控制线路冗余（共4篇）
控制线路冗余 篇1
摘要：文中简述了SIEMENS、FAGOT系统抱闸控制原理,以“咸阳机床厂”生产的“数控阀芯槽及倒角磨床”为例述论了冗余设计在抱闸控制中的应用,并给出了相关的PLC逻辑程序和外围控制电路。
关键词：802D,FAGOR,802DSL,PLC,抱闸控制,控制原理,位置环,闭环控制
0 引言
随着现代工业的发展、分工的趋细和人类智能的提高,机床数控系统的控制功能愈发完善,使得机床的设计、制造就变得更为简单,比如机床垂直轴抱闸的设计,以前为实现这一功能,在机械上必须有一套抱闸单元机构再加上相应的电气控制;而现在我们只要一台带抱闸的伺服电机,结合NC系统对应的控制功能,附加适当的外围控制电路即可达到目的。
1 控制原理
不同数控系统厂家的实现方法不同,比如:SIEMESN802DSL及以上档次控制系统,机床设计者不需要对机械和电气进行任何设计,NC对垂直轴抱闸单元的控制采用闭环控制,伺服放大器直接为抱闸线圈提供电源,伺服放大器与NC进行通信,NC根据相应轴位置环的状态来控制是否给抱闸线圈提供电源,而且可以在伺服放大器中进行更为详细的参数设置;而SIEMESN802DSL以下档次及802DSL以前的802D系统,FAGOR系统是通过NC与PLC进行通信,通过PLC对相应轴的位置环信号进行周期扫描,再根据位置环信号的状态来控制抱闸线圈电源的通断,电源采用外部供电。所以设计者要根据实际情况进行相应的设计,否则可能会出现重大机械事故。
2 应用实例
下面以“咸阳机床厂”2008年以前生产的“数控阀芯槽及倒角磨床”为例就后者的抱闸电路设计进行相应的探讨。
2.1 硬件及说明
机床总体布局简图如图1所示:机床共配置五轴,轴名称分别定义为X、Y、Z、V、A,其中Y、V为垂直轴。系统选用SIEMENS802D。
2.2 控制原理及外围控制电路说明
2.2.1 NC控制原理
N C给每根轴都提供轴的位置环状态值,对应Y、V轴具体状态值地址:V39010001.5,V39030001.5,PLC对以上地址的状态值无条件地进行周期扫描,状态值为“1”时正常,接通抱闸电源;状态值为“0”不正常,断掉抱闸电源(抱闸机构单元得电松开,失电夹紧)。
2.2.2 PLC逻辑电路
2.3 外围控制电路(改进前)
2.3.1 电路图说明
Q1.3:PLC输出点,KA13、KA31:DC24V继电器,-SB0-2急停按钮,当相应轴位置环无效时,Q1.3状态值为“0”,KA13失电,-KA13-1断开Y、V抱闸单元机构失电,抱闸单元机构抱轴;轴位置环有效时Q1.3状态值“1”,KA13得电Y、V抱闸单元机构通电,抱闸单元机构松开。
2.3.2 设计缺陷
以上设计的缺陷是忽略了冗余设计,设计中我们一般不采用冗余设计,但在某些安全要求特别严格或其它特定情况下必须采用冗余设计,这样可以避免一些意料之外的故障,往往这类故障发生的概率少,但一旦发生就是致命的。
“数控阀芯槽及倒角磨床”是咸阳机床厂2006年开发的新品,前5台其中的4台至今一直运行正常,但有一台(珠海用户)2010年8月至10月份共发生两次Y、V轴滑块机构莫明其妙的同时往下掉,将砂轮砸伤,并严重损坏机床精度。起初我们一直找不到原因,我们与NC系统提供厂家一起排除了系统的原因。经过多次故障摸拟,发现KA13动作有时不可靠。我们可以更换KA13,但不能彻底解决问题。经过缜密思考最后决定更改外围控制电路。
2.3.3 改进后的外围控制电路及说明
电路说明:在PLC输出点上并联一个冗余的DC24V中间继电器KA100,并将一常开触点串联在给抱闸提供电源的线路上,这样改进后:Y、V轴的位置环状态都能在KA13,KA100得到正确的反应,机床控制系统能及时地做出正确的反应;而且KA13,KA100同时发时同样故障的概率在理论上为零。
3 结论
从以上实例来看,设计机床的抱闸控制单元时应根据NC系统的具体控制功能加上相应的冗余设计,这样机床的安全性更高,发生意外安全事故的概率更少。
设计者如果选用其它的NC系统,可以参考以上实例进行相应的设计。
参考文献
[1]简明调试手册(SINUMERIK 802D solutionline T/M)[Z].SIEMENS(CHINA)LT.D.
