机组监控（精选8篇）
机组监控 篇1
0 引言
风力发电是具有大规模发展潜力的可再生能源,在远期有可能成为世界重要的替代能源。目前水平轴风力机是应用最广的一种风力发电机,而垂直轴风力机有着优越的性能,越来越被人们所重视。
近些年,人们的环保理念越来越强,倡导节能减排的社会气氛正在形成。在城市的高建筑物或高层大厦上安装风力发电机组、太阳能电池板等为建筑物本身提供电力已经成为未来建筑发展方向之一。涡轮风力发电机由于其结构简单(不存在切入、切除风速,变浆、偏航等系统)、发电范围广(风速在1~60m/s均可发电)等优势,成为高层建筑安装风力发电机组的主流选择。
1 监控系统
系统结构如图1所示。此监控系统是风机监控系统下的一个独立子系统,以监测风机、发送命令、接收数据、解析存储为中心,通过与中心数据端的结合获得风机的各实时数据并选择存入数据库中,通过分析处理、显示、统计等一系列过程来完成对各个风机的自动化监控。其功能及特点:
(1)支持多客户端共同使用,监测风机的运行状况,灵活方便地配属系统的分布与运行。
(2)调用各时段的风机运行数据报表,查询风机运行状况。
(3)设置监测数据的正常值范围,超过此范围后系统自动报警。
(4)针对风机运行状况绘制图形,用于观测风机数据变化趋势,提前预判风机运行状况。
(5)记录风机各详细信息,确保风机运行状态的稳定。
(6)完善、细致的数据存储,保证风机运行状况的实时监测,极大地减轻了维护、监测人员的工作量。
2 任务
(1)采集风机的风速、电流、电压、频率、功率、发电量、功率因数、电压、电流变比等工况信息并发送到数据中心。
(2)数据中心将采集到的数据动态加工成若干的扩展量,向监控客户端提供实时数据服务。
(3)数据中心将采集到的数据入库保存,向监控客户端提供历史数据查阅功能。
(4)数据中心判断采集到的值是否越界(超出设定的上下限)而进行报警。
(5)监控客户端提供图形界面来显示实时数据及历史数据。
3 现地控制单元设计
现地控制单元主要由主控制器(RTU)、风速仪、智能电力测控仪、控制电源等组成。
本系统采用FN_L2主控制器。FN_L2是一款低功耗的一体化控制器,适合低功耗数据采集控制场所,可满足小的控制和通信要求。
系统采用YD2200型智能电力测控仪,是一种集可编程、自动化测量、LCD显示、电能累加、数字通信等功能为一体的智能三相综合电力参数监测仪表。它将三相交流电量按线性关系转换为规格化的数字量,集数字化、智能化、网络化于一身,实现测量过程及数据分析处理自动化,减少人为失误,能够全面替代电量变送器、电度表、数显仪表、数据采集器等仪器。
4 中心监控单元
监控系统采用C/S结构,中心端负责通信、收集、解析、存储数据功能,客户端负责数据显示与监控功能。中心端存储数据库采用Postgres。整套系统是在.NET Frmework 3.5的基础上开发完成的。中心端安装完成后,在目标计算机上的后台服务中添加“Communication”名称的运行服务,启动类型为自动,无需管理。客户端程序安装完成后,在目标计算机上添加应用程序。运行此程序连接中心端正常后,即可自动监测风机的运行状况,查看、生成相关数据报表。
客户端程序只需与中心端服务器处于同一局域网内即可正常运行,灵活方便,部署简单。
中心端数据采用10min间隔模式的存储方式。客户端可通过连接中心端来调取和查询各时段、各风机的运行数据。
5 通信系统设计
监控系统中,智能电力测控仪与主控制器之间通过Modbus通信规约将智能电力测控仪采集到的电压、电流、频率、功率因数、有功功率、无功功率和视在功率等数据传送给主控制器。主控制器将相应的数据、风速仪信号转换成的风速数据以及相关风机运行状态及故障信息等通过约定好的数据传输格式传送给中心监控单元。
5.1 智能电力测控仪与主控制器之间通信
系统智能电力测控仪与主控制器之间通过RS-485线路连接,采用Modbus通信规约。设定主控制器为Modbus主站,智能电力测控仪为Modbus从站,通信传输为异步方式,并以字节(数据帧)为单位。当主控制器将通信命令发送至智能电力测控仪时,符合相应的地址码的设备接收通信命令,并除去地址码,读取信息,如果没有出错,则执行相应的任务,然后把执行结果返送给主控制器。返送的信息中包括地址码、执行动作的功能码、执行动作后的数据以及错误校验码(CRC)。如果出错就不发送任何信息。
信息帧格式如表1所示。
5.2 主控制器与中心监控单元之间通信
中心监控单元与主控制器之间采用串口RS-232连接,通过约定好的数据传输格式实现数据交换。
串口连接参数:波特率,9600;数据位,8;停止位,1;校验位,无;流控制,无。
中心监控单元向主控制器发送请求数据指令格式如图2所示。主控制器接到请求数据指令回传数据格式如图3所示。
数据索引及值格式如表2所示。
6 结语
涡轮风力发电机监控系统能够监控风机实时运行状态,并能准确的计算发电量和二氧化碳总减排量等相关数据,为节能减排指标提供依据。此系统在广州高层建筑某塔上已经成功运用,取得了良好的运用效果。
摘要：介绍涡轮风力发电机监控系统的总体方案及系统任务,阐述现地控制单元、中心监控单元的设计以及单元结构组成,并说明主控制器分别与智能电力测控仪和中心监控单元的通信方式及传输结构。
关键词：涡轮风力发电机,监控系统,新能源
参考文献
[1]田海娇.垂直轴风力发电机发展概述[J].应用能源技术.2006,(11):22-27
机组监控 篇2
摘要：阐述了锁相技术的基本原理，根据硬件锁相技术的特点，建立了软件锁相算法的数学模型，并给出了该技术的基本软件算法。将该技术应用到柴油发电机组监控系统中，通过测试结果证明了该技术的可行性和有效性。
关键词：软件锁相柴油发电机数学模型
在机械保温车辆段中，柴油发电机组发出的电能全部供给保温车内的电气设备使用，而这些设备均工作在工频条件下，这就要求发电机组发出的三相交流电有相当高的频率稳定性。而实际上，柴油发电机发出的电能，其交流电参数中的频率并不是固定不变的，正常的波动范围为49.5Hz~50.5Hz;当负载产生大范围波动时，频率也会随之产生大范围的波动。在检测过程中，对于这种大范围的波动，工作人员有时不能正确判断其是否是谐波引起的，从而给工作人员带来额外劳动。为了能实时监控发电机组发出的电能是否符合正常标准，CPU必须清楚当前采集的交流模拟量频率的变化情况，并能有效地滤掉谐波，对所测的频率进行实时处理，确保采样频率与实际信号频率相同。
1锁相基本原理
1.1硬件锁相原理
将三相电路的电压信号及电流信号经过电压互感器和电流互感器变成幅值为-5V~+5V的交流输入信号，为了使采样频率“跟随”输入信号频率的变化，一般采用图1所示的传统反馈系统。
由图1可知：
△f=f(s)/1+F(s)
其中，F(s)=G(s)H(s)
=[k(1+STa)(1+STb)]/[Sn(1+ST1)(1+ST2)](1)
考虑到发电机发出的电信号是渐变信号，仍设：
f=atl(t)
则由拉氏变换终值定理得到稳态时误差为：
当n=1时，lim△f=a/k;当n≥2时，lim△f=0。式(2)表明，要使采样频率跟踪系统频率，需使开环传递函数F(S)中的n≥2。兼顾系统的稳定性，取n=2，并取反馈传递函数H(S)二1/N(N为分频系数，信号比较稳定时可以取1)，则采样频率f0就可以跟踪系统频率f的变化。
图1所示的控制环节可以很方便地用锁相环硬件电路来实现，其原理如图2所示。图中，PD为相差比较器，其传递函数为ud=kp・△θ;VCO为压控振荡器，其传递函数为fVCO=(kvuc)/s.
