水电厂现地控制单元二PPT课件

1 水电厂现地控制单元 二 2004年7月15日 2 一 LCU的发展轨迹 七 八十年代初由单板机构成的简单自动控制装置 常规控制为主 自动控制为辅 八十年代中后期由进口PLC或自行开发的控制器构成的现地控制单元 自动控制为主 常规控制为辅 3 九十年代初期由进口PLC或自行开发的控制器构成的现地控制单元 现地控制单元 小型PLC顺控装置的控制冗余型 九十年代中以后由进口PLC或自行开发的控制器构成的现地控制单元 完全取消常规 成为水电厂安全运行的必须设备 4 二 我厂LCU的几种分类 一 单板机 总线型结构LCU 采用单板 总线型结构的LCU在国内较为普遍 是九十年代初期的主力 南瑞自控公司的SJ 400就是此种结构的典型 二江电厂现在的五号机 六号机和七号机 公用设备和开关站都是使用此种型号的LCU 5 特点 是由引进或国产的芯片设计成各种功能的单板 并配以控制面板 输入输出匹配电路 电源等 构成现地监控装置 采用这种结构可以设计功能性能都很理想的LCU 已在不少水电厂成功地投入使用 但由于当时我国制造水平的限制 这种LCU的工艺水平不高 接插和焊点容易出现问题 给调试和维护带来困难 6 二 以可编程控制器 PLC 为基础的LCU 可编程控制器一般均按工业使用标准设计 为系统集成商省去了机械设计 加工 装配 焊接等技术和工艺要求等工作 而且接插性能好 整机可靠性高 目前用于配置LCU的可编程控制器的种类有 美国GE公司的90系列 日本KOYO公司的SU 5 SU 6 SG 8系列 美国AB公司的PLC 5 PLC 2和SLC系列 日本OMRON公司的C200 C500 C2000系列 美国Modicon公司的Quantum系列 德国Siemens公司的S7系列 日本MITSUBISHI公司的FX2 A系列 可编程控制器为基础的LCU在我厂也有运用 二江电厂的二号机组就是采用Siemens公司的S7系列PLC 7 特点 作为主体的PLC可靠性高 配置灵活 使用方便 易于掌握 通过选择不同型号的PLC 可方便构置成高 中 低不同容量的现地控制单元 采用独特的交 直流电源双重供电技术可完全替代UPS 确保LCU可靠运行 通过自行研发的SJ 30型通讯管理器内的8个串行通讯接口 满足和适应日益增多的周边智能设备的接入 彻底解决受PLC通讯模件通讯接口数量及特殊规约的限制 8 三 智能I O模件配工业实时网的LCU 这类LCU的代表产品是ABBMODCELL智能数据处理模件及国电自动化研究院的SJ 600 其中大江电厂的全部LCU和二江电厂的1号机 3号机和4号机的LCU就是采用此种LCU 是我厂的主力LCU 因此后面我们主要介绍这种LCU SJ 600是以MB80模件为基础的新一代智能分布式现地控制装置 能直接上监控系统主干网 支持遵循IEC 1131 3国际标准的可视化顺控流程图 此外采用防止模件误插的编码式插槽 SMT表面贴片工艺和I O信号一次性电缆连接等高可靠性设计 9 特点 专为水电厂计算机监控系统而开发的控制器 能完全满足和适应水电厂计算机监控系统的特殊要求 所有模件采用低功耗嵌入式32位CPU 实时多任务操作系统 功能强大 采用国际标准CAN BUS现场总线 模件采用全封闭注铝外壳 抗震防灰 屏蔽性能好 所有模件均可带电插拔 维护简单方便 10 强大的SOE输入能力 分辨率达到1ms 多至8个可编程的串行通讯接口 充分满足各种智能设备的接入 方便的组态软件 人性化的界面让所有工作轻松搞定 11 三 SJ 600的主要功能及应用 一 数据采集与处理 LCU通过此功能对电厂的主辅设备的运行状态 运行参数及测量值进行实时采集 工程量化 存入实时数据库 作为系统实时监视 告警 控制 制表 计算和处理的依据 数据采集的对象分为模拟量 开关量 脉冲量 数码量等 12 二 控制与调节 LCU应能接受当地或上位机的命令实现对全厂发电设备的自动控制操作与调节 其包括机组开停机操作 断路器合 分操作 隔离刀闸的合 分操作 有功 无功调节 LCU在收到控制命令后 首先对其进行合法性校验和相关闭锁条件进行检查 只有在符合要求时才允许操作 当LCU在线自诊断到有关模件故障时 将自动禁止相应的控制操作 控制受阻时 将给出受阻原因 13 三 事故停机处理 由LCU的智能I O模件直接对采集到的事故信息进行响应和处理 执行相应的事故停机流程 14 四 数据通信 作为监控系统光纤以太网的节点与电厂级进行通信 向上位机发送数据和事件信息 并接受其下行的控制命令 作为现地控制单元和微机励磁 调速 保护 智能采集等设备的通信 15 五 在线自诊断 LCU能够在线进行硬件和软件的诊断 硬件诊断到板级 在诊断到故障后将报警 并自动进行冗余切换 闭锁相关控制等一系列处理 LCU具有掉电自恢复功能 16 四 SJ 600总体结构与原理 SJ 600主要由三部分 主控模件 智能I O模件以及连接各模件及主控模件的I O现场总线网络 17 主控模件是现地控制也即LCU的核心部分 又名CCU 中央控制单元 它完成当地控制与调节 信息处理 通讯转发 外部设备通讯等功能 主控模件有两种配置 单主控模件和双主控模件方式 我厂采用的是双主控模件 