南昌（新昌公司）發(fā)電廠 許 彬

近年來隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，越來越多的大容量和高參數(shù)火電機(jī)組投入到市場(chǎng)中，這對(duì)火電機(jī)組控制的自動(dòng)化控制水平提出了更高的要求?，F(xiàn)代大型火力發(fā)電機(jī)組，除了主要控制系統(tǒng)使用了DCS外，還應(yīng)用了很多主要由PLC構(gòu)成的輔控系統(tǒng)，這些輔控系統(tǒng)分布在火力發(fā)電廠的不同區(qū)域，如輸煤區(qū)域、化水區(qū)域、制氫站、海水淡化區(qū)域、除灰區(qū)域等等，工作環(huán)境復(fù)雜多變且彼此相對(duì)獨(dú)立，這種情況阻礙了電廠實(shí)現(xiàn)全廠自動(dòng)控制與減員增效的目的，因此如何提高輔控系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠已經(jīng)成為目前各火力發(fā)電廠的討論熱點(diǎn)。

1.容錯(cuò)技術(shù)

1.1 容錯(cuò)技術(shù)的基本描述

容錯(cuò)就是當(dāng)由于種種原因在控制系統(tǒng)中出現(xiàn)了控制單元、控制數(shù)據(jù)、文件損壞時(shí)，系統(tǒng)能夠自動(dòng)將這些損壞或丟失的文件和數(shù)據(jù)恢復(fù)到發(fā)生事故以前的狀態(tài)或?qū)崟r(shí)備份、轉(zhuǎn)移至相鄰控制單元繼續(xù)運(yùn)算，使系統(tǒng)能夠連續(xù)正常運(yùn)行的一種技術(shù)。

1.2 容錯(cuò)邏輯設(shè)計(jì)方法

容錯(cuò)邏輯設(shè)計(jì)方法，就是在進(jìn)行火力發(fā)電廠自動(dòng)控制系統(tǒng)的邏輯設(shè)計(jì)時(shí)，盡可能地考慮到火力發(fā)電廠各主要輔機(jī)在運(yùn)行中比較容易出現(xiàn)的各種故障，通過有效利用技術(shù)和特定的容錯(cuò)控制技術(shù)，來降低或者是避免整個(gè)控制邏輯回路的失效，并努力提高整個(gè)火力發(fā)電廠自動(dòng)控制系統(tǒng)的可靠性。

1.3 冗余PLC控制系統(tǒng)的概述

火力發(fā)電廠的某些輔控系統(tǒng)，要求其控制系統(tǒng)有著極高的可靠性，一旦控制系統(tǒng)發(fā)生故障，可能引起設(shè)備的損壞甚至是整個(gè)機(jī)組系統(tǒng)的中斷，此時(shí)單純依靠提高控制系統(tǒng)的硬件和軟件可靠性是難以滿足以上需求的，特別是需要采用冗余PLC控制單元來解決這一問題。

一般冗余P L C控制系統(tǒng)由兩塊PCU(PROGRAM CONTROL UNIT)控制模塊（分別為主PCU控制模塊和備用PCU控制模塊）組成，它們使用同樣的控制程序并行工作。當(dāng)冗余PLC控制系統(tǒng)正常工作時(shí)，主PCU控制模塊會(huì)控制系統(tǒng)工作，備用PCU控制模塊的I/O映像表和寄存器通過冗余處理單元（Redundant Processing Unit，簡(jiǎn)稱RPU）被主PCU控制模塊同步刷新；當(dāng)主PCU控制模塊發(fā)生故障失效時(shí)，RPU會(huì)在1-3個(gè)掃描周期內(nèi)將系統(tǒng)的控制功能切換給備用PCU控制模塊，由備用PCU控制模塊來控制系統(tǒng)的工作。

還有一類系統(tǒng)（熱備用系統(tǒng)）沒有使用RPU，此時(shí)主PCU控制模塊和備用PCU控制模塊通過通信接口來聯(lián)在一起，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，會(huì)有主PCU控制模塊將故障信息通知給備用PCU控制模塊，需要耗費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間才能由備用PCU控制模塊來控制系統(tǒng)的工作，但熱備用系統(tǒng)所需耗費(fèi)的成本較低。

1.4 網(wǎng)絡(luò)冗余設(shè)計(jì)的概述

火力發(fā)電廠網(wǎng)絡(luò)主要是由全部的節(jié)點(diǎn)設(shè)備以及設(shè)備相互之間的連接組成的，必須隨時(shí)處于正常運(yùn)行中，否則將會(huì)引起發(fā)電機(jī)組的停運(yùn)，而造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失?；鹆Πl(fā)電廠網(wǎng)絡(luò)涉及的設(shè)備和環(huán)節(jié)很多，任何一個(gè)設(shè)備和環(huán)節(jié)都可能出現(xiàn)故障，因此需要通過冗余容錯(cuò)設(shè)計(jì)來確保網(wǎng)絡(luò)的暢通。

