容错技术在我厂控制系统中的运用.docx

容错技术在我厂控制系统中的应用近年来，火力发电机组的单机容量不断攀升，运行参数的提高使相关参数的相互影响变大。控制功能和范围的扩大，热控系统的复杂性和故障的离散性增加。由于系统设计、设备选型、安装调试和运行环境变化等诸多因素影响，使得热控系统设计的科学性和可靠性、控制逻辑的合理性和系统完善性存在薄弱环节，由此引发热控保护系统的误动甚至机组误跳闸事件仍时有发生，影响着机组的安全经济运行。因此切实保证现代化电厂复杂系统的可靠性与安全性具有十分重要的意义，而容错技术的出现为提高系统的可靠性开辟了一条新的路径。1. 容错定义容错是指在系统中，当一个或者多个关键部位出现故障时，系统采取相应的措施，维持规定功能或者在可接受的性能指标变化下，继续稳定可靠运行的能力，容错控制是一门应用型边缘交叉学科。电厂热工过程的容错是指构成系统某个或者某些仪表控制装置，如温度、压力、流量、液位、位置检测仪表，或者控制器，电动、气动执行机构出现故障时，系统采用其他正常测点或者利用相关算法，规避风险，保障系统的正常稳定运行。相对于故障处理采用的方法，容错可以分为软件容错和硬件容错两种基本类型。2. 火电厂容错控制的基本思想容错控制技术是通过故障诊断，控制系统在故障后进行重构，使控制系统鲁棒性得到提高。对现场的故障进行检测、并诊断出故障的具体类型和位置是容错控制的前提，对故障的控制和处理策略是容错控制的核心。容错控制是控制系统根据故障的具体情况，给出故障处理的具体方案，并进行实施。火电厂热控系统容错控制可以从3 个方面入手：(1) 故障存在的情况下，进行系统重构，使系统的性能指标无变化。火电厂模拟量控制系统中，运用比较广泛，一般有坏值剔除、离散点剔除、超驰控制、测量补偿等手段；(2) 故障确认的情况下，降低性能指标继续稳定运行，如机组RB、切手动等；(3) 主动容错，进行预防。例如：容错逻辑设计、智能容错控制等。3. 容错逻辑设计在我厂的典型运用实例3.1 防止不同控制器中数据失真的容错逻辑运用热工控制系统中，存在大量数据在不同控制器间的交换、传输，由于通讯手段可靠性不高，因此我们对重要数据的传送采用冗余配置，即一路通讯、一路硬接线，在通讯正常的情况下优先选用通讯数据，当通讯出现异常时切换到硬接线数据。如MCS至MEH的转速参考指令、CCS至DEH的机组负荷信号等等。3.2 防止误操作的容错逻辑运用防止误操作，也一直是电厂的研究课题。部分 DCS 组态厂家的设计中，重要设备与普通设备的驱动级设计没有差别，属于一键式启停操作，一旦操作错误，没有补救措施，存在较大的误操作风险。电力系统中，每年都不同程度地存在操作员的误操作概率。利用有效的防误操作逻辑设计，可以达到很好的效果。这是容错逻辑在火电厂的又一运用。如图1(a)，有的设计中，启动停止操作分别由一个按钮组成，没有判断措施。为了防止误操作，我厂在逻辑设计中，对重要操作如：打闸按钮、重要试验按钮等，增加了确认操作键。如图1(b)，在启动和停止操作键增加判断按钮，只有在一定的时间内（脉冲时间定为5 s），按下启、停键和确认键，启、停信号才得以触发，极大的提高了预防误操作的可能性。图1(a) 无确认按钮设计驱动级手动启停示意图图1(b) 有确认按钮驱动级手动启停容错逻辑示意图3.3 防止单点保护不可靠的容错逻辑运用辅机逻辑保护中，经常存在单点保护的情况，如风机的运行信号、泵入口阀、风机入口挡板全关等信号，都是触发辅机直接跳闸的重要信号，往往此类型信号难于做到硬件冗余。单点信号的误发，将导致辅机跳闸。我厂曾经发生过由于风机运行信号丢失触发RB动作，导致机组跳闸。正常运行中，也发生过磨煤机一次风隔绝门全关信号误发，导致磨煤机跳闸的不安全事件。为此，考虑从逻辑上，屏蔽信号不稳定造成的设备误动作，在判断风机的运行信号时，电气增加了一路运行信号的辅助接点，在DCS逻辑中使用了两路运行信号取“或”来判断风机是否运行。