冗余改造（精选5篇）
冗余改造 篇1
随着信息化发展的全面推进, 公司生产大区和管理大区业务对信息系统的依赖程度越来越紧密, 要求也越来越高, 保障公司基础网络与重要业务应用系统安全、可靠的任务越来越艰巨, 信息安全、可靠越来越引起领导的重视。
经过近几年的信息化建设, 大埔供电局建立了较为完善的信息化系统, 随着业务系统应用范围越来越广, 面临的系统安全稳定运行的压力越来越大。
大埔供电局网络是以为电力业务提供信息服务为目标, 根据电力生产的特点和需求, 按照信息技术的发展方向, 建设的与电力系统特征相适应、功能齐全的现代化网络信息系统。目前整个综合数据网已经完成了在大埔各变电站和所属供电所、营业厅的覆盖任务, 能够实现变电站和所属营业厅对梅州供电局及上级单位各业务系统的访问。
为提高网络的安全性和可靠性, 现需对现网络中部分重要节点的网络设备存在设备单点故障和部分重要节点的网络单链路上联结构进行改造。通过本次网络改造规划可提高网络的性能和网络的安全性、可靠性。
1 大埔供电局网络现状
大埔供电局采用2台互为冗余冷备模式的高性能华三S9505交换机作为局域网核心设备以实现大埔供电局内部的业务汇聚, 2台核心设备分别与梅州供电局城域网S8505交换机通过千兆光纤链路互连, 城域网华为S8505交换机是大埔局业务与梅州市局联系的出口。接入交换机主要采用的是华三S3600和S3610系列交换机, 并分别汇聚到1台核心设备S9505上。
由于县局光纤链路的不足, 只有部分变电站或营业厅有自建光缆, 在具备自有光纤资源的节点采用光纤直连的方式直接接入汇聚层S9505核心交换机1, 没有自有光纤链路的通过租用联通运营商10M带宽链路的方式接入综合数据网中, 网络基本为星形结构。
网络现状拓扑示意图如图1。
2 网络存在问题
从上图可看出, 在改造前我局综合数据网络存在以下问题。
(1) 城域网骨干交换机华为S8505在大埔供电局网络结构中处于重要节点, 该设备现已运行多年, 部分电子元件已老化。而且此设备厂家已停止生产和销售, 已不在提供相应的硬件升级和备品备件服务。如果此骨干交换机发生故障, 会造成大埔供电局综合数据网全网瘫痪, 各种业务无法正常运行。
(2) 网络中大多数接入交换机都是单链路上联至局域网核心交换机, 没有冗余的链路, 一旦出现线路故障的问题, 将影响局大楼各楼层、变电站、供电所和营业厅的网络故障, 对我局八大系统和营配一体化系统的使用影响很大。
从上述两个问题可看出, 目前我局的综合数据网络比较脆弱, 存在单点故障可能造成的网络中断风险。
3 网络规划中需应用的技术:冗余链路与生成树协议
在骨干网设备连接中, 单一链路连接的网络结构出现单点故障可导致该节点下网络无法访问.因此在实际网络组建的过程中, 为了保持网络的稳定性, 在多台交换机组成的网络环境中, 通常都使用一些备份连接, 以解决网络中单点故障问题, 实现多条链路之间的备份和流量分担, 提高网络的健壮性、稳定性。这里的备份连接也称为备份链路或者冗余链路.备份链路之间的交换机经常互相连接, 形成一个环路, 通过环路可以在一定程度上实现冗余, 链路的冗余备份能为网络带来健壮性、稳定性和可靠性等好处, 但是冗余链路会造成网络环路, 当交换网络中出现环路时会产生广播风暴、多帧复制、地址表的不稳定等现象, 严重影响网络正常运行。
