底又相繼對其他三臺機(jī)組也實施了監(jiān)控升級改造。1H9000V2.0系統(tǒng)及其運(yùn)行情況H9000V2.0系統(tǒng)計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)由兩臺主控機(jī)（上位機(jī)）和4套現(xiàn)地控制單元（1-4#機(jī)組LCU）組成。現(xiàn)地控制單元（LCU）分別由一體化工控機(jī)、現(xiàn)地PLC控制單元、通訊模件、模入模件、開入模件、中斷模件、開出模件等模塊組成。工控機(jī)：上位機(jī)與現(xiàn)地控制單元PLC通過工控機(jī)進(jìn)行通信，傳輸數(shù)據(jù)、指令，工控機(jī)若故障將使中央控制室失去對機(jī)組的運(yùn)行監(jiān)視和實時控制。獨(dú)立的雙冗余PLC：是LCU單元的核心，完成對監(jiān)控對象的數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)預(yù)處理，通過工控機(jī)向上位機(jī)傳送實時數(shù)據(jù)信息，并自動服從上位機(jī)的命令和管理,按照預(yù)先設(shè)定的程序進(jìn)行邏輯判斷，通過輸入輸出模塊完成對輔助設(shè)備的實時控制。模入、開入、中斷和開出模件主要完成機(jī)組運(yùn)行參數(shù)、狀態(tài)的采集和輸出PLC控制指令，這些模件安裝在不同位置的機(jī)架背板上。通訊模件用于PLC與安裝在不同機(jī)架上各模件的通訊。監(jiān)控系統(tǒng)投運(yùn)9年來，對機(jī)組安全運(yùn)行造成重大影響的故障進(jìn)行分析統(tǒng)計，工控機(jī)故障，如死機(jī)、硬盤損壞、風(fēng)扇磨損或集塵引起散熱不良致使元件燒壞等占到60%左右。通訊元件故障（主要是光電轉(zhuǎn)換器）占到40%，其他模件雖然也有很多缺陷，但只是影響個別輔助設(shè)備運(yùn)行，不會對機(jī)組整體安全構(gòu)成威脅。在機(jī)組LCU配置圖中可以看出，上位機(jī)的兩套獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)總線和現(xiàn)地LCU雙冗余PLC都要通過工控機(jī)進(jìn)行通信，這并不是完全意義上的硬件雙冗余互為備用的雙通道網(wǎng)絡(luò)。綜上，工控機(jī)是整個系統(tǒng)的瓶頸。2安康水電廠機(jī)組監(jiān)控升級改造H9000V3.0系統(tǒng)于2001年研制開發(fā)成功，V3.0版與過去較大改進(jìn)之處包括可編程控制器直接上以太網(wǎng)、提供監(jiān)控系統(tǒng)WEB瀏覽功能、最新國際標(biāo)準(zhǔn)通訊規(guī)約庫及軟件包等，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性。安康水電廠機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)升級改造的主要內(nèi)容是：在保留原來電站自動化控制系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)的前提下，對電站自動化控制系統(tǒng)主控級工作站、服務(wù)器更換；應(yīng)用軟件升級到目前最新版本，即H9000V3.0。LCU取消工控機(jī)，增加以太網(wǎng)模塊、通訊控制器、觸摸屏、現(xiàn)地交換機(jī)，更換SOE模塊；增加溫度RTD模塊及其機(jī)箱、電源等模塊。PLC的編程軟件從DOS（MODSOFT2.6）升級到WINDOWS（CONCEPT2.6）；增設(shè)機(jī)械事故停機(jī)后備PLC。下面分別就4F機(jī)組LCU升級改造項目進(jìn)行介紹：LCU取消工控機(jī)，增加以太網(wǎng)模塊、通訊控制器、觸摸屏、現(xiàn)地交換機(jī)，更換SOE模塊。工業(yè)控制微機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件，是影響LCU乃至監(jiān)控系統(tǒng)可靠性的瓶頸，在安康水電廠監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用證明也確實如此。H9000V3.0在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有較大改進(jìn)，LCU采用了可編程控制器（NOE77101）直接上以太網(wǎng)的方式，在控制主回路中取消了工控機(jī)，工控機(jī)（配置有觸摸屏）僅作為現(xiàn)地的輔助控制人機(jī)聯(lián)系設(shè)備，相當(dāng)于計算機(jī)顯示器的作用，系統(tǒng)正常運(yùn)行時，工控機(jī)可以退出運(yùn)行。由于控制主回路取消工控機(jī)，使上下位機(jī)通信更加流暢，設(shè)備狀態(tài)實時性更高，LCU的運(yùn)行可靠性大幅度提高，維護(hù)工作變得更加簡單，為下一階段安康水電廠實現(xiàn)無人值班（少人值守）運(yùn)行的要求創(chuàng)造了有利條件。機(jī)組LCU在PLC控制上仍然沿用老版本，仍是A、B兩套在硬件上相互獨(dú)立、軟件相同的雙冗余PLC，正常運(yùn)行期間一套PLC為“主站”，另一套為“熱備站”。