李光珂

（濟(jì)鋼集團(tuán)國際工程技術(shù)有限公司，山東 濟(jì)南 250101）

節(jié)能減排

SoE在干熄焦余熱發(fā)電控制系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

李光珂

（濟(jì)鋼集團(tuán)國際工程技術(shù)有限公司，山東 濟(jì)南 250101）

為保證及時(shí)查明干熄焦余熱發(fā)電機(jī)組發(fā)生故障及停機(jī)的原因，以ControlLogix系統(tǒng)為基礎(chǔ)，CPU采用1756-L63冗余控制站、ControlNet網(wǎng)絡(luò)采用冗余的1756-CNBR模塊與遠(yuǎn)程I/O站通訊，設(shè)計(jì)應(yīng)用了控制系統(tǒng)的事件順序記錄功能。應(yīng)用SoE后，實(shí)現(xiàn)了以毫秒級(jí)的分辨率獲取事件信息，可成功地檢測(cè)出引起機(jī)組故障停機(jī)的原因。

干熄焦；余熱發(fā)電；控制系統(tǒng)；SoE；ControlLogix

1 前言

干熄焦余熱發(fā)電機(jī)組的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，保障了整個(gè)生產(chǎn)過程的連續(xù)性、穩(wěn)定性。在發(fā)電工業(yè)過程控制領(lǐng)域中，不但對(duì)機(jī)組控制的穩(wěn)定性和安全性要求很高，而且在機(jī)組發(fā)生故障停機(jī)時(shí)，需要對(duì)引起故障的原因進(jìn)行分析，而在分析原因的過程中往往需要事件順序記錄（SoE，Sequence of Events）功能。一般的歷史數(shù)據(jù)記錄只能做到秒級(jí)的分辨率，當(dāng)事件發(fā)生后，往往同一秒內(nèi)出現(xiàn)的信息很多，且不能分出先后順序，這就給事故分析造成了很大的困擾。事件順序記錄系統(tǒng)以毫秒級(jí)的分辨率獲取事件信息，為機(jī)組事故分析提供了有力證據(jù)。SoE是發(fā)電系統(tǒng)中不可缺少的一部分，通過SoE時(shí)間戳功能可準(zhǔn)確記錄停機(jī)故障發(fā)生的時(shí)間及先后順序。

2 SoE工作原理

SoE采用的硬件為1756IB16ISOE模塊，16個(gè)單獨(dú)隔離的事件順序輸入，SoE模塊能為每個(gè)輸入變量的改變提供時(shí)間戳，時(shí)間戳的時(shí)間機(jī)制基于協(xié)同時(shí)鐘CST（Coordinated System Time），協(xié)同時(shí)鐘是基于控制系統(tǒng)背板的微秒級(jí)時(shí)鐘基準(zhǔn)，系統(tǒng)中的時(shí)間均以此為基準(zhǔn)。協(xié)同時(shí)鐘不是絕對(duì)時(shí)間，而是相對(duì)參考時(shí)間。SoE系統(tǒng)的輸入信號(hào)全部為開關(guān)量信號(hào)，以高分辨率來分辨各個(gè)信號(hào)的狀態(tài)變化的先后順序。SoE模塊的工作原理如圖1所示。

SoE有兩種工作模式，分別為CST Per Point Mode和First In First Out（FIFO）Mode。

1）CST Per Point Mode。該模式下SoE模塊能為每一個(gè)輸入量的2種變化提供時(shí)間戳，即由OFF變?yōu)镺N，或由ON變?yōu)镺FF，工作原理見圖2。

圖1 SoE模塊工作原理

圖2 CST Per Point Mode工作原理

由圖2可知，當(dāng)輸入端沒有發(fā)生改變時(shí)，沒有時(shí)間戳數(shù)據(jù)。當(dāng)Input1由OFF變?yōu)镺N，模塊用時(shí)間戳標(biāo)記該變化，將該數(shù)據(jù)發(fā)送給CPU并儲(chǔ)存在本地；當(dāng)Input2由ON變?yōu)镺FF，模塊用時(shí)間戳標(biāo)記該變化，將該數(shù)據(jù)發(fā)送給CPU并儲(chǔ)存在本地，同時(shí)模塊繼續(xù)儲(chǔ)存Input1的改變。

SoE模塊以25 μs的分辨率為每一次輸入量變化提供時(shí)間戳，這些時(shí)間戳以特定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)制到CPU后，在CPU中通過排序來決定時(shí)間發(fā)生的先后順序。CST Per Point Mode主要應(yīng)用于級(jí)聯(lián)事件中查明相對(duì)第一發(fā)生的事件及事件發(fā)生的先后順序，只要事件發(fā)生的時(shí)間間隔超過25 μs，便可找出首出事件及發(fā)生的順序。

2）FIFO Mode。該模式下SoE模塊能為無限數(shù)量的輸入量變化提供時(shí)間戳，無論輸入量是由OFF變?yōu)镺N或由ON變?yōu)镺FF，還是某個(gè)輸入量變化多次，任一變化都有唯一的時(shí)間戳。SoE模塊將這些時(shí)間戳存儲(chǔ)在模塊背板緩存區(qū)中，單次SoE模塊緩存區(qū)中可存儲(chǔ)多達(dá)160個(gè)輸入量變化。如圖3所示，當(dāng)輸入端發(fā)生改變時(shí)，沒有時(shí)間戳數(shù)據(jù)。當(dāng)Input5由OFF變?yōu)镺N，模塊用時(shí)間戳標(biāo)記該變化，將該數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在緩存區(qū)中的第一槽中。當(dāng)Input1由ON變?yōu)镺FF，模塊用時(shí)間戳標(biāo)記該變化，將該數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在緩存區(qū)中的下一個(gè)槽中，同時(shí)緩存區(qū)中第一個(gè)槽中繼續(xù)儲(chǔ)存Input5的時(shí)間戳。

