水工業(yè)使用PLC以太網(wǎng)實(shí)現對隔河巖電廠(chǎng)LCU改造
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光纖以太網(wǎng)冗余
對于LCU來(lái)說(shuō)，它與系統的其它結點(diǎn)的連接方式，或說(shuō)組網(wǎng)方式，現在普遍采用以太網(wǎng)，而且采用光纖作為介質(zhì)。單網(wǎng)的可靠性已經(jīng)很高，但考慮其它不可預見(jiàn)的機械物理上的等因數，可以考慮采用雙光纖以太網(wǎng)。
隔河巖計算機監控系統采用了雙光纖以太網(wǎng)。從LCU（PLC）而言，它的雙光纖以太網(wǎng)工作方式不需要切換，而且是同時(shí)工作（ALL IN WORKING）的方式。這樣，不需要切換，一旦一號網(wǎng)故障，二號網(wǎng)可以零時(shí)間切換過(guò)去。由此可以獲得很高的性能。這是由Quantum 系列PLC的以太網(wǎng)實(shí)現的功能。
與遠程機箱的聯(lián)結電纜冗余
一般情況，一個(gè)LCU單元需要幾個(gè)擴展機箱。如隔河巖項目，它有五個(gè)擴展機箱。在Quantum系列PLC上，它有兩種連接方式，一種是遠程 RIO（Remote Input/Output）方式，一種是分布DIO（DistributedInput/Output）方式。隔河巖項目采用的是 RIO方式，它的擴展機箱稱(chēng)為遠程站（RemoteDrop）。
一般情況下，主機箱采用與擴展機箱采用單纜連接已經(jīng)足夠。但采用雙纜可以獲得更高的可靠性。如在龍羊峽水電廠(chǎng)，單機32萬(wàn)千瓦，PLC的主機箱在上游側，其中一個(gè)遠程站在下游側。在該電站，采用雙纜連接主機箱與該遠程站，一跟從左側走線(xiàn)，一跟從右側走線(xiàn)，這樣一旦一側有火災、機械損傷等不可預見(jiàn)性的因素，不影響系統的正常運行。
在隔河巖計算機監控改造工程中，也采用了雙纜的結構。
輸入冗余
一般來(lái)說(shuō)，輸入的冗余應該采用三取二的方法，即少數服從多數的方法。通用電氣公司GE系列PLC 有這樣的硬件結構，從CPU、輸入、輸出都三重冗余，以滿(mǎn)足可靠性極高的情形，如冶金領(lǐng)域的高爐。但是它的投資大，在水電行業(yè)實(shí)在沒(méi)有必要。但是，對于少數重要的信號，如用于事故停機、緊急事故停機的信號、重要設備如出口斷路器的狀態(tài)信號有兩路信號輸入，就存在如何處理的問(wèn)題。在隔河巖計算機監控改造工程中，就遇到這樣的問(wèn)題。處理的方法是采用安全傾向因子，在不同的狀態(tài)、過(guò)程中，可以采用不同的安全傾向因子，這樣用一對冗余信號加一組安全傾向因子，就可以得到在不同的狀態(tài)、過(guò)程中一組信號。一個(gè)安全傾向因子可以是幾個(gè)甚至更多個(gè)信號的邏輯運算結果。
輸出冗余
對于部分重要設備，如滅磁開(kāi)關(guān)、出口斷路器，為保證其在任何情況下的高可靠性動(dòng)作，需要對每一個(gè)這樣的設備配置兩個(gè)開(kāi)出通道，即配置冗余的通道，已保證其可靠性。有些電廠(chǎng)的出口斷路器。如隔河巖的，分閘就是兩個(gè)線(xiàn)圈，正常工作線(xiàn)圈和后備線(xiàn)圈，任何一個(gè)線(xiàn)圈勵磁，斷路器都會(huì )分閘。實(shí)際上就是設備的冗余。國電公司在“無(wú)人值班（關(guān)門(mén)運行）征求意見(jiàn)稿”中有過(guò)這樣的要求。
一般，冗余的通道動(dòng)作策略有兩種：
一種是采用兩個(gè)冗余通道同時(shí)動(dòng)作的策略;
另一種是采用在第一個(gè)通道動(dòng)作失敗后，冗余的第二通道再動(dòng)做的策略。
顯然同時(shí)動(dòng)作不是很好，因為正常情況下，設備會(huì )正常動(dòng)作。這種情況下，第二通道動(dòng)作沒(méi)有必要，可能造成第一通道動(dòng)作失敗后，第二冗余通道動(dòng)作不能正常動(dòng)作。
采用后一種辦法較好。監視第一個(gè)通道動(dòng)作，在一定時(shí)間內，狀態(tài)沒(méi)有反饋回來(lái)，第二通道動(dòng)作。這樣，第二通道幾乎沒(méi)有“表現的機會(huì )”，一旦讓他表演，他會(huì )“準確而恰如其分地表演”。 在隔河巖計算機監控改造工程中，就是采用這種方案，取得了比較理想的效果。
電源的冗余