为了避免环路问题带来的影响, 需引入生成树协议, 生成树协议实现了在交换网络中通过SPA (生成树算法) 生成一个没有环路的网络, 当主要链路出现故障时, 能够自动切换到备份链路, 保证网络的正常通信。当网络中存在多个VLAN时, 使用STP/RSTP (单生成树算法) 无法实现VLAN负载分担, 并有可能造成某VLAN报文无法转发。MSTP (多生成树协议) 提供多生成树实例, 各棵生成树之间彼此独立并分别和相应VLAN对应, 每个实例有一个独立于其他生成树实例的生成树拓扑, 各生成树实例通过STP/RSTP路径计算, 聚合生成一条总生成树。这使网络中每个VLAN都有自己相对应的转发路径, 实现整个网络的快速聚合及负载分担。
4 网络改造规划实施及说明
根据以上分析, 结合我局综合数据网络现状, 本次工程对我局综合数据网络进行以下改造规划。
(1) 单链路上联改造。由于资金问题本次链路上联改造规划只针对有自建光缆的接入节点, 租用联通运营商的链路节点不考虑在内。通过采用冗余链路的方式, 增加相应的光纤、光模块和电接口板将原来网络中有自建光缆单链路上联至局域网核心交换机的接入节点, 改造成双链路上联, 保证每台接入交换机至少有2对以上光纤通道接入汇聚层两台核心交换机, 解决单链路故障可能造成的网络中断风险, 生成树协议在华三交换机上缺省是关闭的, 为了防止双链路上联网中可能存在路径回环, 则要通过命令开启各交换机的生成树功能, 由于我局网络中存在多个vlan, 为实现VLAN负载分担, 故选取MSTP (多生成树协议) 进行配置, 具体思路如下。
(1) 在交换机上配置MST域 (多生成树域) , 把网络划分为多个区域。
(2) 配置交换机在各MSTI (多生成树实例) 中的优先级, 从而确定它们在各MSTI中的角色。
(3) 在边缘接口上配置端口保护功能提高网络安全性能。
(4) 使能交换机的MSTP功能。
(2) 城域网交换机改造。保留原来的骨干交换机S8505, 购置多1台交换机华三S9505作为城域网交换机, 安装调试后, 将第1台骨干交换机S8505的配置导入新购置的骨干交换机S9505, 由于型号版本问题, 需修改相关配置。在骨干交换机与核心交换机之间增加冗余的光纤通道, 保证每台核心交换机有双链路光纤通道接入两台城域网骨干交换机。至此梅州局城域网双设备运行, 解决了城域网设备的单点故障。
改造后网络拓扑示意图如图2。
(3) 改造后测试工作。包括城网冗余性测试, 模拟单骨干交换机发生故障, 断开其中1台骨干交换机S8505或S9505与梅州局的连接, 看业务是否正常;链路冗余性测试逐台模拟当接入交换机与汇聚层核心交换机之间一条链路断开时, 此交换机所处区域网络是否中断。
5 结语
实施上述方案后, 大埔供电局综合数据网络解决了设备和链路单点故障的问题, 保证了我局网络的稳定性, 提升了我局网络的性能, 为我局的信息化管理提供有效的、先进的保障和管理支撑, 但由于个人知识和经验有限, 考虑问题还存在一些不足的地方, 需要在日后的维护过程中去不断完善。
参考文献
[1]弗鲁姆, 等.CCNP学习指南:组建Cisco多层交换网络 (BCMSN) [M].人民邮电出版社, 2007, 4.
[2]杭州华三通信技术有限公司.路由交换技术 (第1卷) (上、下册) [M].清华大学出版社, 2011.
[3]雷震甲.网络工程师教程[M].清华大学出版社, 2009.
