西门子电厂控制系统SPPA-T2000介绍.pdf

摘要：D C S 是分散式控制系统的英文缩写 （D i s t r i b u t e d C o n t r o lS y s t e m ） ，在国内自控行业又称之为集散控制系统， 是相对于集中式控制系统而言的一种新型计算机控制系统。 本文介绍了西门子 S P P A - T 2 0 0 0 系统的主要组成部分及功能。 关键词：西门子；D C S ；发电厂；S P P A - T 2 0 0 0 前言 为满足传统产业改造和新建工程项目的需求， 我国于 8 0 年代从国外引进了 D C S ，随着这些年国家经济的发展， D C S 逐 渐运用于电力、 冶金、 石化等多种行业， 本文介绍了西门子电 站自动化有限公司，为国内核电站提供的解决方案 S P P A - T 2 0 0 0 系统， 以提高机组运行效率、 经济性并保持长期 稳定运行。 1S P P A - T 2 0 0 0 系统概述 S P P A - T 2 0 0 0 是西门子公司开发的一套分散式控制系统 （D C S ） ， 主要应用于电厂运行时工艺参数的监视， 执行机构的 操作，过程画面的显示以及过程数据的归档等功能。 S P P A - T 2 0 0 0 由以下几个子系统构成： 1 . 1O M 6 9 0 ： 操作与监视系统 O M 6 9 0 系统是电厂设备和中央控制室操作人员的接口， 操作人员通过电脑监控画面，大屏幕，后备操作盘等多种方 式， 对发电厂设备进行监视和控制， 此外该系统也提供过程信 息的查询和归档。 1 . 2E S 6 8 0 ： 工程组态系统 E S 6 8 0 是 S P P A - T 2 0 0 0 的主要工程组态系统。它用于配置 A S 6 2 0 B 自动化系统， O M 6 9 0 操作与监视系统以及总线系统。 每 个子系统在 E S 6 8 0 里都有对应的编辑器，工程师通过这些子 系统的编辑器， 来实现对子功能的组态、 调试。 1 . 3D S 6 7 0 ： 诊断系统 D S 6 7 0 是一个用来监视， 检测和定位 S P P A - T 2 0 0 0 中的仪 控设备故障的工具。当有仪控设备故障时， D S 6 7 0 可以帮助用 户找到故障的源头，并提示故障发生的原因和解决故障的方 法。 1 . 4P l a n tB u s ： 工厂总线 （工业以太网） 工厂总线 （工业以太网） 用来连接 S P P A - T 2 0 0 0 各子系统， 采用的协议符合国际标准。 1 . 5A S 6 2 0 B ： 自动化控制系统 A S 6 2 0 B 执行过程控制中的各种任务， 包括采集来自电厂 各处的传感器和变送器 （如测温的热电阻热电偶、 测量液位压 力流速的变送器） ， 执行各种开环和闭环控制， 保护逻辑功 能 同时 A S 6 2 0 B 也是其他子系统与现场设备的接口：它将 现场采集过来的各种输入信号，通过相应的转换，输出到 O M 6 9 0 系统中， 作为操作人员运行电厂的参考信息， 同时操作 人员对设备的控制命令也是通过 A S 6 2 0 B 发送到现场的执行 机构。 各子系统之间的连接如下： 1 . 6A S 6 2 0 B ： 自动化控制系统介绍 A S 6 2 0 B 由几个主要的元件组成， 其结构图如下： A P（S 7 ） 自动化系统处理单元 A P（S 7 ） 自动化系统处理单元是 A S 6 2 0 B 的核心设备， 它基 于一对冗余的 S 7 - 4 0 0 H 的 C P U ， 安装在 U R 2 - H 机架中， 下图展 示了一套标准的 U R 2 - H 机架 A P 的配置图。 U R 2 - H 机架允许用户配置两套带有 9 个插槽且相互独立 的系统， 这些模块通过机架的背板总线相互交换数据， 同时背 板总线也提供电源连接。 电源模块 （P S 4 0 5 ） 需要占用每个子机架的前两个槽位， 电 源模块通过背板总线给插入该机架的其他模块提供电源， 电 源规格为直流 5 V 和直流 2 4 V 。 该系统的核心元件是一对冗余的中央处理器 （C P U ） ， 它负 责将输入模块采集来的信号进行运算处理，以及将逻辑运算 的结果发送到输出模块， 从而控制现场设备。 