取LPF(低通滤波器)的传递函数为：
1.2软件锁相数学模型
软件锁相原理是用计算机软件实现上述锁相过程。将图2的分频系数N取1，设输入u=Mcosθ，输出u0=M0cosθ0，其中θ和θ0是随时间而变化的量，则：
ud=Mcosθ・M0cosθ0=(MM0)/2[cos(θ-θ0)+cos(θ+θ0)](4)
式(4)中第二项是一个倍频的交流成分，若θ-θ0是常量，第一项则为直流成分。而且，若θ-θ0接近于-π/2，则cos(θ-θ0)=sin(θ-θ0+π/2)≈θ-θ0+π/2。故对于ud的直流成分来说，模拟相乘器相当于一个相位的减法器。在压控振荡器中，因频率可以是变量，故它们不是简单的乘以时间的关系，而是对时间的积分。除压控振荡器的积分作用外，滤波器环节中还需有积分项，这样才可以使ud的直流成分稳定为0，从而θ-θ0。的差可以稳定为π/2。uc的值由滤波器中的.积分项保持作用维持。另外，滤波器中若只有积分项，将出现等幅振荡，故需要增加一个比例项。其数学模型如图3所示。
数学模型中，除u的输入采样要利用A/D转换接口硬件外，相乘器、滤波器和压控振荡器等可全部由程序中的算法来仿真。如果需要输出u0，还需要D/A接口电路。在柴油发电机组监控系统中，不需要输出u0，可以直接在程序中引用锁相环中的各个变量参与下一步的数据处理。
1.3软件锁相的优越性
与传统的硬件锁相相比，软件锁相可以实现硬件锁相难以实现的要求：
(1)可以利用计算机灵活的处理能力实现优化滤波或自适应滤波。
滤波可以用数字积分的形式形成无限大的直流增益，以实现完全无差调节。若希望将相乘器产生的倍频成分滤掉，可以设计一种数字滤波算法，使其在w的倍频之处为零点，而且在信号变化时可以根据实测w的值去修正滤波算法，使其零点也跟着变化以满足测试要求。这在硬件锁相中是很难实现的。
(2)可以强行改变积分值以实现快速锁定。
硬件电路中的积分值如电容的电压、电感的电流等是不能突变的。但程序中的数据却可以根据实际需要强行赋，这样能实现一步锁定。
2柴油发电机组监控系统中软件锁相的实现
在柴油发电机组中，频率基本为定值(50Hz)，这样就可以在程序中使w初始化为接近这一频率的值。然后采用下述算法;算出θ与θ0。的实际差值，然后可以强行修改θ0，使此差值改为π/2，实现一步锁定。引入一个比u0滞后π/2的信号sinθ0，可以计算usinθ0，设它的直流分量为X，再设ucosθ0。的直流分量为r，采用式(4)同。样的方法得出：
ctg(θ0-θ)=Y/X
若X>0则0<θ0-θ<π;
若X<0则-π<θ0-θ<0;
当X=0，若Y>0则θ0-θ=0;否则θ0-θ=π。
由此，只要求出Y与X，就确定了θ与θ0的实际差值。
求X与Y时，需要对上述乘积求一段时间的平均值。若信号为单一频率，则平均时只需要消去乘积中的倍频成分，这样只需要对半个周期取平均，故最快的是采用一步锁定方式，这样需要半个周期的时间。若考虑输入信号u中可能存在谐波，则可将平均时间加长到整个周期或整数个周期。若u中有更低频成分，则情况复杂些，但平均时间越大，该成分的影响产生的误差越小。总之，使相位接近于准确锁定是不难办到的。
本系统中，由于输入频率很少变化，因此为求锁相环稳定，避免因干扰而失锁，通常让滤波器环节的时间常数尽可能大，即尽可能慢些。
从上面可以看出，锁相环中的各个中间变量均可通过简单的应用程序求解，最后求出采集信号的频率。
3试验结果
9月25日，上海铁路分局科委组织有关专业技术人员，对上海机械保温车辆段的柴油发电机组监控系统进行测试。测试报告结果如表1所示。
表1柴油发电机组监控系统测试结果表(摘自鉴定的测试报告)
测试时间9：009：209：4010：0010：2010：4011：0011：：40负载(A)2030405060708090100计量仪表测试值(Hz)50.450.250.150.049.949.859.849.749.7未采用锁相技术的测量频率(Hz)50.650.350.049.849.249.750.449.649.2采用锁相技术的测量频率(Hz)50.450.350.050.049.949.949.749.649.7
关于化工大型机组在线监控的设计 篇3
关键词：仪表,集散控制系统,自动化控制系统
一、西门子透平机结构分析
西门子透平机为涡轮压缩机型, 径向设计以及型号为3 (2) VRZ 250/430/12 G;其基本结构为:压缩机设备构成主要包括带有中间冷却功能的2-级离心式压缩机、涡轮行星齿轮、传动压缩机、可用于压缩机相互接合的基础框架、齿轮设备&传动电动机、中间冷却器&带有连接管线的二次冷却器以及润滑油系统、密封气体系统和所测量&管控。
二、在线监控控制系统介绍
对于涡轮压缩机而言, 其设计流控制范围一般在45%至100%之间。较低控制范围内的限制, 主要取决于气体的有效输入、或者输出状态 (压力、抽吸温度、排放温度和气体组成) 和现有导向装置 (入口导向叶轮以及出口位置的扩散叶轮) 位置。实践中, 若气体流量节流过多, 则压缩机就会出现喘振现象, 并且伴随着机器运作与强烈的振动, 进而导致机器受损。比如, 叶片出现断裂现象。对于防冲击控制而言, 其主要目的在于确保其不能达到冲击限制范围只能。基于此, 三套自动保护系统的设计, 主要是为了能够有效地避免出现喘振现象。
实践中, 利用氮气对压盖进行密封, 以此来防止产品气体从压缩机中进入到机器设备时出现渗漏现象。在实际操作过程中, 密封气体流入的压力一定要比受控压盖室内压力要高。在连续运行过程中, 应当保证压盖的安全可靠性。对于防喘振控制而言, 每个检测周期时间范围内, 自动检测过程中排放压力PT2457 (在SIMATIC C7上的X13 A13-I) 的压力呈现出梯度变化。如果在100毫秒检测周期时间内, 超过设定压力梯度时, 不管正向还是负向压力变化梯度, 在线监控系统会自动启动计数器计数。以下结合喘振控制说明, 模拟透平机出口压力波动过程中出现的具体情况。以下按周期进行说明:第一个周期时间内, 检测到的相关压力梯度。检测到正向超过梯度, 喘振复位时间计时开始, 喘振计数器从5次逐渐向0次计数, 共计4次;检测到压力梯度出现负向超压梯度时, 计数器计数3次。实践中, 若连续出现的2个压力梯度都有超限现象, 则喘振报警系统就会启动。之所以会出现这一情况, 主要是在透平机出口压力产生超限波动, 或者由于压力变送器自身存在着一定的故障问题, 到产生一系列信号误差问题, 透平机喘振报警系统被触发。当喘振报警系统被触发以后, 应当尽快查看透平机参数, 然后判断故障问题。透平机出口压力波动、或者压力变送器存在着故障问题。在第二周期时间内, 10秒钟喘振复位时间范围内, 尽管出现了压力梯度变化情况, 但正、负向均没有超过预设压力梯度范围, 喘振计数器不会自动启动, 此时喘振计数直接复位。之所以会出现该种情况, 主要是因为透平机喘振保护系统允许机组在一定范围内, 出现波动、允许机组在10秒钟的复位时间内, 出现2个超限波动。第三运行周期时间内, 10秒钟喘振复位时间, 连续出现3次正、负向的压力梯度超限现象, 喘振计数器从5次降至0次。此时, 触发喘振报警系统, 未复位, 产生喘振联锁, 立即停车。之所以会出现该种情况, 主要是因为透平机组喘振保护设备, 不允许机组出口压力出现超过2次超限波动、持续压力变化情况。基于此, 在机组运行维护过程中, 透平机出口压力变送器出现了相关的故障问题, 导致压力信号在较短时间范围内达到满量程;实际上, 透平机联锁停车现象的发生, 也属于这类情况。控制的负向和正向压力梯度设定值和造成喘振联锁的梯度超限设定次数。