不同的是每套PLC上增加了兩個以太網(wǎng)通訊模塊（NOE77101）以代替原來工控機(jī)承擔(dān)的機(jī)組LCU與上位機(jī)的通信任務(wù)，通訊網(wǎng)絡(luò)（NOE77101）通過光口分別與100M冗余以太網(wǎng)A網(wǎng)、B網(wǎng)相連接，改造后的機(jī)組LCU將通過4個通信通道與上位機(jī)相連接，每個通信模塊承擔(dān)的任務(wù)相同，正常運(yùn)行期間只有一個以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)模塊（NOE77101）處于工作狀態(tài)，其他三個處于熱備用狀態(tài)，從而徹底消除了原工控機(jī)給監(jiān)控系統(tǒng)造成的瓶頸，使監(jiān)控系統(tǒng)的控制可靠性得到進(jìn)一步加強(qiáng)。真正實現(xiàn)了H9000系統(tǒng)硬件與軟件冗余體系，軟件總體設(shè)計采用無主設(shè)計的概念，認(rèn)為系統(tǒng)整體出現(xiàn)故障的概率是零，系統(tǒng)永遠(yuǎn)是可控的。增加溫度RTD模塊及其機(jī)箱、電源等模塊。在H9000V2.0系統(tǒng)中機(jī)組溫度采集工作由溫度巡檢儀完成，溫度量通過工控機(jī)擴(kuò)展串口接入上位機(jī)，而不進(jìn)入PLC。H9000V3.0系統(tǒng)采用高性能的溫度量采集模塊（ARI03010）取代溫度巡檢儀原先所承擔(dān)的采集機(jī)組各部溫度的任務(wù)，機(jī)組每個測溫電阻直接與測溫模塊的每個點(diǎn)一一對應(yīng)，將溫度量模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量再輸出至PLC，提高了溫度的實時性和可靠性。這次升級改造同時對機(jī)組溫度保護(hù)跳閘邏輯條件也進(jìn)行了修改。原溫度保護(hù)是推力、上導(dǎo)、水導(dǎo)軸承分別有兩塊瓦（其他瓦溫由溫度巡檢儀采集）與帶有電接點(diǎn)的常測溫度表相連接，當(dāng)瓦溫達(dá)到動作定值后，電接點(diǎn)閉合啟動溫度保護(hù)使機(jī)組事故停機(jī)。改造后的溫度量進(jìn)入進(jìn)行PLC后，不再被單一用于溫度監(jiān)視，還用于邏輯判斷，發(fā)出報警或事故停機(jī)信號。上導(dǎo)和水導(dǎo)溫度保護(hù)動作邏輯與此相同，只是溫度定值不同。每個溫度測點(diǎn)還附設(shè)有梯度閉鎖，防止溫度采集回路故障引起測量值突變，造成溫度保護(hù)誤動，從而整體提高了溫度保護(hù)的安全性和可靠性。將各機(jī)架電源模塊更換為CPS11420電源，輸出功率更大，供電質(zhì)量更穩(wěn)定。將中斷模塊更換為modicon生產(chǎn)的ERT85410產(chǎn)品。PLC的編程軟件從DOS（MODSOFT2.6）升級到WINDOWS（CONCEPT2.6）。LCU查詢系統(tǒng)采用WINDOWS畫面模式，符合大多數(shù)人使用WINDOWS操作系統(tǒng)的習(xí)慣。彩色觸摸屏的應(yīng)用、簡化菜單層次、用紅綠標(biāo)志表示設(shè)備狀態(tài)對于運(yùn)行人員現(xiàn)地查詢、監(jiān)視十分便捷、直觀。增設(shè)機(jī)械事故停機(jī)后備PLC。在H9000V2.0系統(tǒng)中已經(jīng)將機(jī)組機(jī)械保護(hù)邏輯判斷回路做成了程序，存入PLC的CPU模件當(dāng)中，機(jī)組監(jiān)控正常運(yùn)行期間A、B兩套PLC相互備用，機(jī)組機(jī)械保護(hù)可靠投入。但PLC故障后機(jī)組將失去機(jī)械保護(hù)，這對運(yùn)行機(jī)組安全是危險的，而且兩套PLC同時故障的情況也是有可能發(fā)生的，如電源同時故障等。H9000V3.0系統(tǒng)專門針對此問題增設(shè)了一個機(jī)械事故停機(jī)后備PLC，作為機(jī)組事故停機(jī)的后備手段。具體做法是在機(jī)組LCU內(nèi)設(shè)置一個小型機(jī)械事故停機(jī)后備PLC，該P(yáng)LC發(fā)出的事故停機(jī)信號為獨(dú)立的機(jī)組過速、事故低油壓及緊急停機(jī)按鈕等，在發(fā)生上述事故時，主PLC與小PLC同時發(fā)出事故停機(jī)信號實現(xiàn)機(jī)組緊急停機(jī)。機(jī)械事故停機(jī)后備PLC的信號、電源獨(dú)立配置。3機(jī)組監(jiān)控升級改造后的運(yùn)行情況及評價1-4#機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)升級改造完成投入運(yùn)行后，發(fā)生的故障或存在的問題，需要增添一些功能。1#機(jī)組、3#機(jī)組LCUB套PLC網(wǎng)絡(luò)模塊（NOE77101）前后多次發(fā)生故障，系統(tǒng)均能自動切換至備用網(wǎng)絡(luò)模塊（NOE77101）運(yùn)行，沒有影響到機(jī)組運(yùn)行，但從另一個方面看，網(wǎng)絡(luò)模塊故障率較高，要進(jìn)一步從產(chǎn)品質(zhì)量和通訊協(xié)議是否配合方面進(jìn)行檢查。1-4機(jī)組均多次發(fā)生“測溫回路斷線”“瓦溫梯度閉鎖”告警，測點(diǎn)溫度實時數(shù)值變化太大。梯度閉鎖動作，此測點(diǎn)溫度值被溫度保護(hù)屏蔽，不參與溫度保護(hù)跳閘邏輯比較，不影響機(jī)組運(yùn)行。原因是測溫回路端子松動接觸電阻增大或測溫電阻損壞。對策是平時應(yīng)注意避免機(jī)組在震動區(qū)運(yùn)行，減輕機(jī)組及廠房震動。在大小修中更換測溫電阻，加強(qiáng)設(shè)