吹灰程控双机冗余冷备改造 篇2
新疆华电吐鲁番发电有限责任公司 (以下简称吐电公司) 一期工程装机容量2×135MW。1、2号锅炉采用上海锅炉有限公司生产的型号为SG-420/13.7-M778, 超高压、一次中间再热、双钢架全悬吊式、π形布置、管式空气预热器、固态排渣、四角切圆燃烧、自然循环、汽包煤粉炉。单台机组共设计有四种吹灰器:IR-3D型蒸汽吹灰器36台, 分三层布置;AS150型20声波吹灰器台;G9B型固定旋转式吹灰器8台;IK-525型伸缩型长吹灰器8台。主要用来吹扫锅炉管道受热面的积灰, 吹灰器均可采用程控操作、按钮操作和手动操作。1、2号炉吹灰控制系统采用美国GE公司的GE9030系列PLC控制系统, 均是单机配置, 一旦控制系统故障, 会造成吹灰控制系统瘫痪, 由于现阶段我厂煤质较差, 如果控制系统故障长时间无法吹灰, 则会造成锅炉大面积结焦, 降低了锅炉热效率, 甚至会影响机组的安全稳定运行。
2 改造必要性
2.1 根据《二十五项反措》中第三项“防止大容量锅炉承压部件暴漏事故中的第三条防止受热面大面积腐蚀”为依据, 同时考虑费用问题, 提出将1、2号炉吹灰控制系统升级改造为双机冗余冷备, 由此以来将大大提高系统安全稳定运行, 有效确保锅炉安全运行。
2.2 吹灰器对防止和清除锅炉水冷壁, 过热器, 省煤器, 空气预热器管外部结渣和积灰有明显作用, 对提高锅炉热效率有明显效果。为保证受热面的清洁, 防止积灰结渣, 提高锅炉安全经济运行水平, 正常运行中每班应进行吹灰一次。为了保障吹灰系统能长期稳定运行, PLC的正常运行尤为重要, 因此将现有吹灰程控升级改造为双机冗余十分关键, 考虑实际情况加装PLC备用主机架, 实现冷备即可, 从而提高锅炉热效率。
2.3 吐电公司1、2号锅炉设计燃用依拉湖煤, 燃煤的热值较高, 低位热值约为27.17MJ/kg。近年来由于燃煤供应比较紧张, 锅炉燃用的这种高热值煤量已不能满足机组正常运行的需要。为了扩大煤源, 电厂现计划掺烧部分热值较低的烟煤, 其中主要为金马、露天和同泰等煤矿的烟煤。与设计煤相比, 这些烟煤具有较高水分、较高灰分、较低热值的特点, 金马和龙泉煤的硫含量较高。在与低热值烟煤掺烧后, 燃煤发热量和灰分的变化对锅炉、制粉、除灰等系统的出力造成了一定影响, 如磨煤机出力不能达到锅炉带负荷要求、燃煤灰分高时输灰系统出力不足、锅炉带满负荷困难等, 燃煤含硫量较高又容易引起炉内水冷壁结焦、产生炉内高、低温腐蚀等问题, 危害锅炉的安全运行。因此, 锅炉炉膛容易结焦, 若PLC控制系统故障, 且长时间无法恢复正常运行时, 会使锅炉的热效率降低、排烟温度升高, 甚至会影响机组的安全稳定运行。
3 改造具体方案
3.1 利用1、2炉检修机会, 将原来吹灰器控制柜1内的10槽主机架 (IC693CHS392) 改换成3号扩展机架, 除CPU360模块外, 机架上的输入、输出模块保持原位置不变, 并在空的插槽上用填充模块补上。在吹灰器控制柜2内增加两套5槽主机架 (IC693CHS397) , 分别插上电源模块及CPU360模块, 并在空的插槽上用填充模块补上, 主机架与扩展机架用扩展电缆连接, 实现电源、CPU模块的冗余。图1、2为1号炉改造前后实物对比图。
3.2 因为新加装两套五槽主机架, 需要重新接入两路电源为两套机架分别供电, 电源电压220V。
3.3 在进行吹灰器冷备冗余改造时, 先对程序进行备份, 在机架安装完成后, 对PLC的硬件配置及逻辑进行修改, 然后下装。
3.4 PLC程序下装完成后, 要对吹灰器进行调试, 检查修改后逻辑是否满足要求, 确保双机程序一致。
3.5 吹灰器运行时, 一套PLC正常工作, 一套备用。切换时, 触摸屏和备用CPU联接, 扩展机架和备用CPU机架连接。
4 冗余改造后的优点
4.1 采用PLC冗余控制后, 提高系统的稳定性, 在一套系统出现问题的时候, 另外一套后备系统能及时的切换上去, 保证吹灰系统能长期稳定投运。
4.2 避免锅炉大面积结焦, 减少打焦次数, 大大降低了员工的劳动强度以及提高了锅炉热效率。
4.3 减少因结焦原因使火检保护动作跳磨的风险, 减少了机组的安全稳定运行的影响因素。
5 结束语
1号炉吹灰系统冷备冗余已改造完成至今已经连续运行八个多月, 未出现吹灰控制系统故障导致吹灰器无法投运的现象, 大大减少了炉膛结焦的概率, 减少火检探头堵塞导致磨煤机跳闸的风险, 减少了机组的安全稳定运行的影响因素。在2号机组停运期间对2号炉吹灰控制系统进行改造。
参考文献
[1]GE_Fanuc_Cimplicity_HMI系统用户手册[Z].GE通用电气
[2]DLT 589-1996.火力发电厂燃煤电站锅炉的热工检测控制技术导则[S].