[2]PLC子程序说明[Z].SIEMENS(CHINA)LT.D.
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[4]CNC8055/CNC8055I安装手册[Z].(M&T)Fagor Automa-tion,S.Coop.
控制线路冗余 篇2
混凝土泵排量控制是在正泵、反泵的基础上, 通过改变主变量泵上比例电磁阀 (DT) 的平均电流, 从而改变主变量泵的流量, 也即改变了泵车的排量。早期的混凝土泵采用一路排量通道控制, 一旦出现故障, 混凝土泵将停止工作, 所以设计了四冗余度排量通道, 这样, 可以大大提高混凝土泵排量控制的可靠度, 下面谈谈泵车排量通道四冗余度控制的硬件、软件以及故障通道诊断、切除的工作原理。
2 四冗余控制的硬件实现
如图1所示, 该系统采用西门子小型可编程逻辑控制器CPU224[1], L+、1L+、2L+接10 A的保险F, 再接电瓶正极, M、1M、2M接电瓶负极, Q0.1为控制排量通道的脉冲宽度调制 (PWM) 输出端, Q0.6、Q0.7、Q1.0、Q1.1为切除故障排量通道的四个输出端, 分别连接到四个继电器K1、K2、K3、K4的四个线圈。SB为排量调节钮子开关, 其两触点上端接到F下端, 两触点下端分别接到PLC的输入端I0.6、I0.7, I0.6为排量减小输入端, I0.7为排量增加输入端。比例电磁阀 (DT) 一端接+24 V电源, 另一端接I0.3和四个继电器K1、K2、K3、K4的四个常闭触点后, 再接四个绝缘栅场效应管的四个漏级 (D端) , 而四个绝缘栅场效应管的四个源级 (S端) 接地 (电瓶负极) , 四个绝缘栅场效应管的四个栅级 (G端) 通过四个10 kΩ、30 kΩ的电阻分压器连接到Q0.1。I0.3为故障通道监测输入端[2]。
3 四冗余控制的主控程序
PLC程序 (STL语句) 部分段[2,3]如下:
4 泵车排量的四冗余控制策略
(1) 调节排量的PWM脉冲信号的输出
在子程序Initialize网络1中对Q0.1进行脉冲宽度调制 (PWM) 的初始化, 设定Q0.1的PWM的输出脉冲的周期为4 000μs (0.004秒) , 也即Q0.1的PWM的输出脉冲的频率为1/0.004=250 Hz。在子程序Initialize网络4初始化输出脉冲的最大脉宽为2 500μs, 初始化最大相对排量为100 (就是第一次开机时泵车的初始排量) 。在子程序Set PQ网络3中, 给出了当前相对排量 (VD738) 、最大排量脉宽 (VD730) 和当前设定排量脉宽 (VD734) 的关系:当前相对排量*最大排量脉宽/100=当前设定排量脉宽。操作SB钮子开关, 可以让I0.6或I0.7置24 V, 由子程序Set PQ网络1、网络2可以减小或者增大当前相对排量 (VD738) , 使其在0~100之间变化, 从而改变当前设定排量脉宽 (VD734) 从0~2 500μs之间变化。这样, 从Q0.1输出的脉冲周期为4 000μs, 振幅为DC24V, 高电平脉宽从0~2 500μs可变的脉冲信号, 但此脉冲信号功率太小, 不能直接驱动主变量泵上比例电磁阀 (DT) , 必须经过绝缘栅场效应管的功率放大[4,5]。Q0.1输出的脉冲电压如图2所示。
(2) Q0.1输出脉冲的功率放大