三、大型机组在线监控的设计
1.大型机组在线监控的设计思想:
(1) 分区域集中采集, 统一监控
依据华泰氯碱厂设备数量多、分布相对集中的特点, 本方案建议采用基于区域集中、统一监控的监测方案, 即以车间为区域监测单元, 通过各节点利用西门子PLC控制, 然后把所有信息集中于MES监控中心, 统一监控, 实现监管控一体化。
(2) 整体考虑, 分步实施
本方案建议首先解决独子关键大型机组的在线监测, 其余的设备或者其他设备以后实施, 这样可以最大限度地保障设备资产效益最大化, 突出监测效果。
(3) 注重效果, 突出效益
本方案涉及的关键设备, 传感器、采集方式、监测分析方法及数据管理方式均考虑设备的特殊性、环境条件。项目将对状态检修起指导作用, 对提高经济效益起到技术保障作用。
(4) 易于扩展, 维护方便
本方案采用网络化系统, 采集器及借口标准化设计, 为以后的扩展和维护提供方便。系统服务器采用工业化专用设计, 通讯协议标准化, 能方便MES的通讯。
(5) 冗余设计, 可靠第一
关键的测量点采用冗余设计, 确保整个系统稳定、可靠。以透平机举例, 按照国外设计理念, 穿插讲解
透平机组硬件系统进行划分。
根据透平机硬件系统, 可以划分为:5个大的系统。因此, 我们设计机组在线监控的时候, 需要根据机组的硬件系统进行划分, 充分根据机组的保护要求, 设计机组的系统监控保护。
自动化的概念基于工作状态
机组运行状态在线监控系统及分析 篇4
1.1 背景
随着国民经济的高速稳定增长, 对电力能源的需求不断增加, 如何利用先进的信息技术来促进电厂客户的生产效率及生产安全性, 一直是设备供应商关心的问题。如何实时掌握产品运行状态, 既是对设备使用中出现的故障进行判断并对用户提供使用指导, 一直是一个棘手的难题。
厂级监控系统 (SIS) 成功地解决了这一问题。电力工业已经进入了高度的自动化时代。这对机组进行实时在线监测并进而对机组按状态检修的思路也得到越来越多的认同;另一方面, 随着电力改革的深入, 厂网分开的电力市场经济格局逐步形成。电厂要想获得更好的经济效益, 就一定要提高效率, 拓展自身在市场上的竞争力。这就需要在电厂中形成一个独特的监控分析层面, 该层面介于程控与经营管理之间, 在物理结构上将具有高精度高速度和高可靠性要求的DCS系统与非实时的较低可靠性的MIS隔离。该层面首先通过与各程控系统的信息交换汇集实时的生产信息, 然后使用一些相应的软件工具对原始资料进行分析处理, 最后将分析结果提供给生产管理人员作出正确决策。这个监控分析层面就是厂级监控信息系统 (SIS) 。
SIS系统是融计算机技术、控制理论、人工智能、管理科学等学科的集成系统。本文着重讨论电厂SIS系统设计、实施过程中所需注意的几个问题, 并介绍SIS系统在国内电厂的应用, 真正实现电厂管控一体化。
1.2 目前存在的问题
目前, 对火电机组运行状态的监测及分析的研究还比较分散, 缺乏一种全局性的研究和利用。从研究深度看, 目前的监测软件大多只停留在性能计算和实时显示的阶段, 缺乏更深层次的分析和指导。总体看来, 现有的机组运行状态监测性能的研究成果还不能达到指导运行人员和管理人员更好的协调工作, 以保证机组运行在最佳的状态下的目的。
1.3 国内外SIS系统研究现状
国外对此领域已经进行了广泛的研究, 出现了许多商业化的应用软件, 比如运行能源管理系统 (OEM) 、计算机化性能测试软件 (COTP) 、热效率研究软件等, 而且正在努力利用人工智能技术来丰富研究手段。美国在电站热效率监控方面成绩斐然。美国对燃煤电站热效率分析的技术进行了横向和纵向的比较, 并指出了各种方法的优缺点。日本在该方向上也进行了深入的研究。日本锅炉协会曾在九十年代初就“有关锅炉操作当前存在的问题及防范措施”进行了多方面的研究。其中对电站热效率给予了充分的重视。在国内, 有许多的专家和学者对火力发电厂机组运行状态检测进行广泛的研究。
2 SIS系统的设计
2.1 SIS系统的基本功能
所谓S I S, 即厂级监控系统 (Supervisor Information System) 是指通过采集和处理全厂的生产实时数据, 为厂级监控和高级决策实现现代化提供服务的系统。
由于SIS建设在国内处于起步阶段, 没有太多的成熟经验可供选择, 因此各电厂可以根据自己的生产和管理需要, 同时结合原有的控制系统和MIS网络进行规划设计。一般电厂中的各个控制系统总是分散布署的, 这适宜采用独立接口机连接各个独立控制系统进行数据采集, 即数据接口分布式采集数据, 实时和历史数据通过数据库服务器进行集中管理, 同时接口机在数据库服务器出现故障时可缓冲存储实时数据, 保证实时数据不丢失。每台工作站独立与数据库服务器进行数据通信, 从数据库中读取运行数据进行运算, 产生的计算结果又返回保存在数据库中。一旦工作站发生故障只影响本台工作站的高级应用, 可确保其他高级应用不受影响, 提高了系统的可靠性。
SIS的主要功能有:全厂生产系统实时信息显示、机组的性能计算与经济性分析、全厂负荷优化调度、机组寿命管理、机组运行经济评估及优化运行、设备状态检测、故障诊断及维修指导等。
2.2 SIS系统的典型结构
厂级监控系统基本结构主要有五部分:知识库、推理机、综合数据库、知识获取子系统和解释子系统。知识库只用于存放不依赖领域中具体问题的知识。推理机的设计一般与知识的表示方法和组织结构有关。这样推理给予知识库远离, 可较好的保证系统的透明性和灵活性。综合数据库中存放的是系统运行过程中所需要和产生的所有信息的描述、中间结果、解题过程的纪录等信息。知识获取子系统是实现系统灵活性, 提高系统可靠性的主要部件, 它负责管理知识库中的知识。解释子系统是实现系统透明性的主要部件, 通过它系统可以回答用户提出的各种问题。人机接口渗透在各个子系统中, 它是实现监控系统与用户互动的中介, 完成系统内部处理的信息与用户易于理解的外部信息的相互转换功能。
2.3 软件的开发
在软件方面, 从目前情况看, 为提高电厂的整体管理水平和运行效率, 增强电厂的市场竞争力, 国外一些著名的生产厂商纷纷在实时控制的基础上不断向管理层面发展进行了开发研究, 开发了类似于SIS的一些软件包。这些软件在国外已有较多的应用业绩且取得了良好效果。其中应用较多且功能较完善的有瑞士ABB公司开发的一体化产品O P T I-M A X软件包、德国Siemens公司的Sienergy系统及Foxboro公司的将过程控制和全厂管理相结合的信息管理系统I/ASeries等。但由于它们中的大部分模块是根据具体电厂的实际需求开发的, 有的还在不断改进与发展, 且整套软件价格昂贵。故而在国外也是根据不同电厂的具体要求灵活选用一个或几个模块。国内火电厂优化软件的开发和应用还处于初级阶段, 目前有能力开发这类软件的单位不少, 但大多数处于开发研究和试验阶段,