[3]防止电力生产重大事故的二十五项重点要求[S].国电发[2000]589号
冗余改造 篇3
关键词：冗余改造技术,汽轮机,热工保护
1 汽轮机热工保护概述
1.1 汽轮机热工保护的目的
结合实际情况, 笔者总结认为, 当前汽轮机热工保护的目的主要有如下两点:一方面是为了能够有效提高保护系统工作的稳定性和可靠性, 既要有效消除保护误动, 又要保证机组运行安全;另一方面是一是为了防止由于发电机抽汽、甩负荷以及倒流等因素所造成的汽轮机超速而引发的飞车事故等安全问题。
1.2 汽轮机热工保护的意义
一方面, 随着包括机组容量、汽轮发电机的热力系统等汽轮发电机蒸汽参数的不断提高, 汽轮机的热力系统变得越来越复杂。同时为了能够使汽轮机机组的热经济性问题得到充分的保证, 在汽轮机的级间间隙、轴封间隙等设计上, 都会因考虑要提高汽轮机的热经济性效益, 而使以上参数设计的比较小。另外, 在机组启动、运行或停机的过程中, 由于汽轮机的旋转速度一般会比较高, 如果相关的操作控制没有按规定的要求进行执行的话, 就会容易导致汽轮机的转动部件和静止部件相互摩擦, 从而导致汽轮机的热工将面临严峻的挑战。从这点来看, 有效实现汽轮机的热工保护具有非常重要的意义。
另一方面, 加强汽轮机的热工保护可以有效保证汽轮机机组的正常运行和安全启停, 汽轮机机组在运行的过程中需对汽轮机组的一系列机械参数进行实时的监控, 并且要对相关的热工参数进行有效的监视和保护。当被监控的一些机械参数和热工参数超过规定值时就会发出报警信号, 同时会进行保护装置动作, 实行紧急停机, 有效避免安全事故的发生。
2 冗余改造技术在汽轮机热工保护中的应用
在汽轮机热工保护中应用的冗余改造技术主要包括信号发送冗余、保护回路冗余、保护电源冗余以及执行机构冗余, 以下将分别给予详细的介绍说明。
2.1 信号发送冗余
为了能够有效解决汽轮机超速所导致的发电机甩负荷的问题, 将所有导致发电机甩负荷的所有电路设备的保护信号分若干路送入热工保护回路。热工保护回路的停机动作, 可以由其中的任一信号给予触发。保护出口继电器的接点输出信号作为跳发电机出口开关的保护信号, 当任一保护动作触发跳发电机出口开关时, 即使发电机出口开关辅助接点存在一定的故障, 仍能使发电机跳闸保护动作得以正常进行, 从而在根本上实现了发电机跳闸保护信号的冗余。
2.2 保护回路冗余
改造前的保护回路是按单一的主回路进行保护回路的设计的, 改造后的保护回路, 在保留了原有的主回路的基础上又辅设了两个独立的回路, 而且主回路和两个独立的回路中的任一回路发生动作, 都可以确保汽轮机的安全停机, 进而实现保护回路的冗余。
实际试验中发现带机械自锁的这种原主保护磁力断路油门电磁阀存在严重的卡滞现象, 难以使保护动作得以顺利的执行。为了解决这一问题, 需要采用动作灵敏、不带机械自锁的电磁阀来将其取代。为了保证保证电磁阀线圈GQ长期带电不被烧毁, 同时又能够保证自动主汽门的可靠关闭, 在改造的电磁阀中还增加了相应的手动解除和电气自保持功能。在对汽轮机热工保护实施保护冗余改造技术时, 通过引入保安油路, 可以有效的将原用于发电机甩负荷时防止转速动态飞升而短时关闭调速汽门电磁阀在关闭自动主汽门和调速汽门的同时进行有效的动作。
与主回路设计采用的标准一样, 在辅助回路的设计中, 借助相关的数字逻辑电路, 两路辅助回路控制信号是按照“或”逻辑进行连接的。其中的一路为了使发电机保护信号同时分两路分别作用于主保护回路和辅保护回路, 因而是由发电机保护信号直接送入的。另一路为了驱动主保护动作的所有信号, 因而使由主保护回路动作出口继电器送出的。
2.3 保护电源冗余
主保护回路和辅保护回路的直流电源相互独立。而且直流总电源系统分两路 (主路和回路) 送到热工保护盘。加装的抽汽快关阀控制回路采用AC 220V电源, 抽汽逆止阀的水联动控制回路采用DC 220V电源, 以此来实现电源的冗余。
2.4 执行机构冗余