Q0.1的输出脉冲经过10 kΩ、30 kΩ的电阻分压后, 在场效应管的栅极 (G端) 产生和Q0.1的输出脉冲频率 (250 Hz) 相同, 但振幅为其四分之一 (6 V) 的脉冲信号, 而场效应管的源级 (S端) 接地 (电瓶负极) , 所以, 场效应管的栅极 (G端) 和源级 (S端) 之间的电压UGS为频率250 Hz, 振幅为6 V的脉冲电压, 如图3所示。当此脉冲为低电平时, 场效应管的漏极 (D端) 和源极 (S端) 之间的导电沟道夹断, 场效应管的漏极 (D端) 和源极 (S端) 之间的电流为零;当此脉冲为高电平时, 场效应管的漏极 (D端) 和源极 (S端) 之间的导电沟道打开, 四个场效应管的漏极 (D端) 和源极 (S端) 之间的总电流为UDT (DT两端电压) /RDT (DT电阻) =24伏/25欧=0.96 A=960 MA, 所以, 流过DT的电流为频率250 Hz, 振幅为960 MA的脉冲电流, 如图四所示。由上面可知, Q0.1输出的脉冲周期为4 000μs, 高电平脉宽从0~2 500μs可变的脉冲信号, 所以, 流过DT的电流脉冲为周期4 000μs, 振幅960 MA, 高电平脉宽从0~2 500μs可变的脉冲, 这样流过DT的平均电流为0/4000×960MA~2500/4000×960MA可调[6], 即0~600 MA可调, 从而实现了主变量泵的流量从最小到最大的调节。
(3) 排量故障通道的诊断与切除
在子程序Initialize网络2中对I0.3输入口对应的高速计数器HSC4进行初始化, 定义HSC4为模式0。在子程序Initialize网络3中对时钟中断进行初始化, 定义每250 ms调用一次中断程序0 (INT0) 。当四个场效应管都正常的情况下, 输入I0.3的电压也是频率为250 Hz, 振幅为24 V的脉冲, 所以, 此时高速计数器的计数值HC4每秒增加250;当四个排量驱动通道中某一个或多个出现故障 (短路) 时, I0.3的电压被强制下拉到0 V, 执行中断程序0, 此时高速计数器的计数值HC4为0, 由子程序INT_0 (INT0) 网络1可知, 在当前设定排量脉宽 (VD734) >10 ms, 且高速计数器的计数值HC4为0两条件都满足的情况下, 启用延时接通定时器T179, 延时800 ms后, 排量驱动通道故障中间寄存器M14.1置1, 同时, 在四个通道没有全部故障 (M13.7置0) , 且泵车不处在正泵状态和急停状态, 排量驱动通道故障切除中间寄存器M14.0置1。由子程序PQCh Recover网络1可知, M14.0置1启用定时器T203, T203的预设值为100。由子程序PQCh Recover网络2可知, M14.0置1, 且0
5 结束语
根据华菱星马公司售出的混凝土泵的故障统计结果, 排量采用四冗余度排量控制, 混凝土泵排量平均无故障时间与采用一路通道控制的混凝土泵相比, 排量平均无故障时间延长一倍, 大大提高了混凝土泵使用的可靠性。
参考文献
[1]胡学林.可编程控制器原理及应用[M].北京:电子工业出版社, 2007.
[2]徐德鸿.电力电子技术[M].北京:科学出版社, 2006.
[3]西门子 (中国) 有限公司.S7-200系统手册[Z].2002.
[4]西门子 (中国) 有限公司.可编程序控制器产品手册[Z].2006.
[5]翁瑞琪.电子工程师手册[M].北京:机械工业出版社, 2006.
