SoE在干熄焦余熱發(fā)電控制系統(tǒng)中的設計與應用

李光珂

（濟鋼集團國際工程技術有限公司，山東 濟南 250101）

節(jié)能減排

SoE在干熄焦余熱發(fā)電控制系統(tǒng)中的設計與應用

李光珂

（濟鋼集團國際工程技術有限公司，山東 濟南 250101）

為保證及時查明干熄焦余熱發(fā)電機組發(fā)生故障及停機的原因，以ControlLogix系統(tǒng)為基礎，CPU采用1756-L63冗余控制站、ControlNet網(wǎng)絡采用冗余的1756-CNBR模塊與遠程I/O站通訊，設計應用了控制系統(tǒng)的事件順序記錄功能。應用SoE后，實現(xiàn)了以毫秒級的分辨率獲取事件信息，可成功地檢測出引起機組故障停機的原因。

干熄焦；余熱發(fā)電；控制系統(tǒng)；SoE；ControlLogix

1 前言

干熄焦余熱發(fā)電機組的安全、穩(wěn)定運行，保障了整個生產(chǎn)過程的連續(xù)性、穩(wěn)定性。在發(fā)電工業(yè)過程控制領域中，不但對機組控制的穩(wěn)定性和安全性要求很高，而且在機組發(fā)生故障停機時，需要對引起故障的原因進行分析，而在分析原因的過程中往往需要事件順序記錄（SoE，Sequence of Events）功能。一般的歷史數(shù)據(jù)記錄只能做到秒級的分辨率，當事件發(fā)生后，往往同一秒內(nèi)出現(xiàn)的信息很多，且不能分出先后順序，這就給事故分析造成了很大的困擾。事件順序記錄系統(tǒng)以毫秒級的分辨率獲取事件信息，為機組事故分析提供了有力證據(jù)。SoE是發(fā)電系統(tǒng)中不可缺少的一部分，通過SoE時間戳功能可準確記錄停機故障發(fā)生的時間及先后順序。

2 SoE工作原理

SoE采用的硬件為1756IB16ISOE模塊，16個單獨隔離的事件順序輸入，SoE模塊能為每個輸入變量的改變提供時間戳，時間戳的時間機制基于協(xié)同時鐘CST（Coordinated System Time），協(xié)同時鐘是基于控制系統(tǒng)背板的微秒級時鐘基準，系統(tǒng)中的時間均以此為基準。協(xié)同時鐘不是絕對時間，而是相對參考時間。SoE系統(tǒng)的輸入信號全部為開關量信號，以高分辨率來分辨各個信號的狀態(tài)變化的先后順序。SoE模塊的工作原理如圖1所示。

SoE有兩種工作模式，分別為CST Per Point Mode和First In First Out（FIFO）Mode。

1）CST Per Point Mode。該模式下SoE模塊能為每一個輸入量的2種變化提供時間戳，即由OFF變?yōu)镺N，或由ON變?yōu)镺FF，工作原理見圖2。

圖1 SoE模塊工作原理

圖2 CST Per Point Mode工作原理

由圖2可知，當輸入端沒有發(fā)生改變時，沒有時間戳數(shù)據(jù)。當Input1由OFF變?yōu)镺N，模塊用時間戳標記該變化，將該數(shù)據(jù)發(fā)送給CPU并儲存在本地；當Input2由ON變?yōu)镺FF，模塊用時間戳標記該變化，將該數(shù)據(jù)發(fā)送給CPU并儲存在本地，同時模塊繼續(xù)儲存Input1的改變。

SoE模塊以25 μs的分辨率為每一次輸入量變化提供時間戳，這些時間戳以特定的數(shù)據(jù)結構復制到CPU后，在CPU中通過排序來決定時間發(fā)生的先后順序。CST Per Point Mode主要應用于級聯(lián)事件中查明相對第一發(fā)生的事件及事件發(fā)生的先后順序，只要事件發(fā)生的時間間隔超過25 μs，便可找出首出事件及發(fā)生的順序。

2）FIFO Mode。該模式下SoE模塊能為無限數(shù)量的輸入量變化提供時間戳，無論輸入量是由OFF變?yōu)镺N或由ON變?yōu)镺FF，還是某個輸入量變化多次，任一變化都有唯一的時間戳。SoE模塊將這些時間戳存儲在模塊背板緩存區(qū)中，單次SoE模塊緩存區(qū)中可存儲多達160個輸入量變化。如圖3所示，當輸入端發(fā)生改變時，沒有時間戳數(shù)據(jù)。當Input5由OFF變?yōu)镺N，模塊用時間戳標記該變化，將該數(shù)據(jù)儲存在緩存區(qū)中的第一槽中。當Input1由ON變?yōu)镺FF，模塊用時間戳標記該變化，將該數(shù)據(jù)儲存在緩存區(qū)中的下一個槽中，同時緩存區(qū)中第一個槽中繼續(xù)儲存Input5的時間戳。