2.火力發(fā)電廠輔控系統(tǒng)存在的問題分析

火力發(fā)電廠輔控系統(tǒng)一般分布在不同的區(qū)域，各個(gè)子系統(tǒng)間彼此相互獨(dú)立且相距較遠(yuǎn)，而且工作環(huán)境比較復(fù)雜和惡劣，因此火力發(fā)電廠輔控系統(tǒng)通常會(huì)存在如下問題：

首先，遠(yuǎn)距離子系統(tǒng)間的通訊不暢通，且傳輸信號(hào)容易受到外界的干擾。由于火力發(fā)電廠輔控系統(tǒng)的各個(gè)子系統(tǒng)相距較遠(yuǎn)且工作環(huán)境比較惡劣，如輸煤控制系統(tǒng)、飛灰處理控制系統(tǒng)等。因此如何可靠解決遠(yuǎn)距離子系統(tǒng)之間的通訊和信號(hào)干擾等問題顯得非常重要?；鹆Πl(fā)電廠輔控系統(tǒng)的系統(tǒng)穩(wěn)定性、網(wǎng)絡(luò)通訊速率和通訊距離應(yīng)該充分滿足輔助車間及整體監(jiān)控系統(tǒng)功能的實(shí)時(shí)性要求。

第二，火力發(fā)電廠輔控系統(tǒng)的工作環(huán)境惡劣，其硬件系統(tǒng)容易受到外界氣候因素的影響而出現(xiàn)各種故障。如輸煤信號(hào)端子容易被煤粉覆蓋，造成信號(hào)傳輸中斷或斷續(xù)。一旦火力發(fā)電廠輔控系統(tǒng)的硬件設(shè)備出現(xiàn)故障，該輔控系統(tǒng)不能迅速恢復(fù)，將會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)等無法正常供應(yīng)而產(chǎn)生重大影響與設(shè)備事故，因此必須保證和提高火力發(fā)電廠輔控系統(tǒng)各硬件系統(tǒng)的容錯(cuò)能力。

第三，火力發(fā)電廠輔控系統(tǒng)的所有輔機(jī)，都進(jìn)入系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)輔機(jī)保護(hù)，但由于部分輔機(jī)的工作環(huán)境比較復(fù)雜，導(dǎo)致往往很難在故障發(fā)生前就察覺并進(jìn)行處理。而一旦故障發(fā)生，則可能導(dǎo)致輔機(jī)保護(hù)動(dòng)作，會(huì)影響到機(jī)組的正常運(yùn)行，因此必須提高系統(tǒng)的邏輯容錯(cuò)能力。

3.容錯(cuò)技術(shù)在火力發(fā)電廠輔控系統(tǒng)中的體現(xiàn)

3.1 火力發(fā)電廠輔控系統(tǒng)容錯(cuò)邏輯設(shè)計(jì)的具體方法

在對(duì)火力發(fā)電廠輔控系統(tǒng)的主要輔機(jī)進(jìn)行邏輯控制設(shè)計(jì)時(shí)，具體方法如下：

(A)當(dāng)系統(tǒng)的聯(lián)鎖保護(hù)信號(hào)邏輯出現(xiàn)故障時(shí)，可以通過邏輯故障診斷使其邏輯控制系統(tǒng)不發(fā)生邏輯誤動(dòng)；

(B)如果允許工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)發(fā)生小故障，那么在設(shè)計(jì)邏輯控制系統(tǒng)時(shí)要考慮適當(dāng)?shù)娜蒎e(cuò)，但也要兼顧邏輯執(zhí)行的順暢；

(C)不能將不可靠的測(cè)量信號(hào)作為重要保護(hù)邏輯信號(hào)，并且盡量不要使用單點(diǎn)邏輯信號(hào)來保護(hù)設(shè)備，盡量采用冗余信號(hào)進(jìn)入系統(tǒng)確保其準(zhǔn)確；

(D)控制邏輯的冗余設(shè)計(jì)也是容錯(cuò)邏輯的重要內(nèi)容，因此在邏輯控制設(shè)計(jì)時(shí)可以引入適當(dāng)?shù)娜哂噙壿嬓盘?hào)或?qū)Ρ刃盘?hào)，來避免單點(diǎn)故障而引發(fā)的機(jī)組跳機(jī)。