電源的重要性不言而喻。再好的設備，不提供電源，什么都無(wú)從談起。在隔河巖計算機監控改造工程中，采用了電源冗余技術(shù)。隔河巖電廠(chǎng)的主電源為 DC110V，I/O電源為DC24V。在遠程站中，采用兩塊電源模塊相冗余，在CPU機箱采用單電源（每一個(gè)CPU機箱占用獨立的底板）。電廠(chǎng)提供兩路 DC110V電源，一路DC110V電源提供給其中一個(gè)CPU機箱電源模塊和遠程站的一個(gè)電源模塊，另一路DC110V電源提供給另一個(gè)CPU機箱電源和遠程站的另一個(gè)電源模塊。兩路DC110V各通過(guò)DC/DC轉換產(chǎn)生DC24V，兩路DC24V之間形成冗余。正常情況下，兩路DC110V都供電，兩個(gè) CPU機箱一主一備正常工作，DC24V正常工作，遠程站上的兩塊電源各承擔該機箱一半負荷。當一路DC110V故障時(shí)，其中一個(gè)CPU機箱能夠正常工作（當備用CPU機箱上電源失去時(shí)，沒(méi)有什么操作，也沒(méi)有什么影響。當主用CPU失去電源時(shí)，備用CPU無(wú)擾動(dòng)切成主CPU），一路DC24V正常工作，遠程站上的其中一塊電源承擔該機箱全部負荷。這樣就實(shí)現了電源的冗余。
2.5 交流采樣與變送器
交流采樣的使用越來(lái)越多，大有代替變送器的趨勢。但是，現在對于交流采樣的理解不是那么清楚。隔河巖計算機監控改造工程中，關(guān)于交流采樣與變送器處理與使用是比較恰當的、合適的，是值得其它電站（廠(chǎng)）借鑒的。這里所說(shuō)的合理與恰當，當然指的是交流量的處理，因為現在對于直流及非電量只能采用變送器進(jìn)行采集處理。具體處理方法是：對于機組同期、機組有功功率、機組電壓（無(wú)功功率）、導葉開(kāi)限等實(shí)時(shí)性、可靠性要求高的控制環(huán)節，采用變送器。而采用交流采樣裝置采集發(fā)電機的三相電流、三相電壓（相、線(xiàn)）、有功功率、無(wú)功功率、功率因數等電氣參數。
2.6采用CableFast快速配線(xiàn)系統
按照常規的接線(xiàn)方式，各種I/O模塊到盤(pán)柜端子需要配線(xiàn)。隔河巖水電廠(chǎng)機組單機容量大，考慮的較完善，因此I/O點(diǎn)數多。開(kāi)關(guān)量輸入有320點(diǎn)，開(kāi)關(guān)量輸出有128點(diǎn)，溫度點(diǎn)數有64點(diǎn)，非電氣模擬量輸入有32點(diǎn)，模擬量輸出8點(diǎn)。共有I/O模塊25塊，每個(gè)模塊有40端子需要與端子現聯(lián)，至少要有 1000線(xiàn)需要接。但現場(chǎng)安裝改造時(shí)間非常有限，必須采取效率更高的方法。采用施耐德的快速接線(xiàn)系統CableFast是一種好的解決方法。 CableFast快速配線(xiàn)系統是施耐德公司的標準產(chǎn)品，它將Quantum 接線(xiàn)端子與端子塊預先用電纜連接好，端子塊可以直接安裝在DIN導軌上，外部接線(xiàn)可以直接接在端子塊上，這樣就減少了配線(xiàn)的工作量，節省了大量時(shí)間，是一種比較好的方式。
2.7精心設計認真準備
為了使現場(chǎng)的配線(xiàn)、改造的工作量最小，也為以后的維護方便，需要精心地進(jìn)行設計。合理布局，合理配置。一般外部端子接線(xiàn)不要改變，這樣就可以減少施工時(shí)間。另外，要進(jìn)行充分的準備，各種配件、各種工具等，否則就會(huì )影響工期
在隔河巖現場(chǎng)改造過(guò)程中，我們較好解決了這個(gè)問(wèn)題，使得現場(chǎng)的改造、裝配工作有條不紊地進(jìn)行，在保障工期地前提下，使裝配地工藝操作原進(jìn)口設備地工藝水平，得到電廠(chǎng)地好評。
3.結語(yǔ)
在清江隔河巖水電廠(chǎng)現地控制單元（LCU）改造中，在結構、技術(shù)路線(xiàn)、實(shí)現方法上都有所創(chuàng )新。主要體現在水電行業(yè)首次使用QUANTUM PLC 直接上網(wǎng)（取消工控機），體現在采用了雙機熱備冗余、雙網(wǎng)、部分I/O冗余及電源的冗余。
隔河巖水電廠(chǎng)的LCU尤其是機組LCU I/O點(diǎn)數多，是一般同規模機組的3到4倍。而且監控系統的改造要求高，特別是時(shí)間短。在不到三周的時(shí)間里，要進(jìn)行現場(chǎng)安裝、配線(xiàn)、調試，時(shí)間非常緊。經(jīng)過(guò)與電廠(chǎng)等有關(guān)方面的積極配合，隔河巖水電廠(chǎng)計算機改造工程已基本完成。目前，設備運行良好，預期的目標基本實(shí)現，效果是好的。
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