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真正成熟的、能应用于市场的产品很少。华北电力大学开发的电厂热力系统经济性分析在线监测预分析软件、锅炉吹灰优化软件等已在几个电厂得到成功应用。
3 结论
建立SIS将有力地支持厂级生产管理人员对全厂的生产管理, 提高运行安全性与经济性, 实现信息的双向共享和自动化系统的集成。建立厂级监控信息系统将促进电厂运行监控模式的变化。
建立厂级监控系统的意义:
1) 火电厂SIS系统将原来不可控或不清楚的能量损失全部量化, 并帮助进行分析查找故障, 提出节能降耗的优化措施, 强化运行和管理人员的经济管理意识, 提高电厂的经济效益和现代化管理水平。
2) SIS提供了多种供生产管理人员分析、管理生产过程的手段和工具。可最大程度地利用DCS和MIS的资源, 使全厂计算机监控网络总体设计合理配置, 节约投资。
3) 利用SIS可使电厂的硬件接口、通信协议规范化, 有利于应用软件的开发和应用, 为各种电厂运行、管理优化软件包的应用提供运行平台。同时还可支持远程通信方式, 使远程设备故障诊断、机组性能分析及信息监控功能的实现成为可能。它可充分发挥火电厂及电力系统专家的作用, 在机组运行中对机组性能和设备状态进行异地远程监控和故障分析。专家可在短期内同时处理多个电厂的性能故障分析, 对于偏远地区电厂的重大事故分析具有典型意义。
机组监控 篇5
随着计算机及智能仪表技术的不断发展, 研制多种工程用途的柴油发动机监控系统具有重要的研究意义和实用价值[1]。计算机网络技术的发展, 工业数控设备的监控越来越多, 可编程控制器有了迅猛发展, PLC控制的自动化柴油发电机组, 充分开发其硬件、软件功能[2]。为实现柴油机组自动化控制提供硬件支持。随着船舶大型化、多功能化、现代化的发展, 船舶信息容量以及检测报警、控制的信息量要求也越来越大[3]。实现船用柴油机组的自动监控, 将船用柴油机组的分布式系统集中统一监控并提供工业总线接口已成为大型工程船舶亟待解决的问题。
1 系统功能
本文是专为“华夏重工1号”5000m3/h非自航绞吸式挖泥船用柴油机组设计的自动监控系统。此船采用原装德国道依茨可燃重油柴油机。本监控系统监控的设备为柴油机组, 具体包括柴油机主机与柴油机辅机, 其中辅机为燃油处理系统, 重油分离系统, 滑油分离系统, 空气压缩机系统, 高低温冷却水循环系统, 海水循环系统, 锅炉系统, 泄漏油箱控制系统, 冷却水预热控制系统。
设计提供柴油机组监控管理系统, 该集成管理系统能独立完成对柴油机主机及其相关辅助设备的完全控制, 确保柴油机 (或机组) 的安全可靠的运行。系统将空气系统、冷却水系统、锅炉系统、燃油供给系统、重油处理系统、滑油处理系统、柴油机及发电机的控制与保护系统集成于一体。系统可通过通讯的方式向船舶更高级网络提供完整的运行状态和参数。便于上层网络系统的深度监控。备留重要辅助设备间的通讯接口模块。
2 方案设计与实现
监控系统将柴油机及其辅机的自动监控与保护集成于一体, 由机旁监控柜完成。船用柴油机组监控系统选用的SIMATIC S7-300是一种通用型的PLC, 能适合自动化工程中的各种应用场合, 尤其是在生产制造工程中的应用, 模块化, 无风扇结构, 易于实现分布式的配置以及易于掌握的特点[4]。
2.1 系统网络协议
船用柴油机组自动监控系统系统使用PROFI-BUS-DP协议, 它是ISO/OSI通信标准模型的第一层和第二层, 这种简单的结构保证了数据的高速传送, 特别适合可编程控制器与现场分散的I/O设备之间通信[5]。PROFIBUS接口为RS485接口, DP总线只需连接引脚3和引脚8。DP的通讯速率为19.2k~12Mbps, 本文设置为1.5Mbps。
2.2 系统硬件组态
根据现场工况要求, 柴油机组自动监控系统硬件组态框图如图1所示。监控柜PLC由一个CPU主站和一个分布式I/O接口IM153-1从站, 触摸屏组成。主站和各个从站之间通过PROFIBUS-DP通信电缆依次串联连接。主站包括:电源模块PS307, CPU模块、2个数字量输入模块DI (检测柴油机组报警、故障、运行状态、操作控制信号) , 1个数字量输出模块DO (CPU通过预定的控制逻辑向柴油机及辅机发出控制信号, 实现对柴油机及其它设备的自动控制) , 2个4-20m A模拟量输入模块AI (检测柴油机组压力信号) , 1个计数模块FM (检测柴油机主机转速、涡轮增压转速) 。分布式I/O从站包括:电源模块, 1个接口模块IM153-1, 2个PT100模拟量输入模块和4个热电偶模拟量输入模块 (检测柴油机组温度信号) 。触摸屏用于显示柴油机和辅机的信息数据。DP扩展模块CP342-5是监控系统提供的满足PROFIBUS-DP协议的对外网络接口。
2.3 系统软件流程
本项目中机旁监控柜PLC的CPU实现对柴油机组监控算法程序。监控系统算法流程图如图2所示。具体实现功能为:
(1) 信号采集:数字量输入模块、模拟量输入模块、计数模块、提供给CPU模块。
(2) 信号处理:CPU模块处理采集的信号;判断是否有报警信号, 并统计报警信号数量;判断是否有故障信号, 并统计故障信号数量。
(3) 监控柜操作控制信号检测:CPU通过数字量输入模块, 获得当前用户的操作信息。
(4) 监控柜对柴油机辅机的控制 (所有的控制信号经过数字量输出模块输出到继电器, 继电器控制启动和停止) 。
(1) 监控柜为漏油箱、盘车装置、喷油嘴冷却器、重油分离机、黏度控制器、滑油分离机、滑油自动过滤器直接供电, 不进行控制。
(2) 预润滑泵:监控柜为其供电。当柴油机转速大于0, 并且滑油压力小于3.9bar或转速在200rpm以下, 预润滑泵自动运行;在柴油机停机后10分钟内, 预润滑泵自动运行;否则, 预润滑泵停止。
(3) 密封油泵:监控柜为其供电。当柴油机转速大于0, 密封油泵自动运行;在柴油机停机后10分钟内, 密封油泵自动运行;否则, 密封油泵停止。
(4) 曲轴箱通风机:监控柜为其供电。当柴油机转速大于0, 曲轴箱通风机自动运行;在柴油机停机后10分钟内, 曲轴箱通风机自动运行;否则, 曲轴箱通风机停止。
(5) 监控柜为以下负载提供控制信号 (启动或停止信号) :高温冷却水泵, 低温冷却水泵, 海水泵, 发电机冷却泵, 发电机通风机进, 发电机通风机出。当柴油机转速大于0, 负载自动运行;否则, 停止。
(6) 防露加热器:监控柜为其供电。在主机运行后, 自动停止加热。
(5) 监控柜对柴油机主机的控制。
(1) 主机启动:当启动条件满足时, 按下启动按钮, 才能使启动电磁阀动作, 启动柴油机, 否则, 启动按钮不会起作用。
(2) 主机停机:当轻油运行、电气柜分闸情况下, 单击停机按钮, 停机电磁阀动作, 柴油机停机。
(3) 紧急停车:当在运行过程中需要紧急停车时, 单击急停按钮, 柴油机紧急停机;当柴油机或辅机出现故障 (故障统计计数值为不为零) , 自动紧急停车, 实现自动保护功能。
(4) 主机调速:根据具体的工况需要, 操作员操作增速减速开关, 手动调节完成柴油的增速或减速。
(6) 触摸屏显示采集信号、柴油机和辅机的工作运行信息。
(7) 与下一站点或对外通讯, 进行数据交换。
2.4 人机接口 (HMI)