控制线路冗余 篇3
关键词：控制机制,硬件冗余,软件冗余,通讯冗余,集散控制系统
1 引言
随着现代工业生产自动化系统技术的发展,舞台机械控制系统技术也迅速发展,它融合了自动化技术、信息技术、现代控制技术、网络技术、通讯技术等多学科的先进技术,代表我国先进文化机械自动化的发展状况。为确保执行重要任务时安全可靠,提高控制系统的高健壮性本系统采用两种控制机制,多级冗余技术,避免因为任何单点故障,造成整个系统的瘫痪。
2 系统功能设计及设计原则
本系统研究的对象主要是舞台台面的运动控制。包括单电机控制及多电机同步控制。本系统能够完成所有舞台的全功能控制与操作,包括单体设备的控制、设备联锁、设备状态监视、预选择设备、设定运动参数、编组运行、场景记忆、场景序列、故障诊断、系统维护、互联网远程操作等。
本系统设计的原则如下。
1)确保满足现代舞台表演的基本要求。
即实现定位精度高、调速范围广、运行平稳、同步性能好、噪音低以及操作简单、维护方便等特性。
2)确保满足系统的可靠性要求。
本系统严格按照可靠性设计原则进行设计。制订和贯彻可靠性设计准则、优选元器件、零部件、进行余度设计、简化设计、降额设计、耐环境设计、健壮设计、软件可靠性设计以及容错设计等,另外还对控制系统进行潜在通路分析,本系统在余度设计方面做了大量研究。
3)确保满足运行舞台机械的安全性要求。
舞台机械的安全性指标主要包括设备安全、人身安全和电气安全等3个方面,而且,这3个因素相互关联、相互影响,有时是不可分割的。多种安全防护措施相互协调运行,确保人员、设备和场地等的安全。系统中设有短路、过压、过流、超负荷、失压、失速、超限、松绳、乱绳、防剪切、防护网、防碰撞等多种机械安全保护措施和多种电气安全保护措施,此外系统还设置紧急停机系统,以确保快速停止正在运行的设备,避免即将发生的事故或使已经发生的事故所造成的危害不再扩大。
3 控制系统设计
3.1 系统硬件与网络环境
本控制系统采用集散控制系统结构,集散控制的主要特征是分散控制、集中监视、操作和管理。整个控制系统从功能上分为3个等级:即管理级、过程级和现场级。
系统硬件主要由3个控制台(主要包括触摸屏、工控机、西门子和贝加莱从站、控制台钮等)、西门子PLC可编程控制器与贝加莱PCC可编程计算机控制器及驱动电路、变频器和电机等构成。
控制系统见图1。该系统网络构成中,主要采用两级网络结构,其中工控机与过程级之间采用工业以太网通讯,过程级与下位级采用PROFIBUS-DP现场总线控制。过程级西门子双PLC冗余采用同步模块光纤同步通讯,西门子PLC S7-400H和贝加莱B&R2005主站之间通过服务器进行数据通讯。贝加莱主从站采用Powerlink 进行通讯,贝加莱主站与触摸屏采用以太网通讯,其它通讯均采用PROFIBUS-DP现场总线控制。其中工控机和过程级控制器作为主站,触摸屏,S7-300,B&R2003,ET200,变频器等作为从站。
3.2 软件环境
3.2.1 管理级
上位机监控软件安装在工控机上,基于WindowsXP 操作系统,软件直接采用Visual C + + 6.0 编制,西门子触摸屏采用Protool组态软件,贝加莱触摸屏采用贝加莱组态软件。
3.2.2 过程级
西门子控制系统采用Step7编程软件的语句表编程方法,贝加莱B&R控制系统采用B&R Automation Studio编程软件的C语言编程方法。
3.2.3 现场级
采用SEW变频器的IPOS位控软件编程软件驱动电机运行。
4 余度设计
冗余技术是系统或设备获得高可靠性、高安全性和高生存能力的设计方法之一。鉴于所要执行任务的特殊性、重要性,本系统从管理级、过程级到现场级等多级重要部件都采用冗余配置,确保舞台在表演过程中不会出现停顿。