主保护回路和辅保护回路的断路油门电磁阀即相互独立又相互联系, 不管是主保护回路, 还是辅保护回路的断路油门电磁阀发生动作, 都会保证主汽门和调速汽门的正常开启, 进而实现电磁阀执行机构的冗余。同时为了能有效克服外界故障停机后, 抽汽逆止门或旋转隔板关闭不严密的情况, 因冲转所导致的飞车事故, 在原来的基础上, 增设了供热抽汽门保护和联动关闭电动主汽门等相关执行机构。
在回路构成的设计上, 采用了主汽门关闭信号和发电机保护信号为逻辑“与”的关系, 即只有在自动主汽门已经关闭的情况下, 发电机保护信号存在时, 相关的继电器动作执行机构同时动作时, 才可联动关闭以上电动门, 这样就可以有效避免可防止因继电器误动而造成的停机或解列抽汽故障, 这对提高汽轮机的安全稳定运行具有至关重要的意义。
3 结论
在遵循保证不发生拒动的基础上有效减少误动的原则下, 经过对汽轮机热工保护的执行机构、保护回路、动作信号以及保护电源等相关结构进行详细的分析和研究, 对汽轮机热工保护实施冗余技术改造, 实践表明, 改造后的汽轮机热工保护不仅使保护的可靠性得到了显著的提高, 而且充分保证了机组的安全稳定运行。
参考文献
[1]王建军.汽轮机热工保护的冗余改造技术[J].平顶山师专学报, 2003 (10) .
[2]蒋成哲.浅析冗余改造技术在汽轮机热工保护中的应用[J].电力安全技术, 2007 (22) .
[3]刘永庆.125MW机组汽机保护系统的技术改造[J].中国电力, 2009 (12) .
[4]李显龙.论冗余改造技术在300MW机组汽机热工保护中的应用[J].长安大学学报, 2008 (16) .
冗余改造 篇4
上海通用汽车有限公司南厂油漆车间供排风系统提供油漆喷涂区域稳定可控的垂直风速及足够通风量。油漆喷涂生产线的运行模式为连续生产，车辆保持固定间距由输送链带动在生产线上不间断运行，机器人及手工喷涂相结合，完成车辆喷涂工序，供排风系统的设备可靠性是油漆工艺顺利进行的决定性因素之一。一条完整的喷涂生产线由若干个喷涂单元串联组成，任何一个喷涂单元无法正常工作将立即导致整条生产线停产。喷涂单元由供风机组、充气室、喷涂室、废气水洗系统及排风机组成。供风机组位于最高位置16m楼层，主要部件是两台并列的75kW轴流风机，通过管道及充气室与喷涂室相连。喷涂室位于6m楼层，是进行车辆喷涂工作的主要区域。排风机及废气水洗系统位于0m楼层位置，主要功能是先将空气中的油漆悬浮颗粒通过循环水床加以分离，随后将不含油漆的废气排出车间。各单元的排风机为110～200kW单台离心式风机。为便于调整现场风量，喷涂生产线供排风系统内风机全部由西门子MM440系列变频器驱动，控制方式为带抛物线特性的V/F控制。MM440变频器作为从站，通过Profibus现场总线接受西门子S7 PLC远程控制。变频器与S7 PLC间的通信模式为“PPO Type4, PZD-6/6”，即通过长度为6个Word的I/O端口，将启停信号、给定频率，电流、电压、扭矩等运行参数进行双向实时数据交换。
二、存在的问题
由于系统排风机为单台离心风机，一旦出现故障无法正常排风，生产将暂停。根据历年区域设备故障统计记录，油漆车间喷涂生产线自2005年投产至今，仅出现1例大功率风机电机故障，MM440系列变频器相关故障引起的设备停机却高达几十例，累计损失生产时间550min，以生产线48辆/h的产能计算，损失产量达458辆。分析停机记录发现，所有同类故障中最为高发的是AV01、AV02及AV03排风机控制柜内安装的3台变频器，占变频器类故障停机时间的47%。如AV01电气柜独立安装的6SE 6440-2UD41-3GA1型MM440大功率变频器，体积巨大，单台重量达到170kg，布局紧凑，维修难度较大，维修人员更换1次变频器需1h。进一步分析变频器故障抢修步骤(表1)，发现耗时最长的是步骤2～4，约占整个维修总时间的80%，因此减少这些步骤时间，就可将故障对生产的影响降至最低。