也可以通过增加其他辅助信号来判断，如使用风机的电流大于某一定值信号、运行反馈信号、停运信号在逻辑中“三取二”来判断风机的运行状态。相比较而言，后一种方法个人感觉更科学、合理，既降低了保护误动作的可能性，也可以有效规避拒动风险。热力设备的动作，必然引起自身其他状态的翻转，利用自身的相关信号进行辅助判断，是容错逻辑设计的一个基本思想之一。3.4 防止模拟量信号不可靠的容错逻辑运用模拟量信号不可靠是保护误动作的重要原因，例如火电厂的辅机保护逻辑中，常采用轴承的温度信号，当测量信号超过定值时触发保护动作。但由于温度测量回路中的热电阻容易发生接触不良或断线的故障，使得保护误动。逻辑优化中，可以利用特定的容错控制技术进行容错逻辑的设计。我厂辅机轴承温度保护跳闸的不可靠信号剔除逻辑回路设计如图2 所示，当测量回路正常时，轴承温度高于保护值时将触发保护动作。如果热电阻测量回路中出现接触不良、断线故障时，温度信号的跳变（变化速率将超过6 /s），或者测量值品质变坏时，RS 触发器输出置“1”，轴承温度保护自动退出，同时声光报警。当故障消除后，且温度低于保护值时，可通过手动方式复位，使保护重新投入。图2 辅机轴承温度保护跳闸坏信号剔除容错逻辑图当我们对不可靠的单点信号保护进行逻辑优化时，新加入的任何条件（与原信号相与）都将改变原来的保护机理，由于缺乏足够的相关性论证，设备制造厂也不予支持。如果采用信号故障诊断、剔除坏信号的逻辑优化方式，原来的保护机理未改变，也就不会增加保护系统拒动的风险。需要注意的是，不同控制系统的速率限制模块计算原理存在较大差异，组态中设定速率不一定等于实际速率，实际速率需要DCS性能测试中进行试验。建议实际速率应不小于6 ，目前没有行标的具体规定，火电厂热控系统可靠性配置与事故预控推荐为812 。大部分DCS组态厂家默认设定为3 。3.5 硬件冗余与软件判断容错逻辑的综合运用适当的增加硬件进行容错是一种拓展性思路，我们对某些重要模拟量信号采用三测量、双测量的配置方式，实现了测点从原件、线路、硬件的全程冗余。在软件中进行合理的优化，对某些重要信号采用正常三取中，一点故障时取均值，两点故障时取第三点，三点均故障时保护动作，这样即保证了系统调节的准确性，可靠性又大幅提高。对一些特殊的保护信号，如炉膛压力，由于其设备测点布局的局限性，可能简单的三取二保护方式有值得商榷的地方，三测点的选择就不能 避免锅炉的一侧有两个测点，如果在这两个测点侧发生炉膛的掉焦，则可能引起压力测量的波动，从而导致保护动作（我厂目前炉膛压力保护方式）。建议优化为四取二的保护逻辑，即两侧各装两个测点，左、右侧同时各有大于等于一个测点动作，保护动作。这种方式即能有效的避免单侧掉焦时压力保护的误动，又能可靠的保证保护的正确动作。3.6 利用热力设备特性设计容错逻辑的运用利用热力设备的自身特性进行容错逻辑设计，是容错逻辑的又一个方向。例如汽机的振动保护，差胀保护等，都是在特定的条件下发生的。而振动、差胀都是单点保护动作，设备故障误动的机率极大。涉及此类型的保护，可以根据设备自身特性进行判断，达到容错逻辑设计的效果。如汽机的差胀保护，由于差胀保护仅会发生在汽机的启停时期，汽机正常运行中，差胀保护是不会动作的，为了防止差胀保护信号误发，可以分正常运行阶段和启停阶段考虑。在正常运行后，屏蔽差胀保护。对汽机振动而言，由于振动自身特性不会发生轴瓦的单点振动高保护而其他点正常的情况，据此将逻辑优化为任一轴瓦振动高高与上相邻点振动高至报警值触发保护动作。通过容错逻辑设计，确保了机组正常运行中，不会因为保护信号单点误发而导致保护的误动作。4 结束语容错技术在火电厂的运用中，可以从硬件的冗余，软件解析冗余以及硬件软件综合容错的方面努力。容错逻辑设计方法，是利用特定的容错控制技术，将控制系统资源有效的应用于火电厂热控系统的设计。软件解析冗余是逻辑优化的方向，可以从系统误差动态补偿、热力系统的相关信号判断、测量信号的智能识别、执行器动作规律、根据热力设备的运行特点分段控