通讯处理器 （C P 4 4 3 - 1 ， C P 4 4 3 - 5 ） 用来实现通过网络连接其他 设备。 一块 S I M 4 2 1（开关量输入） 和一块 S I M 4 2 2（开关量输出） 用来实现采集控制机柜中的发生的报警（如机柜温度超过限 值， 断路器跳闸等故障， 通过 S I M 4 2 1 采集） ， 并在报警发生时 发出相应的声音或者闪光报警 （通过 S I M 4 2 2 输出） 。 1 . 7A S 6 2 0 B功能模块 A S 6 2 0 B 功能模块安装在 E U 9 0 2 机架中， 功能模块用来连 接现场设备， 包括传感器、 变送器、 执行机构等， 它的作用类似 于常规 D C S 的输入输出模块，区别在于功能模块除了输入输 出功能外， 它也有一定的数据处理， 逻辑判断功能， 可以减少 C P U 数据处理的负荷， 同时在 C P U 故障时， 也能按照一定的工 况自动运行， 比常规输入输出模块有更高的可靠性。 下图展示了安装了功能模块的 E U 9 0 2 机架配置图： 一套 E U 9 0 2 机架共有 2 1 个插槽， 编号从 0 0 3 开始， 一直 到 1 6 3 ，第 2 0 和 2 1 个插槽固定用作安装 I M 6 1 6 模块， I M 6 1 6 模块用来连接 U R 2 - H 机架和 E U 9 0 2 机架，从而实现了 C P U 的 数据与 F U M 模块数据的交换。 剩余 1 9 个插槽用于用户根据项 目要求， 自由定义所需要使用的 F U M 模块。 2 常用功能模块介绍 2 . 1F U M 2 1 0 二进制信号处理模块 F U M 2 1 0 模块用于采集二进制信号 （开关量输入） 以及输 出二进制信号 （开关量输出） 。 2 . 2F U M2 1 0可以实现下列功能 （1 ） 给传感器供电 （具有短路和过载保护功能） ； （2 ） 接收 2 8 个二进制输入信号 （开关量输入） ； （3 ） 监测传感器线路和传感器信号； （4 ） 生成带时间标签的数据； （5 ） 通过软件模拟二进制输入信号状态， 便于功能测试时 使用； （6 ） 通过前板上 L E D 显示故障状态； （7 ） 输出 1 6 个二进制信号， 该输出为 D C 2 4 V / 1 2 0 m A ； （8 ） 控制马达、 电机、 执行器等控制机构； 2 . 3F U M 2 3 0 模拟量输入采集模块 F U M 2 3 0 模块用于采集模拟量输入信号，可以接收 1 6 路 0 2 0 m A 或 4 2 0 m A范围内的电流信号。在使用 2 线或 4 线 制变送器时，功能模块可给最多 1 6 个变送器提供 D C 2 4 V 电 源。 西门子电厂控制系统 S P P A - T 2 0 0 0 介绍 王建淮 （西门子电站自动化有限公司，江苏南京 2 1 1 1 0 0 ） 电力论坛? 为了增加信号采集的可靠性， 两个功能模块可并行连接， 从而 实现输入信号的冗余功能。 2 . 4F U M2 3 0 可以实现下列功能 （1 ） 可以给 1 6 个变送器提供 1 6 路 D C 2 4 V / 1 2 0 m A 电源 （防 短路防过载） ； （2 ） 监测给变送器供电时出现的短路、 过载和故障情况； （3 ） 采集 0 / 4 2 0 m A 范围内和 1 6 个模拟量输入信号； （4 ） 对 4 2 0 m A 的模拟量输入信号进行断线监测； （5 ） 生成限值以及对测量数据进行修正； （6 ） 生成带时间标签的数据； （7 ） 通过模块的软件功能， 模拟 1 6 个通道的信号输入值， 便于功能测试时使用； 2 . 5F U M 2 3 2 温度传感器模块 F U M 2 3 2 可以实现下列功能： （1 ） 采集 1 4 路 p t 1 0 0 热电阻输入； （2 ） 采集 2 8 个不同类型的热电偶； （3 ） 对输入信号进行电子隔离； （4 ） 传感器、 测量电路和测量信号的监视； （5 ） 测量信号的线性化； （6 ） 生成带时间标签的输入数据； （7 ） 生成限值信号； （8 ） 通过软件进行输入信号模拟， 便于功能测试时使用； 2 . 6F U M 2 8 0 连续闭环控制的控制器模块 F U M 2 8 0 模块用于控制和监视连续控制驱动器。