三、变频器冗余改造
1. 改造方案
为消除抢修中耗时最长的更换环节，改造方案设计目标确定为变频器现场冗余，故障后在最短时间完成变频器现场快速切换。由于改造的AV01、AV02、AV03等3台变频器同属MM440系列，位置相邻，控制方式及负载类型相同。从改造成本、操作便利性和适用范围等3个方面论证后，最终决定采用变频器一备三方案，即在原变频器柜旁安装1台变频器，在生产中任意一台变频器发生故障，维修人员确认变频器失效后可立即通过几个简单步骤切换备用变频器，替代故障变频器驱动风机，快速恢复以满足生产要求。
2. 主要部件选型
AV01、AV02、AV03等3台变频器抛物线特性下功率分别是160kW、200kW和110kW，与负载电机功率一致。按照变频器选型原则及备件库存优化策略，选择6SE 6440-2UD41-6GA1型MM440变频器作为备用变频器，200kW的额定功率足以满足任意一台变频器替代需要。而且该变频器型号与AV02所用相同，改造项目使用库存的修复件即可，无需另外购置器件，可节约数万元的改造资金。
3. 控制总线拓扑结构扩展
相对于传统的变频器控制回路，基于现场总线的DCS结合了最优化技术、计算机网络与数据信息处理技术，使用标准化的Profibus总线通信，一方面精简了大量控制元器件和繁杂的现场配线，另一方面为系统的扩展和改造带来极大便利。
在总线控制系统下，网络中所有作为从站的变频器均必须有唯一的总线地址，为减少抢修时的重新接线工作，备用变频器的总线已预先接驳。由于方案设计原理是1台变频器同时做为同网络下3台变频器的后备，因此备用变频器的总线地址无法预先确定。若将其设置成网络中空余的从站地址，则需要修改S7 PLC硬件组态，而且容易在现场抢修中造成操作人员混淆。直接设置成重复的从站地址，则更可能由于网络中的地址冲突造成局部甚至全网络的通信故障，从而使整个系统瘫痪。为此利用西门子RS485 REPEATER总线放大器的网段扩展功能，在AV03控制柜内原先两个从站间安装REPEATER，扩展网络拓扑结构，使备用变频器做为额外的网段加入总线网络中，只有在需要时才启用。
西门子RS485 REPEATER (6ES7 972-0AA01-0XA0)具有A1/B1、A1'/B1'、A2/B2、A2'/B2'四组Profibus总线接口(图1)和两个网络终端电阻(Terminal resistor)，其中A1/B1和A1'/B1'分别是总线网段1 (Segment1)的接入端和接出端。图1中终端电阻1属于Segment1，当A1'/B1'端口不使用时，必须拨至“ON”位置，启用终端电阻1。A2/B2和A2'/B2'同属总线网段2 (Segment2)，终端电阻2属于总线网段2 (Segment2)，启用该终端电阻时，A2'/B2'端口被切断，相应的下属从站也脱离整个网络。
改造的网络连接方式见图2，首先将原Profibus总线电缆切断分别接入REPEATER的A1/B1和A2/B2，同时启用终端电阻1，由此原有Profibus总线单一网段被分为网段1和网段2。在A2'/B2'端口敷设新的Profibus总线，与备用变频器总线通信板接驳。正常状态下终端电阻2被拨至ON状态启用，备用变频器虽然物理上与网络相连，实际总线通信中并不存在于整个网络，无需修改S7 PLC的硬件组态，控制功能方面与改造前一致，没有任何影响。当变频器发生故障，需要切换时，只需将终端电阻2拨至OFF，备用变频器所在的网段2可立即加入整个网络，与PLC进行正常数据交换，接受控制。
4. 硬件回路
一次回路结构原理见图3，在原变频器电源侧和电机侧加装两套主用隔离开关，同时再并联两套备用隔离开关。正常工作时主用开关闭合，备用开关断开，工作电流流经主接触器→电抗滤波器→主用电源侧开关→主用变频器→主用电机侧开关→风机电机。切换至备用变频器时，断开主用开关，闭合备用开关，工作电流流经主接触器→电抗滤波器→备用电源侧开关→备用变频器→备用电机侧开关→风机电机。由于改造方案设计前提是同一时刻仅有1台变频器故障，因此将三组备用回路并联，就可实现一备三的改造目的，在变频器容量和电缆载流量允许条件下，系统甚至可达到一备N的冗余效果。
