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技術文章

容錯措施在大型隔壓換熱站控制系統中的應用

時間:2020-4-23 8:08:00   作者:秘密庭院   來源:注冊   評論:0
內容摘要:本文針對大型隔壓換熱站控制系統的容錯措施方案說明,通過系統的的原理與工作特點的性能和工作方式,結合電力系統冗余控制系統技術與隱患排查中的問題,對新建隔壓換熱站控制系統的設計具有一定的借鑒和指導意義..

1 項目概況

    華能上安電廠至鹿泉區供熱長輸管網一號隔壓換熱站主要安裝二十臺換熱器,四臺回水增壓泵,四臺循環泵,一臺緊急補水泵和二臺常規補水泵。

隔壓換熱站控制系統整體分為三層結構,即現場控制層、數據采集層和能源管理層。

現場控制層--隔壓換熱站的控制是通過 PLC控制器內預設的控制邏輯,來實現隔壓換熱站內的獨立的自動運行,手動運行以及遠程自動控制。實現對隔壓換熱站溫度、壓力、流量、熱量、補水泵、循環水泵及電機工作狀態等物理量進行實時監測,以及對調節閥開度,水泵電機啟停等控制?刂七壿嬛饕▔毫刂、溫度控制、補水定壓控制、一級網循環水泵變頻控制,仿真優化控制策略等。

數據采集--SCADA系統數據來自隔壓換熱站的生產運行數據,通過SCADA系統來獲取并進行存儲與控制,熱網調度中心SCADA系統的主要功能為:在線數據采集、數據集中監視、生產數據統計分析、系統管理等。

在線數據采集實現與隔壓換熱站PLC的實時通訊,將PLC采集到的儀表、設備數據實時傳送到SCADA系統,主要監測參數有: 供回水溫度、壓力、流量、熱量、調節閥閥位、水箱液位、補水流量、用電總表、循環泵、補水泵頻率、電流、運行狀態、故障等。

    能源管理層--畫面顯示是對供熱管網的各個業務環節進行集中監控,真實反映生產過程狀況。在公司內網及Internet網上可通過系統對各個重要生產環節進行集中監控,對生產現場的生產執行情況進行實時監視,使各級管理人員能及時、準確、全面、直觀的了解和掌握生產狀況,進而實現對整個供熱系統的集中控制。

2 實施背景

在供熱期間,如出現PLC 故障或柜內出現故障,容易導致整個系統數據無法顯示和控制,嚴重情況下可能導致整個隔壓換熱站系統停運。隔壓換熱站作為集中供熱的主要熱源部分,一旦停運將會影響整個供暖區域無法供暖,嚴重影響人民的正常生活。


3 冗余主要措施

隔壓換熱站容錯措施主要分為主控制器冗余配置、I/O卡件雙電源切換供電、現場測量與控制設備雙電源供電、雙路服務器共同控制、重要聯鎖邏輯實現三取二控制。


3.1主控制器冗余配置

      PLC柜采用兩路UPS供電,UPS應是在線運行、可自動切換旁路工作,無切換時間,實現無擾動切換。功率見設備清單,技術參數如下:

1

輸入電壓:

220VAC   50Hz

2

輸出電壓:

220VAC  50Hz+/-0.2%

3

輸出功率:

見設備清單 (按實際負載配置容量不小于3KVA

4

輸出波形:

正弦波,諧波失真<3THD

5

蓄電池供電間:

額定負載下放電60分鐘

6

蓄電池壽命:

5年免維護

7

負荷峰值應數:

31

8

過載能力

115%時正常工作,130%時30分鐘, 165%時2分鐘

中國供熱信息網 http://www.434878.tw/

隔壓換熱站控制系統采用兩套PLC控制系統對隔壓換熱站進行控制,每套PLC系統采用冗余控制器,其中一套PLC控制器控制A&B長輸回水增壓泵、A&B一級網循環泵與補水泵C、補水閥B、一網泄壓閥與1-10號換熱器的信息和控制;另一套PLC控制器控制C&D長輸回水增壓泵、C&D一級網循環泵、補水泵A&B、補水閥A11-20號換熱器的信息和控制。供熱信息網了解到如果單臺PLC內的一臺控制故障會自動切換到另臺控制器,不會影響隔壓換熱站系統的安全運行。極端情況下,如果一套控制器全部故障,最高負荷下至少保證一半設備正常運行,避免長輸管網全部失水的嚴重不安全事件。


