淺談西門(mén)子S7-400H型PLC在越南達(dá)唐水電的應(yīng)用

華自科技股份有限公司售后服務(wù)中心 蔣曉明

淺談西門(mén)子S7-400H型PLC在越南達(dá)唐水電的應(yīng)用

華自科技股份有限公司售后服務(wù)中心 蔣曉明

本文主要論述西門(mén)子S7-400H冗余系列PLC在越南達(dá)唐電站綜合自動(dòng)化中的應(yīng)用,以及在調(diào)試投運(yùn)過(guò)程中碰到的一些問(wèn)題的探討。

S7-400H;綜合自動(dòng)化;問(wèn)題

1 工程概述

越南達(dá)唐水電站(Ta Thang)位于越南北部老街省保勝縣Gia Phu公社,Ta Thang村,Ngoi Bo河。離河內(nèi)市西北方250公里,老街省南部25公里,常年高溫,多雨,濕度80%以上。Ta Thang水電站有兩個(gè)機(jī)組,單機(jī)裝機(jī)容量為30MW,總裝機(jī)60MW,年平均發(fā)電總量為270GWh。是按"無(wú)人值班、少人職守"的現(xiàn)代化運(yùn)行方式設(shè)計(jì)建設(shè)的綜合自動(dòng)化水電站。越南達(dá)唐水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用華自科技股份有限公司的MTC5.0水電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng),MTC5.0水電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)按分層分布開(kāi)放式無(wú)人值班(少人值守)運(yùn)行方式設(shè)計(jì)。核心控制部分采用西門(mén)子S7-400H冗余型PLC,使得整個(gè)電站運(yùn)行更加可靠。

2 S7-400H冗余型PLC功能介紹

2.1 S7-400H冗余系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

采用控制器(CPU)冗余控制技術(shù)是提高控制系統(tǒng)可靠性的有效方法和主要措施。CPU冗余控制使得系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)不受局部單一故障的影響,可實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)維護(hù);同時(shí),故障部件離線(xiàn)修理時(shí)也不影響系統(tǒng)正常運(yùn)行,從而可達(dá)到提高系統(tǒng)可靠性和降低失效率的目的。合理的冗余設(shè)計(jì)將大大提高系統(tǒng)的可靠性,有效避免由于控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障而引起的停產(chǎn)或設(shè)備損壞造成的經(jīng)濟(jì)損失。因此,冗余控制技術(shù)的推廣應(yīng)用對(duì)提高控制系統(tǒng)的可靠性具有十分重要的意義。

圖1 冗余配置圖

2.2 S7-400H控制原理及結(jié)構(gòu)

1)隱含的冗余功能,透明的編程,即編程與普通系統(tǒng)相同,程序下載后程序自動(dòng)復(fù)制到備份的控制器中,下載時(shí)不需要考慮主、從控制器;所有SIMATIC-S7編程語(yǔ)言都適合,沒(méi)有命令限制。

2)主從無(wú)擾動(dòng)切換,切換時(shí)間<100ms,并且系統(tǒng)切換時(shí)輸出保持,信息、報(bào)警及中斷信息不會(huì)丟失;所有冗余功能由CPU處理不需要用戶(hù)處理。

3)全面的自檢測(cè)功能,啟動(dòng)時(shí)完全自檢測(cè),運(yùn)行時(shí)后臺(tái)自動(dòng)運(yùn)行檢測(cè)過(guò)程,并且可以定義循環(huán)檢測(cè)時(shí)間。

4)在線(xiàn)修改與普通系統(tǒng)相同,所有的修改將自動(dòng)復(fù)制到備份的CPU中。

5)在運(yùn)行狀態(tài)下更換模塊,在運(yùn)行狀態(tài)下可以隨意插入或取下模塊,包括中央I/O、CP、同步模塊、冗余IM153-2、冗余電源。

2.3 S7-400H冗余通訊原理

發(fā)生故障通訊時(shí)可以通過(guò)冗余連接實(shí)現(xiàn)冗余通訊,冗余連接可以在以下情況實(shí)現(xiàn):

1)從H站到其他的H站(一個(gè)或者兩個(gè)通道);

2)HMI PCs(要求軟件RED-CONNECT)。

圖1為冗余配置圖。

3 S7-400H的硬件配置及主要控制優(yōu)勢(shì)

3.1 硬件配置

電站主控制設(shè)備硬件配置方式,如圖2所示。

圖2 電站主控制設(shè)備硬件配置方式

3.2 控制對(duì)象

電站主要配置了機(jī)組LCU柜,開(kāi)關(guān)站LCU柜,輔助設(shè)備LCU柜,其中機(jī)組LCU柜主要用于監(jiān)視和控制機(jī)組的自動(dòng)開(kāi)停機(jī)流程,以及事故保護(hù)停機(jī)流程;開(kāi)關(guān)站LCU柜主要用于監(jiān)視和控制升壓站隔離開(kāi)關(guān)及斷路器;輔助設(shè)備LCU柜主要用于監(jiān)視和控制設(shè)備一些輔助設(shè)備,比如說(shuō)空壓氣機(jī)、嘗用變斷路器,柴油發(fā)電機(jī)等等。