改造前变频器控制系统还接有来自电机的热敏电阻及Profibus通信板工作所需DC 24V电源，要实现快速替代，必须同时将这两组接线切换至备用变频器。线路设计见图4，选用5芯快速插头，方便快速切换这两组线路至所需运行变频器，同时还具有指示灯功能，提示现场人员备用变频器是否启用。
四、改造效果
改造完成后分别使用备用变频器替代工艺编号为AV01, AV02, AV03的3台MM440变频器进行功能验证。两名维修人员完成单次切换全部步骤仅耗时10min，切换过程中可保持PLC同原网络中其他从站通信不中断，工艺设备持续自动运行。上电实测通过人机界面读取到备用变频器在50Hz设定频率下的扭矩值、电流值见表2，备用变频器运行数据与原变频器运行数据一致，当故障发生时，通过快速切换为备用变频器的方式(抢修时间从60min缩短为10min)，可100%替代原先3台变频器中任意一台，同时还避免了抢修中搬运、安装重物发生的意外事故。
此次改造充分运用Profibus总线控制的优势，实践验证了大功率变频器一备N方案的可行性。若设备设计阶段就采用类似方案，优化现场布局，安装接触器实现自动切换，则可在较低成本下提高喷涂生产线的设备可靠性，为油漆车间的设备规划开拓了全新思路。
摘要：为解决汽车喷涂生产线供排风系统大功率变频器故障后维修困难, 停线恢复时间长的问题。基于Profibus现场总线构建的分布式控制系统, 灵活运用总线控制优势, 实施一备N的变频器冗余备份改造, 达到简化设备抢修流程, 降低设备停线风险的效果。
关键词：汽车油漆喷涂生产线,变频器,Profibus总线,冗余备份,改造
参考文献
[1] (德) 韦格曼等.西门子PROFIBUS工业通信指南.人民邮电出版社, 2007年4月
冗余改造 篇5
关键词：SIEMENS冗余热备控制,PLC控制系统,自动调节及控制
甲方现有的一套48米环形炉及余热锅炉是上世纪八十年代末期从意大利引进的设备, 其控制系统采用的是八十年代的集散型控制系统, 经过十几年运行, 仪表设备出现老化, 同时因该加热炉的设计工况和燃料也已经发生变化, 造成控制系统中部分控制参数设计值与实际值有较大偏差, 与现今的生产节奏和控制手段不相适应。
应工厂要求, 在保留原控制功能和正常工作的基础上, 对加热炉的热工控制系统进行技术改造。对本次技术改造提出的相关技术要求:
1) 控制系统具有冗余热备功能;2) 控制系统具有完整的自动调节和自动保护功能;3) 现有的现场仪表与新控制系统的匹配;4) 预留二级计算机接口, 做好与二级控制的通讯、数据接口等配合工作。
1 西门子自动化控制系统及其在本方案中的硬件配置
西门子应用一个统一的自动化平台完成原来由多种系统搭配起来才能完成的所有功能。应用这种解决方案, 可以大大简化系统的结构, 减少大量接口部件, 应用全集成自动化可以克服上位机和工业控制器之间, 连续控制和逻辑控制之间, 集中与分散之间的界限。同时, 全集成自动化解决方案还可以为所有的自动化应用提供统一的技术环境。
1.1 AS-400H冗余系统
AS-400H中央控制器采用最先进的冗余设计思想, 可靠性比传统的DCS冗余系统有很大提高。主要特点有:1) AS-400H型中央控制器中预装有冗余软件, 用户在组态时可完全忽略其冗余特性, 像对非冗余系统组态一样只需输入用户程序。2) 事件驱动同步功能。对于执行后能引起两个冗余CPU的内部状态不同的所有命令, 如更新过程映象区, 直接访问I/O, 中断与报警, 定时器的更新等, CPU之间自动进行同步, 而不是以特定的时间周期进行同步。3) 冗余的两个控制器可以分别安装在两个标准机架上, 也可安装在一个紧凑型机架上。紧凑形机架上采用分立式的背板总线, 使电源, 通讯模块及CPU仍然被分成两个独立部分。4) 冗余的每个控制器上可配置一个电源, 在需求较高的环境下, 可对每个控制器设置两个电源。5) 运行过程中可以更换所有组件, 更换CPU时, 系统可以将新安装的CPU自动更新为当前状态。6) CPU414-H操作系统自动地执行所有S7-400H需要的附加功能, 如:数据通讯, 故障响应, 2个子单元的同步功能等。