圖3 First In First Out Mode工作原理

一旦數(shù)據(jù)被存儲在模塊中，控制器必須檢索它。通常情況下，控制器從模塊緩存區(qū)的第一個槽中檢索數(shù)據(jù)（在第一槽中的數(shù)據(jù)也被稱為首出事件），確認該數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)以特定數(shù)據(jù)結構復制到CPU中，以便后續(xù)排序使用，之后，便將該數(shù)據(jù)從第一槽中清除，第二槽中的數(shù)據(jù)便進入第一槽中，以此類推。FIFO模式主要應用于在相對快速（當變化的速度快于CPU處理速度）的連續(xù)多個輸入量發(fā)生變化的場合，基于這一目的，SoE模塊采用了存儲多達160個數(shù)據(jù)的緩存區(qū)。

3 SoE系統(tǒng)設計

3.1 硬件設計

SoE硬件系統(tǒng)以ControlLogix系統(tǒng)為基礎，CPU采用1756-L63冗余控制站、ControlNet網(wǎng)絡采用冗余的1756-CNBR模塊與遠程I/O站通訊，以太網(wǎng)采用冗余1756-ENBT模塊與上位機（工程站、操作員站）通訊，通過冗余配置增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性及可靠性。SoE模塊1756IB16ISOE放置在遠程I/ O站中，由于控制系統(tǒng)的CPU處理速度及信號傳輸速度無法滿足事件順序記錄毫秒級的要求，必須依靠SoE模塊高速的處理能力，在采集到信號后首先在SoE模塊內(nèi)部進行處理存儲，將處理后的信號再傳輸給CPU模塊，最終在操作員站上顯示，硬件結構如圖4所示。

3.2 軟件設計

SoE軟件系統(tǒng)由HMI監(jiān)控軟件、控制系統(tǒng)組態(tài)編程軟件以及通訊軟件RSLinx Classic Communication Service組成。其中HMI監(jiān)控軟件采用羅克韋爾公司FactoryTalk View Site Edition軟件，控制系統(tǒng)組態(tài)編程軟件采用羅克韋爾公司的RSLogix5000軟件。在干熄焦余熱發(fā)電機組控制系統(tǒng)應用中，SoE采用First In First Out（FIFO）Mode，通過該方式確定引起汽輪機停機的首出事件。在RSLogix5000軟件中將1756IB16ISOE的工作模式Comm Format設置為CST FIFO Mode，利用SoE模塊專用標簽及程序編碼辨識事件發(fā)生的先后順序，在FactoryTalk View Site Edition中讀取標識事件先后順序的信號以畫面的形式展現(xiàn)事件發(fā)生的順序。

圖4 SoE硬件結構

4 結語

在干熄焦余熱發(fā)電機組中，基于ControlLogix系統(tǒng)設計應用控制系統(tǒng)的事件順序記錄功能，實現(xiàn)以毫秒級的分辨率獲取事件信息，可成功地檢測出引起機組故障停機的原因，為迅速查找故障原因提供了快捷有效的方法。該系統(tǒng)可廣泛引用于類似要求檢測分辨毫秒級時間發(fā)生的應用場合，且不需要準確獲知事件發(fā)生的絕對時間，如需獲知事件發(fā)生的絕對時間，在機架中插入GPS模塊，用于接收來自GPS衛(wèi)星的時鐘信號即可。

Design and Application of SoE in CDQ Waste Heat Power Generation Control System

LI Guangke
（Jigang International Engineering and Technology Co.,Ltd.,Jinan 250101,China）

In CDQ waste heat power generation unit,in order to find out reasons of failure and shutdown quickly，SOE(sequence of events)system is designed to analyze reasons of failure and shutdown in this paper.The redundant 1756-L63 and redundant 1756-CNBR of Controllogix were used in SoE system.After the application of SoE,the event information is acquired with the resolution of milliseconds,and the current event of failure and shutdown is successfully detected.

CDQ;waste heat power generation;control system;SoE;ControlLogix

TP273.5;TM617

A

1004-4620（2015）04-0052-02

2015-05-27

李光珂，男，1981年生，2007年畢業(yè)于合肥工業(yè)大學精密儀器及機械專業(yè)，碩士?，F(xiàn)為濟鋼集團國際工程技術有限公司工程師，從事自動化、儀表設計及開發(fā)工作。