在大多数控制系统中, 仅仅是实现控制是不够的, 在许多情况下也需要监控界面 (HMI) 对系统进行监控。在众多的监控方法和监控设备中, 触摸屏已成为自动控制领域最佳的人机对话工具, 系统采用触摸屏, 监控可靠性高, 实现容易, 抗干扰性好, 与PLC之间的通信方便, 大大缩短了工程周期, 用它实现的人机界面直观友好[6]。
图1中的触摸屏为此系统的人机接口 (HMI) , 触摸屏选用西门子TP177。它同样支持PROFIBUS-DP通信协议。HMI设计主要步骤: (1) 通讯连接:设置PLC为主站, 触摸屏为从站, 波特率为1.5Mbps。 (2) 通信变量:通过触摸屏上显示与传递的PLC的信息变量与PLC地址单元绑定实现。 (3) 界面设计:根据现场要求以及操作方便, 监控系统主页面如图3所示, 其余由于页面及功能不再赘述。 (4) 将触摸屏程序从PC通过编程适配器下载到HMI设备上。最终PLC与HMI连接即可实现柴油机组的信息人机交互。
3 结束语
本文是为“华夏重工1号”5000m3/h非自航电动绞吸挖泥船项目设计的船用柴油机组自动监控系统。用于目前国内最大的绞吸式挖泥船的首次实施, 实现了船用柴油机组的自动监控:能自动启动、停止辅机和柴油主机, 使其可靠运行;具有保护功能, 在故障严重时自动停止柴油机;柴油机及其辅机的运行状态参数, 动作信号, 故障信息和报警信息通过触摸屏显示;对外提供PRIBUS-DP工业总线网络接口, 具备网络互联功能。自交付用户到投产运行, 柴油机组的自动监控设计符合用户要求和现场工况、运行稳定, 获得了用户的肯定。
摘要：随着工程船舶的大型化、信息化, 实现工程船舶设备的自动化、网络化已经越来越受到航运部门的重视。基于西门子S7-300系列PLC设计了船用柴油机组的自动监控系统, 用于5000m3/h非自航电动绞吸挖泥船项目。实现了船用柴油机组的自动控制、信息显示、工业总线网络对外接口, 满足现场工况要求。
关键词：柴油机组,监控系统,PLC,PROFIBUS-DP
参考文献
[1]高庆文.基于组态软件的柴油发电机组远程监控系统设计[J].智能计算机与应用, 2013, 3 (2) :92-96.
[2]杨伟新, 吴爱梅, 肖江涛.PLC控制的智能化柴油发电机组[J].电气传动自动化, 2001, 23 (4) :46-48.
[3]丁承卫, 曹征宇.船舶网络平台系统[J].计算机应用, 2004 (6) :52-54.
[4]刘锴.深入浅出西门子S7-300PLC[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2004.
[5]崔坚.西门子工业网络通信指南上册[M].北京:机械工业出版社, 2004.
机组监控 篇6
国家图书馆所藏《四库全书》是现存唯一一套原架原函原书保存的四库全书版本,堪称国宝中的国宝。为满足四库全书特定温湿度的保存环境,国图配备了多台独立运行的恒温恒湿机组[1]。恒温恒湿机组远程监控系统的设计建立,能够实现机组的实时监控报警,提高了恒温恒湿系统运行的安全性和稳定性。
2 恒温恒湿系统概述
四库全书书库恒温恒湿系统由多台水冷型恒温恒湿机组HJ34H-A组成,如图1所示为恒温恒湿机组示意图。机组采用地板送风、顶部回风的方式,冷源由室外冷却塔提供冷水并通过压缩机进一步降低温度,每台制冷量为37.5kW,热源由机组热水盘管提供,加湿方式为机组外置的电热加湿器,除湿以压缩机除湿为主,电加热为辅。
恒温恒湿机组控制选用S7-200系列CPU 224型PLC。该型号PLC有14路数字量输入、10路数字量输出,另配有扩展模拟量模块,型号为EM 235。控制范围包括风阀、风机、压缩机、电加热、电加湿以及风压、压缩机过流、压缩机超温等报警。
3 恒温恒湿机组与组态王通讯原理与实现
3.1 通讯网关PLC配置
通讯网关PLC的作用为:读取11台串联PLC的数据,并储存到指定位置;将指令写入对应地址的PLC变量中。
恒温恒湿机组的对应编号为:-120室为1号机组,-134室由北向南分别为2号、3号机组,-141室为4号机组,-133室由东向西分别为5-10号机组,-147室为11号机组。图2为恒温恒湿机组与上位机通讯的结构示意图,由图可知某对应编号PLC的设定地址、读指令存储地址、写指令存储地址以及其对应的标志位。
3.2 文本显示器对通讯的影响
在每个恒温恒湿机组中,PLC控制器和文本显示器采用PPI协议通讯,其中文本显示器是主机。将PLC机组串联后,如果将文本显示器也加入到通讯网络,则该网络共有23台设备,其中主机有11台,这样的通讯设置会造成通讯紊乱或主机寻址错误等问题,也会造成通讯速度迟缓,甚至会造成通讯瘫痪。
将文本显示器单独连接到PLC外,使用三刀双掷开关将文本显示器和通讯输入分别接入到PLC,使每个PLC都可以有本地(与文本显示器通讯)和远程(与通讯网络连接)两个通讯状态,这样既解决了文本显示器接入对通讯网络的影响,又不影响必要情况下文本显示器的正常使用。
4 监控系统设计与控制
4.1 监控系统界面与程序设计
4.1.1 变量设计
由于PLC都是通过通讯网关与上位机进行通讯,所以在上位机的组态软件中,只需定义读取通讯网关的对应变量即可。“I/O整型”变量为从通讯网关读取的实际点,“内存离散”变量为组态软件的模拟点。
4.1.2 画面设计
根据不同场景和功能,监控系统包含登录首页面、主页面、操作页面(如图3所示)、实时趋势与历史曲线页面、报警页面等几个部分。
4.1.3 程序设计
当组态王与机组进行通讯时,应使用PLC-226做为网关与各个机组的PLC-224控制器进行通讯,它无法直接读取PLC-224的通讯状态。这就需要有一个通讯策略来实现对PLC-224通讯状态的监控[2]。图4为主页面通讯状态程序图。
该通讯策略为:强制把PLC-226某位数据置1,然后每次与PLC-224通讯时,PLC-224会将该位进行写0操作,然后定时读取该位数据,如果一定时长内其值为0,且未发生变化,则视为这段时间内通讯正常。
4.2 监控系统对恒温恒湿机组的控制
4.2.1 启动/停止控制
恒温恒湿监控系统能实现对各机组启动/停止的控制。用户在各机组控制页面中,通过运行指示灯观察该机组的运行状态,并通过点击指示按钮来实现对机组的启动/停止操作。由于机组在启动/停止时,都有风机延时动作保护时间,所以在监控系统远程控制中,也应相应增加延时保护倒计时设计,以使用户实现对机组更有效的控制。
4.2.2 报警复位
恒温恒湿系统监控页面中既可以实现对各机组报警信息的实时显示,也能对报警进行实时复位,同时,复位操作也会与报警信息一起保存到历史报警信息系统中以供查询。
5 结束语
国家图书馆四库全书恒温恒湿机组监控系统已完成了安装和调试,并已经过了一段时间的系统试运行,系统运行情况如下:恒温恒湿机组监控系统能够分别实现对二期全部恒温恒湿机组温湿度的实时显示、运行状态的实时监控;能够分别实现对上述全部机组报警状态的显示、报警清除和报警记录;能够分别记录上述全部机组的温度和湿度,并可以选择日期和时段查询。
恒温恒湿机组监控系统运行稳定、操作方便,它的投入使用确保了恒温恒湿机组以及相关设备的正常、高效、安全运行。
参考文献
[1]石文生.简析国家图书馆《四库全书》书库及展览区安全防范系统的完善解决方案[J].安防科技,2011,(12).
