王學奎 劉金永
摘 要:文章研究了核電廠機組DCS遠距離通過PLC監(jiān)控開關站內(nèi)電氣設備的問題,對在建和已建其他核電機組中開關站電氣系統(tǒng)納入機組DCS的方式進行簡要討論,指出了現(xiàn)有模式下,核電廠內(nèi)開關站與機組DCS通信存在的一些問題,給出開關站采用PLC與DCS通信控制的設計方案,通過開關站設置PLC并作為單獨的控制子站,監(jiān)控站內(nèi)設備狀態(tài),并經(jīng)過光纖傳輸至DCS,能可靠實現(xiàn)機組DCS通過PLC監(jiān)控開關站設備運行狀態(tài),方案在核電廠實現(xiàn)了應用,效果較好。
關鍵詞:監(jiān)控;PLC;DCS;MODBUS
DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.18.116
0 前言
PLC(Programmable Logic Controller),可編程邏輯控制器,主要是為工業(yè)生產(chǎn)過程電氣控制設計研發(fā),具有很強的穩(wěn)定性,在工業(yè)控制的過程中得到了非常廣泛的使用,在實現(xiàn)工業(yè)自動化方面具有非常重要的意義[1]。隨著大工程系統(tǒng)集成復雜度提高,PLC不再作為一個簡單的工業(yè)控制器來使用,還可以建立一個工控站,與外部系統(tǒng)通信,實現(xiàn)信息傳輸與開關控制作用,這對核電機組DCS(Distributed Control System)遠距離監(jiān)控開關站內(nèi)的開關設備有很好的借鑒作用。在核電廠內(nèi),開關站是核電廠與電網(wǎng)的連接樞紐,有一套NCS(Network Control System)系統(tǒng)負責站內(nèi)設備的運行狀態(tài)監(jiān)控,屬于電網(wǎng)管轄。開關站內(nèi)設備的運行狀態(tài)對核電機組的運行安全也有很重要的作用。核電廠內(nèi)機組功率大,相應的輔助設備多,占地面積也大,而開關站一般是幾個發(fā)電機組的公用站,所以從廠址上,開關站與機組運行中心距離較遠(一般在1公里以上),直接與機組DCS通信,無法實現(xiàn)。機組DCS系統(tǒng)屬于工業(yè)控制系統(tǒng),有一套完整的設計思路和通信體系,開關站屬于涉網(wǎng)設備,電網(wǎng)在系統(tǒng)設計和內(nèi)部通信中有著自己的規(guī)范,兩者均是一套完整的體系,且均適應對應行業(yè)的發(fā)展,技術成熟,不容易更改。在開關站內(nèi)設計PLC,與機組DCS通信從而控制站內(nèi)設備,成為核電廠開關站設計的一種重要思路。
1 當前核電機組DCS監(jiān)控開關站方案分析
目前部分在建和已建核電廠的常規(guī)做法是采用硬接線方式將開關站內(nèi)電氣量直接接入機組DCS系統(tǒng),目前嶺澳、紅沿河和寧德核電站均采用此方式。硬接線傳輸信號雖然可靠、迅速,但是信息數(shù)量有限,而且擴展性能不理想,自動化程度較低,當傳輸距離較遠時,會遇到信號受干擾不穩(wěn)等問題[2]。
如果采用開關站內(nèi)的NCS系統(tǒng)(電力網(wǎng)絡控制系統(tǒng))與DCS長距離通信,會帶來電力系統(tǒng)監(jiān)控網(wǎng)絡與DCS通信規(guī)約不一致、DCS命令出口時間延長,以及NCS的二次安防復雜化等問題。
2 PLC在開關站內(nèi)的設計應用研究
2.1 PLC控制方案
采用plc簡單控制網(wǎng)絡,主要指的是在一個主站,當中設置一臺PLC和一臺個人計算機,在從站當中設置多臺PLC或者一臺PC機,在整個網(wǎng)絡當中主站的主要作用是對plc系統(tǒng)進行控制、編程、報警等。PLC系統(tǒng)布置在500kV開關站內(nèi),是一個獨立的控制子站,能夠實現(xiàn)對開關站內(nèi)電氣量的測量、開關站位置狀態(tài)的監(jiān)測以及分合斷路器。PLC對站內(nèi)數(shù)據(jù)的監(jiān)控主要有三大部分:
(1)開關位置監(jiān)控。用于監(jiān)控站內(nèi)開關,可通過PLC裝置的數(shù)字量輸入輸出實現(xiàn)。
(2)模擬量監(jiān)測。讀取開關站內(nèi)的電壓、電流以及氣體壓力等,這些模擬量轉換為統(tǒng)一的4-20mA或1-5V等標準的弱電信號,接入PLC的模擬量模塊。
2.2 機組DCS與PLC通信控制方案
通信采用MODBUS協(xié)議,該協(xié)議經(jīng)過多年的實際應用,已經(jīng)成為一種應用于工業(yè)控制器上的標準通信協(xié)議。該通信格式,以主從形式完成信息的傳送。設計中,可考慮將機組DCS作為主機(Master),站內(nèi)的PLC作為從機(Slave),主機定期發(fā)出指令,從機收到后,判斷指令類型,若主機只是讀取數(shù)據(jù),將數(shù)據(jù)傳遞給主機,如主機要操作開關,則執(zhí)行命令。
由于距離較遠,常規(guī)的網(wǎng)絡通信實現(xiàn)成本過大,采用光纖通信可減少信號的損耗,同時能提高通信可靠性。每一個核電廠只有一個500kV/220kV開關站系統(tǒng),兩臺機組均要通過PLC控制站內(nèi)的開關設備,所以要考慮PLC通信的獨立性和冗余性。
3 工程案例應用分析
開關站PLC系統(tǒng)與機組DCS通信方案的設計在臺山核電得到了很好的應用,目前1號機組已商運,2號機組也即將并網(wǎng),兩臺機組均通過PLC實現(xiàn)對開關站內(nèi)設備數(shù)據(jù)的監(jiān)控。在開關站PLC柜內(nèi),同時設有就地顯示和控制屏幕,能就地顯示數(shù)據(jù),經(jīng)過光纖實現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳至機組DCS,也可以就地操作,實現(xiàn)對開關的控制,作為DCS的后背功能。與開關站內(nèi)NCS系統(tǒng)完全分開,既保證了電網(wǎng)運行的要求,同時又實現(xiàn)了機組DCS對開關站內(nèi)設備數(shù)據(jù)的監(jiān)控,且監(jiān)控數(shù)據(jù)點相對于其他項目增多數(shù)倍,實現(xiàn)機組DCS對開關站的全方位監(jiān)控。
4 結語
PLC技術的發(fā)展,為多系統(tǒng)聯(lián)合控制提供了很好的解決方案,PLC可作為一個微型獨立的控制站,通過擴展接口,可以接收很多現(xiàn)場數(shù)據(jù),對大系統(tǒng)的數(shù)據(jù)要求提供了很好的設計思路。方案中,PLC作為一個子站能夠獨立監(jiān)控開關站內(nèi)的設備數(shù)據(jù),同時通過光纖通信,實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的遠距離傳輸,而且穩(wěn)定性強。對其他核電廠項目的開關設計提供了很好的借鑒,同時對負載多系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信的設計,也提供了很好的設計思路。
參考文獻:
[1]樓緯.通信技術在PLC自動化控制系統(tǒng)中的應用分析[J].數(shù)字通信世界,2019(02):99.
[2]閆天軍,郭偉,趙樹春.火電廠電氣監(jiān)控系統(tǒng)接入DCS方式的分析[J].電力系統(tǒng)自動化,2006,30(11):86-89.
作者簡介:王學奎(1982-),男,山東菏澤人,碩士研究生,電力工程師,研究方向:智能電網(wǎng)。