在此配置下组成热备用冗余方式 自动完成硬软件主 从切换 主控模件采用符合国际标准IEEE1996 1的嵌入式系统设计 选取了低功耗嵌入式486DX的CPU及电子盘 4 8M 掉电保持区64K并且还配有WatchDog逻辑和实时多任务操作系统pSOS 一 主控模件 18 通过高性能的软硬件平台嵌入式设计 不仅使主控单元的数据处理能力和效率得以提高 同时系统可靠性也得到了很好的保证 板上还支持8个串口 用于与其它智能设备的通讯 此外主控单元还可以根据需求配置彩色触摸屏 从而为现地控制装置LCU提供一个良好的当地监控的人机界面 19 二 32位智能I O模件 智能I O模件在物理布置上分为当地I O单元及远程I O单元两种 这些单元都是由32位嵌入式微处理器386EXCPU管理的智能I O模件构成 增强了I O模件的数据处理能力并且模件带有自诊断功能 在工作时 模件CPU不断地对模件主要部件进行检测 一旦发现不正常 一方面向主控模件报警 另一方面做出保护 防止引起误动 20 另外 这些模件选用了全表贴元器件 多层印制板 通过自动表贴生产线生产 大大提高了模件的电路可靠性 当地I O在结构上则采用了全密封金属封装 兼顾了防尘 散热和电磁兼容性 远程I O可通过光纤转换器拉到远方完成特定的控制功能 在结构和应用上较为独立 也更灵活 可以任意配置输入通道类型 并可以就地执行控制算法 进行控制输出 21 三 现场总线网络 SJ 600现地控制装置采用的为现场总线网络 由SJ 600组成的计算机监控系统的现地控制单元LCU内采用了目前国际工业控制领域最先进的结构体系 即各智能I O模件和主控模件之间的数据联接是通过串行总线CAN网络完成通讯 而取消了传统的并行总线 22 现场总线的优点 各I O模件在电气上隔离 相互独立 不会因某个I O模件出现故障而使整个系统瘫痪 该网也采用了双冗余结构 在一段网络出故障失效的情况下 各I O模件和主模件之间的通讯不会受影响 串行总线易于扩展 提高了系统配置的灵活性 通过将I O系统分散到现场可以大大缩短信号电缆的长度 而且在特殊情况下还可通过光纤适配器将双绞线转换为光纤以实现远程I O 23 CANbus ISO1898 具有多主优先级控制 实时性强 通信速率可达1Mbps 支持点对点发送和广播发送功能 而且有很强的错误识别和处理功能 CAN网络在多主方式下工作 使用非破坏性总线裁决技术 采用短帧结构 每帧具有CRC校验 传输时间短 受干扰概率低 在应用层使用开放性通讯协议DeviceNet标准 24 四 显示单元 显示单元一般选用DIGITAL公司生产的GP377S智能型彩色液晶显示触摸屏 它通过串口直接与SJ 600型现地控制装置主控模件 CCU 进行通讯 完成当地数据显示和操作等功能 触摸屏由多幅画面组成 它是现地控制装置进行人机接口的重要工具 25 五 SJ 600软件 SJ 600型智能分布现地控制组态软件是在WINDOWSNT4 0平台上 用VisualC 编程语言 采用面向对象的技术 开发了一套组态软件系统 这套系统提供了直观的 交互的方法来生成水电厂现地控制单元LCU的数据库 一 组态软件 26 数据库组态软件分为系统组态与监视 应用程序Configmet exe 数据库组态与调试 应用程序rfu exe 和流程组态与调试 应用程序floechowt exe 上述软件均可离线运行 也可以在线运行 离线运行时 只能进行组态 在线运行时 既可组态也可调试 除上述软件之外 系统还提供了几个基础应用程序 网络驱动 它是所有程序在线运行的前提 同时可在窗口中监视信文 流程管理 它是流程在线调试运行的基础 可进行流程的批量下载 测点一览 实时监视现场数据 并可修改数据库某些属性 27 系统组态 系统组态软件主要用于配置网络节点 网络节点配置的项目有 单网 双网 节点名 别名 IP地址 节点类型 CPU类型 选择节点运行方式 当所有项完成 就形成了系统中的一个网络节点 28 数据库组态 SJ 600数据软件采用填表 对话框 菜单方式提供组态工具 以MDI Multi DocumentInterface 作用户界面 完成SJ 600装置I O测点及有关功能的组态 实现数据库的创建 修改 删除 查询 保存 加载 返读 打印 在线调试及在线参数修改等功能 数据存放以二进制码方式 文件格式为DOS 且数据库文件具有可传递性 生成的文件以24字节为版本控制信息 信息内容为生成软件的版本信息及文件生成的时间 29 流程组态 采用全图形化的方式编辑控制流程 通过编译生成汇编代码 并下载到SJ 600中执行 同时 还可以在线对流程进行调试 排除流程中错误及不合理处 并能实时反映流程执行过程中的各种信息 30 二 主控模件软件 采用了国际上最广泛使用的32位实时操作系统pSOSystem 该操作系统是专门为嵌入式微处理器而设计的模块化 高性能 实时的操作系统 其优先级管理 多任务调度 事件触发机制是提高实时的最有力的支持 另外 其完全的开放性 支持TCP IP C C 编程也是组成开放式系统必不可少的条件 还能支持如文件管理 网络功能等多种服务 31 三 I O模件软件 智能I O模件主要完成信息采集