1.2 以太网及其冗余
本系统在上位机与下位机之间建立了一个控制系统级工业快速以太网, 通过10M/100M光纤交换机模块 (OSM) ) 连接成一个以太网络, 为便于今后建立控制系统的光缆连接, 本方案选用了10M/100M光纤交换机模块OSM (ITP62) 。
在AS的主系统和热备系统上, 各安装有1块以太网通讯模块, 分别通过2根ITP以太网通讯电缆连接到以太网上, 在每台上位机内安装有一套冗余以太网软件包, 以实现以太网网络冗余, 当下位机中主CPU故障时, 上位机的WINCC监控系统可通过冗余以太网软件自动连接到热备CPU上, 以确保系统的正常运行。
1.3 PR O FIBUS-DP现场工业总线及其冗余
PROFIBUS现场总线是世界上应用最广泛的现场总线技术, 其最高波特率可达12Mbit/s, 对现场信号进行采集和监控, 并且用一对双绞线替代了传统的大量的传输电缆, 大量节省了电缆的费用。
本方案采用PROFIBUS-DP现场工业总线技术, 并组成冗余结构, 将安置在现场的远程I/O模块通过PROFIBUS-DP连接到中央处理器, 即在每个ET200M (I/O站) 上, 安装一块具有冗余功能的IM153-2通讯接口模块, 每个通讯接口模块有2个PROFIBUS-DP接口, 通过总线连接器分别连接2根完全独立的现场工业总线, 从而保证了系统的高可靠性。
2 相关控制技术及其在本方案中的应用
2.1 环形炉各供热区温度和燃烧控制
1) 偏差比例型双向交叉制约限幅燃烧控制。各区的温度和燃烧控制采用在工业炉窑控制系统被中广泛使用的“偏差比例型双向交叉制约限幅燃烧控制”方式, 该控制方式可保证加热炉在热负荷变化时的动态调节特性好, 空燃比准确。同时加入适当的“偏差比例型”动态补偿信号, 以提高系统的动态响应速度, 实践证明, 这种方法可以有效的将系统的响应速度提高3~5倍, 使之适应加热炉的热负荷变化的需要。2) 低负荷状态下的燃烧控制。当加热炉工作在低负荷状态下时, 由于调节阀的阀门开度较小而进入非线性段, 为了避免系统产生振荡, 系统将自动切换到“串行开度控制”程序, 以保证在低负荷状态下, 既能稳定的的工作, 又能维持较好的空燃配比。为便于操作人员随时监视各区的空气过剩系数和空燃比。
2.2 煤气管道的安全切断
为保证人身和设备安全, 本方案设有煤气管道的安全切断控制, 其执行设备仍旧使用现有的安全切断阀, 当生产中发生下列任何一种情况时, 煤气总管上的安全切断阀及各区煤气支管上的调节阀都会同时自动关闭, 新系统将保留原有自动连锁条件。一旦发生煤气总管道的安全切断, 当发生切断的条件恢复后, 被关闭的阀门不会随之开启, 需在完成必要的操作程序后及确认无误后, 才可由人工开启。
2.3 煤气总管压力自动调节
具有多区燃烧控制的加热炉, 煤气总管压力自动调节是必需的。利用现有的煤气压力调节阀, 自动调节煤气总管压力, 调节功能采用定值调节方法, 同时将9个区的煤气支管流量总和, 经数学运算后作为前馈信号参与系统调节。该系统同时具有压力超限报警功能和输出限幅功能。
2.4 热风总管压力自动调节
具有多区燃烧控制的加热炉, 空气总管压力自动调节也是必需的。采用调节助燃风机入风口多叶阀开度的方法, 调节功能采用定值调节方法, 同时将9个区的空气支管流量总和, 经数学运算后作为前馈信号参与系统调节, 该系统同时具有压力超限报警功能和输出限幅功能。
参考文献
[1]SIMATIC H系统操作手册.西门子公司.