下面从硬件、软件、通讯网络等方面对系统的冗余设计进行介绍。
4.1 硬件冗余
硬件冗余主要包括电源系统冗余、控制台冗余、过程级控制装置冗余、现场级双驱动冗余等。其中不同类型硬件冗余避免由于硬件缺陷造成的系统故障。
1)电源系统冗余。
主电源采用部分电源冗余供电,控制系统设置UPS 电源,确保在供电故障时,系统数据不致丢失。操作设备和控制器有断电保持主要数据的功能,如PLC的存贮器为EEPROM。还对RAM 采用镍镉电池、大容量电池供电。
2)控制台冗余。
由控制系统图看,控制台采用1∶3冗余,主要包括工控机冗余与智能手动控制系统冗余。智能手动控制系统主要包括触摸屏、西门子S7-300或贝加莱B&R2003、控制台钮等设备。
工控机(即上位机)冗余:上位机的主要功能是监控、编程、丰富舞台机械控制系统可视化信息系统及故障诊断系统。3台上位机可以同时对所运行的设备进行监控操作。
智能手动控制系统冗余:智能手动系统的主要功能是操作,通过控制台钮信号“启动”、“停止”等执行动作操作,以保证瞬时响应,同时也有效地防止上位机的误操作,使操作人员易于操作。智能手动控制系统冗余度亦为1∶3的冗余,能够保证3个不同的台子,同时对不同的设备进行控制;每个台子都能完成对所有设备的控制,有效地避免了因单个控制台的故障导致整个系统的瘫痪。
3)过程级控制装置冗余。
主要包括西门子PLC冗余和贝加莱PCC控制器。西门子冗余包括机架冗余、电源模块、PLC模块、CP通讯模块、用于CPU通讯的同步模块,实现双CPU实时在线并行运行、监视,零等待(ms级)自动切换的控制系统,西门子CPU双机冗余可靠性比单机模式提高了59倍,系统可靠性大大增加,在西门子过程控制级或者由于设备引起故障时,可以转到贝加莱PCC控制,使系统的可靠性进一步增加。
4)现场级双驱动冗余。
经研究在集散系统(DCS)和现场总线系统(FCS)中应用时,越是处于下层的部件、装置或系统越需要冗余,而且冗余度越高,对整个系统任务可靠性影响愈大,故本系统采用现场级双驱动冗余,即驱动电气控制电路,变频器、电机等都采用冗余,且主备电机之间有互锁功能,能够实现双驱动冗余切换功能。对于4电机同步系统可靠性明显提高,冗余前系统的平均无故障时间间隔为2 924 h,冗余后系统的平均无故障时间间隔为4 385 h,可以看出系统的可靠性明显增大。
4.2 软件冗余
目前国内外较多注重硬件的冗余,对软件可靠性考虑较少。然而由于计算机和信息技术的广泛应用使得软件体系规模日益增大、复杂性日益增强,软件可靠性问题越来越突出,经统计软件故障占整个计算机故障的65%,而硬件可靠性已经基本达到极致。故软件冗余对系统的可靠性影响较大,本系统采取两套不同的控制机制来实现软件冗余。
传统的控制冗余体系多采用一种控制机制,采用完全相同的单元组成硬件冗余,这就导致如果软件部分发生故障,控制系统将会一错皆错,从而使硬件冗余失去意义。本系统采用两套控制机制,硬件方面:主控系统采用西门子S7-400H可编程逻辑控制器进行控制,备控系统采用B&R2005系列可编程计算机控制器进行控制;软件方面:主控系统采用西门子的Step7编程软件的语句表编程方法,备用控制系统采用贝加莱B&R Automation Studio编程软件的C语言编程方法,用不同的编程语言、不同的CPU及操作系统,实现软件的冗余,有效避免因一种控制机制软件缺陷导致控制系统不能正常工作,提高了系统的可靠性。