它是现场 执行机构（例如接收 4 - 2 0 m A 标准信号的调节阀或者执行器） 和闭环控制功能之间的标准接口。 除了用作驱动执行机构外， 该模块上还可实现对 P I D 控制中设定值的操作。 在 F U M2 8 0 控制器模块的使用中， 有以下 2 种操作方式： （1 ） 闭环控制算法由系统处理器 （C P U ） 运算， 模块用作连 续闭环控制的输入输出功能来连接现场执行机构。执行机构 可以仅通过监控屏幕 （O M 6 9 0 系统功能） 操作， 或者通过监控 屏幕和后备盘同时操作。 （2 ） 闭环控制算法和对现场执行机构的操作都由 F U M 2 8 0 实现， 它采用固定的采样时间 5 0 m s ， 可以运用于系统时间常 量1 0 0 m s 的控制系统。如果自动处理器 （C P U ） 失效， F U M 2 8 0 能作为一个独立的控制器，继续对被控对象进行连续的闭环 控制， 具有更高的可靠性， 执行机构的操作可同时在监控屏幕 或后备盘上实现。 2 . 7F U M 5 1 1 开关量输入输出模块 F U M5 1 1 模块具有下列功能： （1 ） 采集最多 1 6 个开关量输入信号； （2 ） 输出最多 1 6 个开关量输出信号； （3 ） 输出开关量信号到后备盘 或者现场 （持续输出或者 以一定的频率脉冲输出） ； （4 ） 通过后备盘操作顺序控制， 连锁控制， 成组控制等功 能； 2 . 8F U M 5 3 1 模拟量信号输入输出模块 F U M 5 3 1 模块用于最多 4 个模拟量信号的隔离输入输出。 这些模拟量信号相互间隔离并与内部模块电路隔离。 F U M5 3 1 模块可以执行如下功能： 在下列输入范围内， 测量最多 4 个模拟量信号： 范围 10 m A 2 0 m A 范围 24 m A 2 0 m A 范围 30 m A 1 m A 范围 40 V 1 V 范围 50 V 1 0 V 范围 62 V 1 0 V 范围 71 m A 范围 82 0 m A 范围 91 V 范围 1 01 0 V （1 ） 输出模拟量电压信号 范围 10 V 1 0 V 范围 22 V 1 0 V （2 ） 输出模拟量电流信号： 范围 30 m A 2 0 m A 范围 44 m A 2 0 m A 3 结语 西门子的 D C S 系统 S P P A - T 2 0 0 0 的结构与功能与电厂运 行需求紧密结合， 其功能模块具有全面和独立运行的功能， 可 以给电厂运行提供更高的稳定性和更加优化的运行工况， 提 高电厂经济效益。 参考文献： 1 王常力， 罗安分布式控制系统 （D C S ） 设计与应用举 例 （第 2 版） M 北京： 电子工业出版社，2 0 1 0 2 王树青， 赵鹏程集散型计算机控制系统 （D C S ） M 杭州： 浙江大学出版社， 1 9 9 4 （上接第 1 4 4 页） 图 3R C S - 9 4 1 操作回路插件 S W I 与西高某型号断路器机构箱 的配合接线图 针对这个问题，最好的解决方法是能实现两套防跳回路 自动切换， 即在远方操作开关时， 使用操作箱防跳； 在就地操 作开关时， 使用机构箱防跳。实现方式很简单， 即在机构箱的 防跳启动回路中串联一个远方 / 就地转换开关 4 3 L R 的常开 接点， 我们把这种防跳方式称为 “远方 / 就地” 把手切换方式。 改造后的回路图如图 4 所示。 图 4 改造后的西高某断路器机构箱就地防跳回路接线图 3 防跳回路的选用 广东省电力系统继电保护反事故措施及释义 （2 0 0 7 版） 中第 6 . 1 1 条规定每个断路器应且只应使用一套防跳回路。 若 同时使用保护装置操作箱和断路器内防跳回路，应保证两套 防跳回路均可投退。 由于同时使用两种防跳方式可能导致合闸回路监视异 常， 甚至导致合闸回路异常， 考虑到回路的简单可靠， 故建议 1 1 0 K V 及以下断路器防跳回路采用操作箱防跳，取消断路器 机构箱防跳回路； 2 2 0 K V 及以上断路器大部分为分相操作， 单 独使用操作箱防跳会存在死区， 建议其防跳回路采用“远方 / 就地” 把手切换的方式。 4 结语 操作箱和机构箱的防跳回路各有优劣，简单的叠加使用 不但作用重复， 可能会导致合闸回路监视异常，