容錯措施在大型隔壓換熱站控制系統中的應用


3.2 I/O卡件雙電源互相切換供電功能

常規PLC控制柜的I/O卡件設計為單電源系統,如果電源故障,I/O將停止工作,對系統的安全運行帶來嚴重隱患, 針對這種情況采用雙電源系統,通過STS電源快切裝置對兩路電源進行切換,確保任何一路電源故障不會導致I/O卡件的正常運行,為系統安全運行提供多種保障。 

STS主要功能:(1)冗余供電。通過 STS,任何關鍵設備機架都可連接到一個冗余供電系統。兩路電源(主電源和備用電源)直接連到機架基座上的 STS 上,STS 則直接控制該供電系統的冗余度,如果主電故障則立即自動地轉換到備用電源供電。(2)自動和手動轉換。 通過 STS 前面板的設置按鈕來選擇其中一路電源為優先,也可通過人工手動來實現雙路電源切換。(3)擇優選擇供電。  STS 可對兩路電源的電壓和頻率分別設定合格范圍,有效保證對負載的安全供電,可根據負載的具體情況現場設定自動轉換閾值范圍和超限保護關機閾值范圍,STS 模塊將依據設置參數優先選擇電源質量高的一路電源優先給負載供電;如果兩路電源都超出設置的運行參數許可范圍, STS 會自動關機以保護負載。(4)保護功能 。STS 有完善的保護功能,包括過溫保護、輸入電壓超限保護、輸出過流保護、靜態開關開路及短路保護、過載關機保護(5 分鐘后自啟動)等。


3.3現場測量與控制設備實現雙電源供電

    常規的現場測量設備(溫度變送器、壓力變送器)模擬量和數字量公用一個DC24V電源。  DC24V電源主要為模擬量現場變送器提供DC24V電源,而數字量多來源與高壓變頻柜內,容易與強電接觸,對DC24V電源損壞率較高,一旦DC24V損壞,現場測點的數據我們將無法進行實時監測,也就無法判斷系統運行是否正常,針對這種情況,采用了多個DC24V電源單獨控制,并將模擬量和數字量的DC24V電源分開,進行單獨控制,避免了因高壓柜側導致DC24V電源故障引起的系統故障。


3.4雙路服務器共同控制


    常見服務器機柜配置,一般為一個服務端帶一個或多個客戶端,這種情況下,服務端一旦出現故障或維護等情況時,所有客戶端都將無法監測到現場數據和指令下發,造成黑屏事件。針對這種情況,將服務器設計為2個,每個服務端獨立運行,并各帶一個或兩個客戶端,任何一個服務端出現故障或維護時,另一個服務端不會受到影響,來確保至少一個客戶端可監測到現場數據和指令下發。


3.5重要聯鎖邏輯實現三取二控制

    對溫度、壓力等模擬量信號的取樣采用3個獨立取樣點,并對取樣信號進行質量和高低判斷后,采用“三取二”方式后再輸出聯鎖信號,三個信號之間偏差超過一定值時應及時報警。

4 效果與前景

    主控制器冗余配置、I/O卡件雙電源切換供電、現場測量與控制設備雙電源供電、雙路服務器共同控制、重要聯鎖邏輯實現三取二控制容錯措施具有較高的安全可靠性,不僅降低供熱及其它行業的事故風險,提高控制系統的可靠性,而且極大程度地降低由于控制系統的故障而引起的設備停運時間及造成設備系統的損壞,避免造成引起的社會風險,提高設備系統的自動化、可視化、智能化水平及生產效率,從而獲得更高的經濟效益與社會效益。


參考文獻:

[1] 華能國際電力股份有限公司企業標準《火電廠熱控邏輯可靠性評估技術導則》



標簽:換熱站控制系統 大型隔壓換熱站控制系統 熱網調度中心SCADA系統 熱力調度系統 供熱在線數據采集系統 供熱應急管理系統 
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