核电站机组长机组监控方法的应用 篇7
机组监控方法的应用是核电站机组长履行其职责必须具备的核心能力, 但是由于学习机组长对自身定位存在偏差, 往往陷入日常繁杂工作中成为第三操纵员, 从而缺乏对机组大局观, 对安全的大局观。随着安工离线、值长逐步接替安工的日常安全监督工作, 机组长如何充分发挥在机组安全运行和值内团队建设中的作用, 成为一个重要课题。下面针对核电站机组长机组监控方法的应用进行相应的探讨, 分析机组长在值内的作用, 机组长与监控的关系, 监控机组保持独立性, 具备探测机组团队偏差的能力, 并掌握核电站日常监控的方法, 使核电站机组长能够有效监控机组。
1 核电站机组长岗位特点
1.1 核电站机组长岗位设置背景
自从安工离线以后, 运行值长承担了部分安工在线时的责任, 随着核电发展需要, 运行值长担负更多的管理和决策职责。借鉴国外核电运行经验, 设置了机组长岗位, 机组长协调和控制好运行值的运行活动, 能够承担原由值长负责的日常运行活动控制等方面的工作, 使值长有更多时间和精力关注机组核安全方面事情, 从组织上、人员技能上, 满足安工离线计划的实施, 能确保机组的核安全水平, 确保机组安全、稳定、经济运行。
1.2 核电站机组长岗位特点
根据运行值成员角色与运行团队的管理的要求, 运行值分为执行层和决策层。机组长 (UM) 协调管理下的执行层:机组长、一回路操纵员、二回路操纵员。当执行层遇到专业问题时可以寻求外部维修、技术等部门支持, 遇到决策问题时, 机组长可以找值长以及运行值决策层。运行值决策层:值长、机组长、安全工程师。决策层在遵守程序和公司规定的前提下进行决策, 否则或遇到不能解决的问题时, 可以向上汇报, 向厂长以及应急组织寻求支持。
机组长负责指挥协调运行值日常生产活动, 维持两台机组安全、稳定和经济运行。机组长是电站两台机组的负责人和管理者。机组长当班期间的办公地点在两个主控室之间的中间控制室, 这也意味着机组长当班期间需要时刻对两台机组以及值内人员进行监控。
2 核电站机组长与监控的关系
2.1 核电站机组长与监控
核电站机组长岗位特点确定机组长当班期间保证对两台机组状态进行独立监控并组织运行值内各岗位成员对机组良好的监控。那对于机组长来说, “监控”的含义是什么?我们对机组长和培训机组长进行了访谈, 归整后的结果如下:“监控”就是监视与控制。“监控”就是发现、纠正、掌握, 发现存在的问题;纠正偏差;掌握机组变化的趋势。“监控”就是保持距离, 纵观全局。“监控”就是了解和掌握关键点、关键问题。“监控”就是观察、思考、组织, 观察机组和团队的状态;独立地思考与分析;组织团队解决问题。“监控”就是收集重要信息, 控制团队的活动。“监控”就是协调。“监控”就是独立检查。“监控”就是控制和组织。
机组长协调和控制好运行值的运行活动, 确保机组的核安全水平, 确保机组安全、稳定、经济运行, 需要开展较多的工作并监控机组的各项生产活动, 但是全局观的监控机组并不是需要机组长监控全局, 机组长必须掌握监控的核心, 机组长工作中必须将队伍的状态监控、设备的状态监控、使用文件的正确性监控三方面作为“监控”核心。
2.2 机组长监控机组的全局观
全局观的定义:联系地、多角度地、动态地分析问题, 宏观地、系统地把握整体局势。
全局观是一种看问题或分析局势的方式, 而不是思维能力, 即通常所说的:全面地看问题、站高一层看问题或动态跟踪局势的发展。思维能力与相关知识背景是全面准确地看问题的基础因素, 但全局观是灵活有效地运用自身思维能力及其知识的重要方法, 是在自己的能力范围内保持看问题的全面性和准确性预测局势发展方向的重要因素。具有全局观的人典型行为有:在解决涉及多方因素或利益的问题时所表现出的全面性, 在不确定因素较多的情况下分析问题时所体现出的全面性。
全局观的具体要求有 (从低级到高级排列) :①思考问题时, 根据规程要求, 考虑与问题直接相关的基础信息;②分析/处理问题时, 注重对事实的全面收集与了解;③针对具体问题, 能从局部现象中发现细节对整体可能造成的影响;④在具体分析问题时, 从不同的角度分析其可能的影响因素与范围, 以获得对问题的全面把握;⑤跟踪问题的进展, 并针对性地调整个人对问题的认识;⑥当问题或事件的局部发生变化时, 及时调整个人的思维角度, 更新个人对问题的认识;⑦通过对各种关联信息的组合式分析, 预测问题或事件的变化与发展趋势;⑧准确理解/诠释组织的发展目标, 以组织利益最大化为判断标准, 追求长期与短期发展的平衡。
2.3 机组长监控机组的系统化方法
全局观是一种看问题或分析局势的方式, 即通常所说的:全面地看问题、站高一层看问题或动态跟踪局势的发展。系统化方法是一种分析和处理问题的方法, 也就是分析和处理问题时要有全局观。牵一发动全身。局部的改变可能会引起整体的变化。例如, 1+2+3=6, 去掉“1”, 等式就不成立了。又如, GCT阀开启, 会引起很多参数的变化。
如果我们将机组的监控分为三个部分:队伍的状态监控、设备的状态监控和使用文件的正确性监控, 那么机组长的监控作用就是:关注运行值每一个成员的状态;监视和控制每一个系统及其对整体的影响;监督所使用的工作文件是否正确以及是否正确地使用文件。
3 核电站机组长有效监控机组
3.1 机组长监控机组探测偏差的方法
机组长偏差探测, 必须明确什么是偏差。机组偏差简单的理解为实际状态与参考标准的比较存在不符合的状况。“参考标准”可以是基准文件的规定 (如技术规范、程序等) , 可以是大家认可的“正常范围”, 可以是行为规范, 也可以是领导或团队集体制定的“标准”等, 具体的说, 参考标准来自于以下方面:行为规范、管理规定、技术规范、监督大纲、维修大纲、在役检查大纲、FSAR、运行维修规程、性能试验、会议纪要、专业意见, 纵向横向比较。
机组长对设备、机组状态偏差的探测, 包括以下几种方法:①冗余信息中寻找偏差、预期和预测;②变化曲线和不合理的改变;③向限制或异常趋势变化中;④波动的趋势和周期;⑤与程序要求不符合;⑥报警;⑦超出程序规定的限制;⑧超出设计限制和报警、保护定值。
机组长对团队人因偏差的探测, 包括以下几种方法:①严格管理人员的行为;②独立审查机组信息;③独立分析事件;④质疑、讨论操纵员的结论。
3.2 机组长监控机组的独立性
3.2.1 机组长监控机组位置独立
机组长不是操纵员, 他不需要操作, 其主要任务是监控机组, 因此当他监控机组时, 他不能太靠近机组台面, 否则视线很窄, 难以全面监控机组。同时机组长要避免所有人扎堆。
3.2.2 机组长监控机组思维方式独立性
思考及行动是人工作时的两个纬度, 很难边想边做。运行值这个团队, 操纵员偏重于行动, 值长、STA偏重于思考, 机组长处在一个中间位置。机组长监控机组时, 存在不能合理安排思考及行动的困难, 如果偏重与行动, 机组长失去了对机组目标, 中期策略以及关键点的思考, 可能导致机组走向、风险控制不当的情况, 因此, 机组长需要正确定位角色, 合理安排思考及行动的精力, 做到先思考, 再行动, 保持思维方式独立性。