本系统除了进行软件冗余设计,严格按照软件工程学的方法对软件的开发过程进行管理外,还进行容错设计,使用户操作失误或其他原因引起的失误不会对系统造成影响,实现无失误操作。比如,如果输入超出范围时数据不能保存。另外由于计算机运行及信息传输中可能出错,因此,软件还有一定的抗硬件出错的能力。
4.3 通讯冗余
随着计算机和网络技术的发展,计算机在工业控制领域得到越来越广泛的应用,从现场信号采集、数据显示、参数设计以及各种控制器之间的通讯都离不开计算机网络通讯技术的发展。由于通讯系统的重要性,通讯部分采用多重化冗余,本系统采用1∶3的冗余设计。主要由西门子的双机热冗余和贝加莱的PCC控制系统冗余构成。
为了提高系统的任务可靠性,目前国内外几乎所有的重要的集散系统都采用双重化通讯的冗余结构。本系统的西门子S7-400H就采用这种冗余结构。主要特征是双机热备用,可构成完全同步的CPU热备冗余配置,实现机架冗余、电源冗余、CPU冗余、通讯冗余、事件冗余等;双机之间通过光纤交换数据,高速稳定;单个CPU连接到工控机采取双工业以太网,实现上层通讯的冗余;另外每一个CPU可以与两个智能手动控制系统通讯,确保操作部分通讯的冗余;下层接到ET200从站,也有两组通讯,出现故障可以通过Y-Link模块耦合到另一组,实现下层通讯的冗余。一方面保证网络的开放性,另一方面保证了数据通讯的高可靠性及高速性。其切换的控制和通讯介质的冗余由应用程序与PLC程序配合控制,使系统的冗余达到无扰切换。
为了进一步提高系统的任务可靠性,本系统还增加了一套贝加莱PCC控制系统,它是不同于西门子PLC控制的一种更先进的控制机制,兼有PLC和工业计算机的功能,支持定性分时多任务操作系统。西门子与贝加莱是一种相对独立的控制方式,两者通过服务器进行实时通讯。实际上在西门子通讯网络出现故障时,可以通过手动控制转到贝加莱控制,确保了系统通讯的通畅。
5 结束语
该系统在实际过程中采用了计算机技术、网络技术、通讯技术、PLC技术、PCC技术等先进的工业控制技术,首次对系统实行真正的全方位冗余,用两种不同的控制机制PLC和PCC控制对系统实现控制,无论从硬件、软件和通讯网络等均做到了真正的冗余,大大提高了控制系统的任务可靠性。
参考文献
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利用冗余测量提高自动控制可靠性 篇4
自动控制系统, 是按生产工艺流程要求, 实现设备的自动启停功能。在生产工艺流程出现故障的情况下, 自动控制系统进行紧急操作, 安全启、停某些相关的设备, 达到保护设备, 实现安全生产的目的。确保自动控制系统可靠工作, 是发电厂安全、经济运行的必要保证。而利用冗余测量技术, 对测量数据进行优化计算, 提高测量数据的质量, 是保证自动控制系统工作可靠的有效手段。以下介绍脱硫系统吸收塔液位测量方法。
某厂有4台300MW机组的脱硫系统, 采用石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺。布置方式为一炉一塔, 每套脱硫装置的烟气处理能力为一台锅炉100%BMCR工况时的烟气量。在锅炉燃用设计煤种BMCR工况下, 处理全烟气量时的吸收塔脱硫效率保证值不低于92%, 系统设计脱硫率92.3%。在锅炉燃用校核煤种BMCR工况下, 当使用校核煤种时应也能达到所规定的脱硫率大于90%。为确保脱硫系统在运行及事故状态时不影响发电系统本身的运行, 脱硫系统设置100%烟气旁路。
2 脱硫系统吸收塔液位测量
吸收塔液位测量原理:吸收塔内安装两个液位变送器LT1, LT2, LT1安装在靠近吸收塔底部, LT2安装在LT1上方, 利用液体压力测量原理, 通过DCS控制器计算得到吸收塔的液位