圖3 First In First Out Mode工作原理

一旦數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)在模塊中，控制器必須檢索它。通常情況下，控制器從模塊緩存區(qū)的第一個(gè)槽中檢索數(shù)據(jù)（在第一槽中的數(shù)據(jù)也被稱為首出事件），確認(rèn)該數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)以特定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)制到CPU中，以便后續(xù)排序使用，之后，便將該數(shù)據(jù)從第一槽中清除，第二槽中的數(shù)據(jù)便進(jìn)入第一槽中，以此類推。FIFO模式主要應(yīng)用于在相對(duì)快速（當(dāng)變化的速度快于CPU處理速度）的連續(xù)多個(gè)輸入量發(fā)生變化的場(chǎng)合，基于這一目的，SoE模塊采用了存儲(chǔ)多達(dá)160個(gè)數(shù)據(jù)的緩存區(qū)。

3 SoE系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 硬件設(shè)計(jì)

SoE硬件系統(tǒng)以ControlLogix系統(tǒng)為基礎(chǔ)，CPU采用1756-L63冗余控制站、ControlNet網(wǎng)絡(luò)采用冗余的1756-CNBR模塊與遠(yuǎn)程I/O站通訊，以太網(wǎng)采用冗余1756-ENBT模塊與上位機(jī)（工程站、操作員站）通訊，通過冗余配置增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性及可靠性。SoE模塊1756IB16ISOE放置在遠(yuǎn)程I/ O站中，由于控制系統(tǒng)的CPU處理速度及信號(hào)傳輸速度無法滿足事件順序記錄毫秒級(jí)的要求，必須依靠SoE模塊高速的處理能力，在采集到信號(hào)后首先在SoE模塊內(nèi)部進(jìn)行處理存儲(chǔ)，將處理后的信號(hào)再傳輸給CPU模塊，最終在操作員站上顯示，硬件結(jié)構(gòu)如圖4所示。

3.2 軟件設(shè)計(jì)

SoE軟件系統(tǒng)由HMI監(jiān)控軟件、控制系統(tǒng)組態(tài)編程軟件以及通訊軟件RSLinx Classic Communication Service組成。其中HMI監(jiān)控軟件采用羅克韋爾公司FactoryTalk View Site Edition軟件，控制系統(tǒng)組態(tài)編程軟件采用羅克韋爾公司的RSLogix5000軟件。在干熄焦余熱發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)應(yīng)用中，SoE采用First In First Out（FIFO）Mode，通過該方式確定引起汽輪機(jī)停機(jī)的首出事件。在RSLogix5000軟件中將1756IB16ISOE的工作模式Comm Format設(shè)置為CST FIFO Mode，利用SoE模塊專用標(biāo)簽及程序編碼辨識(shí)事件發(fā)生的先后順序，在FactoryTalk View Site Edition中讀取標(biāo)識(shí)事件先后順序的信號(hào)以畫面的形式展現(xiàn)事件發(fā)生的順序。

圖4 SoE硬件結(jié)構(gòu)

4 結(jié)語

在干熄焦余熱發(fā)電機(jī)組中，基于ControlLogix系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用控制系統(tǒng)的事件順序記錄功能，實(shí)現(xiàn)以毫秒級(jí)的分辨率獲取事件信息，可成功地檢測(cè)出引起機(jī)組故障停機(jī)的原因，為迅速查找故障原因提供了快捷有效的方法。該系統(tǒng)可廣泛引用于類似要求檢測(cè)分辨毫秒級(jí)時(shí)間發(fā)生的應(yīng)用場(chǎng)合，且不需要準(zhǔn)確獲知事件發(fā)生的絕對(duì)時(shí)間，如需獲知事件發(fā)生的絕對(duì)時(shí)間，在機(jī)架中插入GPS模塊，用于接收來自GPS衛(wèi)星的時(shí)鐘信號(hào)即可。

Design and Application of SoE in CDQ Waste Heat Power Generation Control System

LI Guangke
（Jigang International Engineering and Technology Co.,Ltd.,Jinan 250101,China）

In CDQ waste heat power generation unit,in order to find out reasons of failure and shutdown quickly，SOE(sequence of events)system is designed to analyze reasons of failure and shutdown in this paper.The redundant 1756-L63 and redundant 1756-CNBR of Controllogix were used in SoE system.After the application of SoE,the event information is acquired with the resolution of milliseconds,and the current event of failure and shutdown is successfully detected.

CDQ;waste heat power generation;control system;SoE;ControlLogix

TP273.5;TM617

A

1004-4620（2015）04-0052-02

2015-05-27

李光珂，男，1981年生，2007年畢業(yè)于合肥工業(yè)大學(xué)精密儀器及機(jī)械專業(yè)，碩士。現(xiàn)為濟(jì)鋼集團(tuán)國際工程技術(shù)有限公司工程師，從事自動(dòng)化、儀表設(shè)計(jì)及開發(fā)工作。