3.2.3 独立审查工作风险和步骤, 独立思考
核电站机组长对接到的工作, 特别是临时工作, 要独立审核规程或文件, 分析风险, 判断工作是否可以执行。
当操纵员、现场等人员提出质疑时, 机组长要独立思考, 澄清疑问。
3.2.4 对值内人员合理分工, 屏障独立
核电站机组长注意针对人员特点, 合理分工;压力下, 调动和有效使用资源, 确保角色分工的独立和冗余;保持与操纵员的距离, 从人员组织角度体现纵深防御;纵员执行规程时, 需要对其中关键点进行监护。
人员分工不明确的表现:①人员扎堆, 只关注一个信息;②协调员完全代替操纵员操作、查文件;③操纵员没有独立思考, 只是机械执行指令;④协调员没有独立收集信息, 羊群效应;⑤低位决策;⑥超职权范围决策。
3.3 核电站机组长机组日常监控要求
3.3.1 核电站机组长机组日常监控工作流程
①班前会后立即打印机组长巡盘表格, 对机状态进行全面细致的了解;②参与主控室和现场主管碰头会, 并对工作进行必要提醒;③调出机机组长工作站巡盘数据, 每半小时BUP盘和KIC工作站巡盘一次;④审查定期试验, 专项操作单, 文件包的开工条件, 风险及控制措施, 监控参数, 并要求操纵员进行讲解;⑤按照管理程序要求, 对重要活动实施监护制;⑥对操纵员和现场人员进行的重要活动, 结合具体参数进行独立验证, 确保与预期相符;⑦对于临时性操作核实操纵员已经将设备记录在临时操作记录本上;⑧工作完毕, 再次独立核实机组参数和设备恢复正常状态。
3.3.2 核电站机组长机组日常监控工作方法
①检查主控室操纵员行为规范符合要求;②跟踪检查主控室操纵员对机组的监控符合管理规程的要求;③对于机组发生的任何事情要独立分析, 独立验证, 确保屏障作用;④对于任何操作, 独立核实参数, 并对重要工作进行复查;⑤工作完毕, 核实收尾工作全部完成, 尤其确认规程之外的操作已经恢复, 机组参数恢复正常。⑥所有运行活动必须召开工前会。A/B类运行活动必须使用《工前会检查单》, 由当班值长或机组长主持 (注:A/R类运行活动, 以及可能涉及反应性变化的运行操作/试验的工前会必须由当班值长主持) 。⑦明确各项活动的分类, 其中A/R类活动必须实施监护制;⑧组织当值人员实施对系统、设备的状态控制, 确保机组的安全生产。⑨组织定期试验实施前的准备和风险分析;组织并监控定期试验的实施, 并对定期试验执行过程中出现的问题向主控室操纵员提供支持, 组织和协调运行值对机组的实时监控和运行操纵活动。
3.3.3 核电站机组长机组日常监控工作技巧
①要求操纵员在工作之前将即将开展的活动, 工作过程, 风险及控制措施以及监视参数进行介绍;②工作过程中, 独立验证;③工作完毕独立核实程序, 设备, 参数已经恢复正常。
4 结束语
核电站机组长在核电站运行中担负着重要的职责, 只有正确理解了机组长在机组监控中应发挥的作用, 并且具备了良好的监控机组的方法, 才能在核电站日常运行期间保持机组长全局观以及独立性, 按照日常监控机组的要求及技巧开展工作, 是机组长履行职责的必要条件。
参考文献
[1]《运行岗位管理规定》.
[2]机组长管理能力培训教案.
[3]机组长管理能力培训教材.
机组监控 篇8
(一) 新建机组的电气监控系统现状
1. 概述
广东中山某发电厂二期工程为2×350MW (F级) 燃气-蒸汽联合循环机组, 其中#3机组已于2009年3月20日首次发电并网, #4机组正在调试中。两台机组以发电机-变压器组单元接线形式接入220kV系统。每台机组设一台25MVA的厂用工作变压器。两机的高压厂用变压器互为备用, 不专设高压备用变压器。厂用电按6kV、0.38 kV两级电压设置, 每台机组设一段6kV工作母线。主厂房0.38kV低压厂用电接线采用动力中心 (PC) 和电动机控制中心 (MCC) 的供电方式。发电厂电气监控系统 (FECS) 为某公司的分布式电气自动化主站控制系统, 6KV及380V开关分别为智能型综合保护装置。
2. 系统设计方案
根据原设计要求, FECS系统结构如下图1:
该工程电气自动化FECS系统分为三个层次的内容:即:站控层、通信管理层、间隔层。间隔层:主要为完成各种专业化功能的智能装置, 包括发变组保护装置, 厂用电母线、开关测控保护装置, 机组励磁、调速及同期装置, 厂用电源快切装置、备自投装置等智能设备。通信管理层:包括通信网络及通信管理装置, 主要完成与上述各种智能装置、DCS系统、电气后台监控系统、发电厂其他智能设备的通信。站控层:包括后台监控系统计算机硬件和各种专业应用软件, 硬件有服务器、工作站等, 应用软件包括SCADA (数据采集和监控) 、厂用电抄表、录波分析、故障诊断等各种基础应用及高级应用功能软件, 以及后台系统与发电厂其他管理系统间的通信接口等。控制方式分为二种:单元控制室控制 (包括DCS控制及FECS工程师工作站控制, FECS工程师工作站控制方式仅在DCS未投入运行或检修调试时采用) 、后备手动控制。
3. 电气监控系统的实施情况
根据上述的设计方案, 该FECS系统是采用现场总线与工业以太网相结合组成的电气监控网络。然而, 从工程实施情况看来, 电气监控的设计初衷并没有得到满足, 进行了变更设计, 使得FECS应有的功能没能很好体现出来。方案实施情况为: (1) 现场数据采集方案的实施。电气监控系统 (FECS) 采集厂用电气的保护、测控和智能设备所有信息, 通过现场总线与通信管理机交换, 然后再由100M以太网与FECS站控层网络交换信息。DCS系统对电气监控所需的现场信息采集包括开关的分、合闸状态信号、电流电压模拟量、开关控制指令等都是通过与DCS的I/O板硬接线的一对一的方式实现。 (2) FECS与DCS互联的实施。FECS系统与DCS系统的互联在站控层, FECS的网关服务器负责与DCS通信, 通信管理机的通信接口与DCS没有互联。而且DCS基本无需与FECS通信也可以对电气设备的监控。 (3) 站控层软件应用的简化, 目前的FECS配置基本的功能单一, 仅可以作为现场设备参数的监视功能, 其操作员站及工程师站都较原招标合同的数量减少。
根据工程实施的情况, 该工程有关技术人员反映, 目前该FECS“摆设”的成分较多。因此, 这引发电气专业人员思考:如何对发电厂电气监控系统的设计范围、功能定位, FECS如何与DCS系统接口通信等, 这些问题如不考虑周全, 将在后续的工作中将遇到较多的麻烦, 引起一系列的较大变更设计, 不利于工程管理。
(二) 电气监控系统存在问题的分析