3 液位测量异常引发的事故
3.1 事故过程
在#4机组FGD (脱硫系统) 试运行阶段, 发生由于吸收塔液位测量故障引发FGD系统解列事故。当时#4机组负荷298MW, FGD旁路挡板全关。当试运人员启动4A石膏排出泵, 准备将吸收塔浆液排一部分到进事故浆液箱, 在4A石膏排出泵启动瞬间, 吸收塔液位突然由11.8米大幅波动, 然后迅速降至0, 因液位保护联锁引发搅拌器4B、4C、4D跳闸, 4A因故障未投运, 浆液循环泵4A、4B、4C等设备跳闸, 由于浆液循环泵停运触发FGD主保护动作, 联跳增压风机, 快开旁路门, 烟气走旁路, 机组运行未受影响。
3.2 事件原因分析:
吸收塔液位是由装在塔上一高一低的两个液位LT1、LT2变送器测量运算得出, 在事件出现后调出两个变送器历史趋势图发现, 在4A石膏排出泵启动瞬间, 低位变送器LT1大幅波动, 见图1。
从而引发此次FGD解列事件的发生。现场检查4A石膏排出泵和低位压力变送器LT1, 发现设备本身无异常。但低位压力变送器LT1正好布置在4A石膏排出泵的入口管旁。根据现场情况分析, 由于吸收塔4A搅拌器因故障一直停运, 该处浆液会有一定的沉积堆积, 浆液流动阻力大, 减慢了由别处补充过来的浆液。当4A石膏排出泵启动时, 泵入口出现负压, 吸收塔内附近的浆液流场变化较大, 而安装在旁边的压力变送器LT1受此影响, 测量结果产生突变, 瞬间变小导致液位测量异常。是引发本次事件的原因。在其后所做的试验中, 多次启动4A石膏排出泵, 低位压力变送器LT1产生数次波动, 其中也有一次大的波动足以引发液位联锁保护动作。
3.3 事故影响
由于液位测量值异常波动引发FGD主保护动作, 增压风机跳闸, 旁路挡板快开, 烟气走旁路, 对机组运行没有造成影响, 但FGD试运记录中断。事件充分暴露了吸收塔液位测量存在的缺陷。该设计为美国DUCON EEC公司的原始设计, 利用吸收塔上一高一低的两个液位变送器运算, 从而得出吸收塔内浆液的高度。但作为重要的保护测量信号, 在设计上没有考虑冗余设置, 其中任一变送器故障, 都可能引起液位异常致使保护动作, 使测量可靠性大大降低, 从而容易引发保护系统的误动或拒动。虽然由于烟气旁路门快开动作正确, 这次事故没有引发发电机组停运, 但随着旁路门退出运行, FGD解列, 必然导致运行中的机组全停, 构成机组停机事故和造成经济损失。
4 改进措施
吸收塔液位是涉及FGD解列的重要联锁保护信号, 一次测量元件应采用冗余设计, 同时由于测量元件接触的介质为浆液, 工作环境恶劣, 产生故障的几率较大, 因此, 改造方案考虑测量信号采用三取一冗余设置。分别在LT1、LT2的同一水平面上各自增加两个液位变送器, 使高、低位液位测量信号分别经DCS系统进行三取一逻辑运算后, 再输出精确的液位信号参与吸收塔液位测量逻辑运算。以提高吸收塔液位测量信号的可靠性。其运算逻辑图2:
在吸收塔液位改造方案实施后, 由于液位测量信号由单一测量信号改为三重冗余信号, 极大提高其测量的可靠性, 没有再出现由于液位测量信号故障而引发自动控制系统误动, 造成设备解列的情况出现。
5 结束语
冗余测量技术是一种容错技术, 是提高监控、保护系统准确性、可靠性的通用原则, 在发电厂对重要参数的测量、监控, 普遍采用冗余测量的方法, 以防止测量信号出错而引发的自动控制系统错误动作的情况出现, 提高自动控制系统工作的可靠性, 从而提高发电机组运行的安全性及经济性。
参考文献
[1]DL/T 5196-2004.火力发电厂烟气脱硫设计技术规程[S].