3.2 如何設(shè)計(jì)火力發(fā)電廠輔控系統(tǒng)PLC冗余系統(tǒng)

(1)在某些情況下，沒有必要采用比較高級(jí)的基于硬件冗余的控制系統(tǒng)，此時(shí)可以采用結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單的基于軟件冗余的控制系統(tǒng)。在火力發(fā)電廠輔控系統(tǒng)中，采用基于軟件冗余的控制系統(tǒng)可以提高整個(gè)控制系統(tǒng)的系統(tǒng)故障容錯(cuò)率，同時(shí)可以降低硬件配置所需的成本及控制程序的復(fù)雜程度。如西門子公司推出的300/400系列產(chǎn)品均能不同程度的運(yùn)行軟冗余的軟件，可以解決如PCU部件故障中的電源和后盤總線、PCU軟件或硬件故障、冗余系統(tǒng)接線或冗余DP從機(jī)接口等故障。

(2)基于硬件冗余的控制系統(tǒng)是兩個(gè)獨(dú)立的PCU子系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)冗余，即描述為功能性的冗余。在控制系統(tǒng)運(yùn)行中兩個(gè)獨(dú)立的全部冗余部件一直進(jìn)行同步進(jìn)行，各項(xiàng)應(yīng)用程序在兩個(gè)獨(dú)立的PCU中完全一致且同步進(jìn)行運(yùn)行，這兩個(gè)子系統(tǒng)分別叫做“主機(jī)系統(tǒng)”和“從機(jī)系統(tǒng)”。如德國(guó)西門子公司所申請(qǐng)的專利技術(shù)——事件驅(qū)動(dòng)同步程序，此時(shí)“主機(jī)系統(tǒng)”和“從機(jī)系統(tǒng)”的同步程序如下操作：直接尋址I/O；中斷；更新用戶時(shí)鐘；通訊功能數(shù)據(jù)修正等。該程序能夠保證即使在“主機(jī)系統(tǒng)”的故障情況下，系統(tǒng)仍能完成其不間斷操作，無擾動(dòng)的進(jìn)行“主機(jī)系統(tǒng)”和“從機(jī)系統(tǒng)”兩者間的切換。

3.3 火力發(fā)電廠輔控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)

火力發(fā)電廠輔控系統(tǒng)光纜敷設(shè)需要重點(diǎn)注意以下事項(xiàng)：在火力發(fā)電廠主廠房?jī)?nèi)敷設(shè)光纜時(shí)，要盡量走電纜橋架，當(dāng)沒有橋架時(shí)走穿管；在火力發(fā)電廠主廠房外敷設(shè)光纜時(shí)，光纜套上PVC管后可直接敷設(shè)在電纜溝內(nèi)，或者走管架，穿管時(shí)采用鍍鋅管并且密封；盡量避免光纜的彎曲以防止光纜的損壞，如果需要拐彎要注意彎曲角度，其曲率半徑要大于300mm。

火力發(fā)電廠輔控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)需要重點(diǎn)注意以下事項(xiàng)：IP地址必須進(jìn)行統(tǒng)一的規(guī)劃，確保對(duì)火力發(fā)電廠輔控系統(tǒng)的各個(gè)子系統(tǒng)操作站、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、服務(wù)器和PLC的IP地址進(jìn)行統(tǒng)一的劃分；火力發(fā)電廠輔控系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)名和控制軟件節(jié)點(diǎn)要有統(tǒng)一的命名規(guī)劃；數(shù)據(jù)庫(kù)中的測(cè)點(diǎn)名稱、編號(hào)和基本塊的標(biāo)記名的命名要嚴(yán)格遵照火力發(fā)電廠的編碼標(biāo)準(zhǔn)，中間塊的標(biāo)記名的命名要根據(jù)各自系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一的劃分；人機(jī)操作界面的風(fēng)格，如操作窗口、布局、分辨率和顏色等要進(jìn)行統(tǒng)一的規(guī)定；在對(duì)比較陳舊的大型火力發(fā)電廠輔控系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)控制時(shí)，最好采取分布式過程數(shù)據(jù)庫(kù)，這樣當(dāng)集控中心任何一臺(tái)操作員站發(fā)生故障時(shí)，數(shù)據(jù)的調(diào)用仍然能夠正常進(jìn)行，從而不影響整個(gè)輔控系統(tǒng)的監(jiān)控功能。

[1]張國(guó)華,趙成玉.輔控網(wǎng)在大型火電廠中的應(yīng)用與分析[J].華北電力技術(shù),2005(3).

[2]唐忠.雙機(jī)容錯(cuò)服務(wù)器解決方案的研究[J].大眾科技,2008(6).