由于现场总线具有巨大的优势:数字信号取代了模拟信号传输标准, 传输的准确性更高、更具完整性;智能化设备具有模块化结构, 便于系统集成;智能化设备采用两线制连接, 可节约大量导线以及场地、安装、调试等费用;使得由现场总线/工业以太网构成FECS的控制网络成为设计院、设备厂商力推使用的方案, 不少新建的发电厂电气监控系统仿效实施。然而从新建电厂的实施方案来看, 以现场总线的通信方式的电气监控系统融入DCS系统并没有如期好, 没被广泛认可。通过对新建电厂用户 (如广东的红海湾发电厂、靖海发电厂) 的调查反映, 究其原因无非就是:系统实时性差、通信不可靠, 通信管理机故障高, 影响范围广等。
1. 设计中存在的问题。
由于发电厂网络计算机监控系统 (NCS) 、变电站综合自动化系统等监控系统等类似的监控系统已广泛应用, 并有非常成熟的运行经验可以借鉴。因此电气专业人员认为, 工程设计了FECS系统, 就可以减少进入DCS系统的I/O硬接线, 减少DCS系统和FECS系统重复投资, 充分发挥现场总线的优势。并且追求就地智能装置上送的信息量越多越好, 范围越大越好, 因此部分工程因配置通信接口过多 (传送信息量大) , 超过DCS系统电气DPU处理能力, 而且由于节点数和传输量越大, 距离越远, 导致通信速率越慢。影响了系统运行的实时性和可靠性, 影响实际使用效果。
2. 产品选型存在的问题。
由于现场总线使用于工业自动化方面时, 国际电工委员会IEC61158中有8个标准, 现场总线通信协议类型也繁多, 现场总线技术还没有完善的准入机制, 造成电气自动化产品鱼龙混杂, 选择困难。FECS系统涉及面广, 设备数量众多, 对FECS系统供货商的设计、制造、通讯和配合协调能力要求很高, 但在已实施项目中, FECS系统被分成很多部分, 分别由不同供货商供货, 增加了系统通信接口和配合调试工作量, 影响系统的可靠性和实时性。因此, 在FECS系统招标中应尽量减少设备接口, 最好能选择一家有实力、有业绩的集成商负责系统中各设备之间的协调, 使FECS系统技术性能满足电厂自动化要求。
3. 现场施工方面存在的问题。
由于通信速率与现场总线长度成反比, 即现场总线长度越短, 通信速率越快。因此, 在开关柜之间进行现场总线的敷设时, 应尽可能缩短敷设距离, 并远离高压动力电缆等干扰源, 此外, 通信接口要严格按照要求接线等, 否则会影响系统通信稳定性。鉴于上述的情况, 制定正确合理的应用策略尤为重要。
(三) 发电厂电气监控系统的应用策略
1. 电气监控系统的设计范围、功能定位。
发电机组采用一套DCS系统, 实现炉、机、电统一控制, 无论是工艺负荷还是电气负荷, 即单元机组有关的所有操作均由DCS完成, 这种模式已经积累了十多年的设计、运行经验, 无论电气监控系统功能如何强大都无法改变目前电厂的运行、管理模式。因此, 电气监控系统的设计都必须遵循这个原则, 在此基础上, 设计人员应认真研究现有的自动化产品, 结合电厂各工艺和生产过程的特点, 采用最合适的现场总线标准和现场智能装置, 不应强求在全厂统一。在目前情况下全厂统一现场总线标准既无可能、也无必要;其次, 在工程设计中应根据电气和热控专业的控制特点规划电厂的控制系统, 不必过分强调必须使用一种控制系统, 机炉过程控制, 可以采用DCS系统硬接线监控;而对于具备现场总线基础条件的厂用电源系统和独立的智能电气设备就应积极采用现场总线技术, 不应因存在某些局部问题就放弃。在FECS系统应侧重于智能管理手段和专家系统, 如厂用电系统电能量管理功能、厂用系统五防闭锁功能、电厂继电保护故障分析整定管理功能等, 充分发挥FECS系统信息全面的优势, 使电厂电气自动化水平和管理水平有质的飞跃。
2. 系统组网模式。
根据不同现场情况和功能性能要求, 对间隔层设备和通信管理层的通信管理机数据采集通信进行不同的组网模式, 实现的方式以及效果和投入也不同。结合目前DCS控制的硬接线方式不可缺少的现状, 因此DCS系统对过程控制相关的电气设备的控制仍通过硬接线来实现。这种组网方式是根据厂用电系统主接线分段对各种测控设备和保护设备进行分组, 间隔分明, 非常便于维护和扩容。间隔层组网结构图见图2所示。
3. FECS与DCS互联方式。
为了实现发电厂机、电、炉的一体化运行和管理, FECS系统必须能够有效和DCS系统保持通信和协调控制。因此FECS系统和DCS系统进行可靠通信是FECS系统成功实施的重要内容, 在当前的发电厂控制系统现状下, 可采用混合连接运行模式, 具有较强的可实施性和可用性;对FECS系统和DCS系统之间不同类型的信息共享和控制, 采用不同的通信通道和通信方式, 是一种非常切实可行的运行模式, 其结构示意图如图3所示。该模式具有以下特点:1) 对FECS系统和DCS系统相互之间的信息, 按照实时性, 可操作性等进行分类, 对要求不同的数据, 分别通过通信管理层和后台网络层进行通信, 大大提高了通信的效率。 (2) 由于两个系统在功能上和数据采集方式上独立, 在数据共享度方面的增加和调整都非常方便, 系统接口的扩展性和可维护性强, 实施起来也比较容易。 (3) 由于对系统信息进行了分类处理, 因此在FECS系统和DCS系统之间具有良好的协调性, 对公共操作控制的电气设备, 通过网络层的连接通信, 可以实现控制权限的切换, 也就是运行管理模式的沟通;而真正的控制命令下达, 则通过通信管理层来实现。对参与机炉过程控制的电气设备, 可以采用DCS系统硬接线监控, 符合热控系统的要求。
(四) 结束语
火力发电厂的整个生产过程是一个极其复杂的过程, 电气监控系统只是其中重要的子系统, 在工程应用中结合电厂各工艺和生产过程的特点, 采用最合适的组网方案, 在满足安全可靠的前提下尽量做到接口清晰, 接线简化, 避免重复投资和功能重叠。此外, 对电厂投资方和建设单位来说其中还有一个重要的硬指标就是“尽早投产”。因此, 在当前不断压缩设计周期的情况下, 减少设计变更及变更设计非常重要, 否则除要投入大量精力作方案变更设计外, 还要面对来自各方面的置疑和不配合等一系列问题。这就需要设计人员进行深入细致的系统方案设计, 合理规划网络结构, 优化信息传输方式, 减少FECS系统与DCS之间的信息传输数量, 才能保证现场总线技术在火电厂的应用效果, 真正发挥电气监控系统 (FECS) 的作用, 提高发电厂一体化监控水平。
摘要：简要介绍广东中山某发电厂新建机组的电气监控系统实施现状, 并引出对新建发电机组电气监控系统的设计方案的范围、功能定位、系统组网等方面的思考, 分析造成火力发电厂电气监控系统现状的原因, 提出符合目前新建机组电气监控系统的建设方案。
关键词：火力发电厂,电气监控系统,思考,方案
参考文献
[1]杨宪惠.现场总线技术及其应用[M].北京:清华大学出版社, 1999.
[2]王常力, 罗安.分布式控制系统 (DCS) 设计与应用实例[M].电子工业出版社, 2004.