3.3 控制優(yōu)勢(shì)

首先,越南達(dá)唐電站所處位置常年高溫,多雨,濕度80%以上,對(duì)于設(shè)備有著極其苛刻的要求,而西門(mén)子PLC適應(yīng)在這樣的環(huán)境下長(zhǎng)期運(yùn)行。

其次,由于該電站裝機(jī)容量為60MW,在越南國(guó)內(nèi)屬于較大電站,并且電站110kV出線(xiàn)連接該國(guó)的國(guó)家電網(wǎng),因此對(duì)于電站的穩(wěn)定的運(yùn)行有著極高的要求,而S7-400冗余PLC可以有效的保證電站穩(wěn)定運(yùn)行。

最后,S7-400冗余PLC可以通過(guò)同步光纖快速同步主備用PLC,當(dāng)其中任何一個(gè)CPU出現(xiàn)故障,或者任何一個(gè)遠(yuǎn)程profibus接口出現(xiàn)問(wèn)題的時(shí)候,都能快速切換至備用CPU或者備用遠(yuǎn)程profibus接口,讓電站能夠達(dá)到不間斷的、高效的運(yùn)行。

4 電站網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要采用星型主備冗余網(wǎng)絡(luò),上層監(jiān)控主機(jī)采用DELL雙網(wǎng)口高性能商務(wù)機(jī),上層交換機(jī)采用武漢邁威網(wǎng)管型24口交換機(jī)MIEN6024,下層交換機(jī)采用武漢邁威8口MIEN6208,下層交換機(jī)通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)和冗余CPU相連接。拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

由上述網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D清楚的看到,上位機(jī)全部通過(guò)主備以太網(wǎng)連接方式通過(guò)西門(mén)子專(zhuān)有OPC協(xié)議和下位機(jī)CPU相連接,保證了數(shù)據(jù)的可靠快速交換,實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)電站的有效監(jiān)控。

5 S7編程軟件介紹

編程軟件具有以下幾個(gè)特點(diǎn):1)包括了自動(dòng)化項(xiàng)目中所有階段(從項(xiàng)目組態(tài)到調(diào)試,測(cè)試和服務(wù))的功能;2)采用模塊化編程方式,把系統(tǒng)的各個(gè)工作編成一個(gè)個(gè)功能塊,便于用戶(hù)理解修改;3)可以使用任伺一種編程語(yǔ)言:語(yǔ)句表(STL),功能塊表(FBD),結(jié)構(gòu)性控制語(yǔ)言(SCL)和梯形邏輯(LAD),用戶(hù)可以根據(jù)自己的習(xí)慣使用任何一種語(yǔ)言編程。

6 S7-400H調(diào)試過(guò)程中遇到的冗余故障及處理

6.1 CPU模塊及電源模塊LED指示燈含義,具體請(qǐng)見(jiàn)表1

表1

6.2 DP總線(xiàn)連接模塊IM152-3運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題及處理

1)IM152-3模塊指示燈含義,具體見(jiàn)表2.

表2

2)S7-412-3H型PLC配置好硬件,下載以后CPU EXTF紅色指示燈亮,檢測(cè)到外部錯(cuò)誤(換言之,錯(cuò)誤原因不在CPU模塊上),并且IM152-3模塊BF1指示燈不停閃爍?？赡茉蛉缦?a)訪(fǎng)問(wèn)錯(cuò)誤(進(jìn)入狀態(tài));b)模塊故障(SM、FM、CP);c)I/O讀訪(fǎng)問(wèn)錯(cuò)誤;d)I/O寫(xiě)訪(fǎng)問(wèn)錯(cuò)誤。

經(jīng)過(guò)程序CPU的診斷發(fā)現(xiàn)是由于觸摸屏設(shè)置訪(fǎng)問(wèn)的I/0字的個(gè)數(shù)與實(shí)際不一致,即I/O讀訪(fǎng)問(wèn)出現(xiàn)了錯(cuò)誤,在觸摸屏上設(shè)置實(shí)際I/ O個(gè)數(shù)以后故障指示消除,為了防止今后斷電重啟還是出現(xiàn)如此情況,可以在程序里面設(shè)置好個(gè)數(shù),一旦CPU重啟,可以把相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳送到指定的寄存器。

3)IM152-3 SF指示燈為紅色不停閃爍,主要是電源接觸不正常,重新擰緊電源端子,重新送電以后故障消失。

4)運(yùn)行一段時(shí)間以后,1#機(jī)組LCU的PLC所有IM152-3 總線(xiàn)模塊所有指示燈均不亮,出現(xiàn)此種情況以后,首先懷疑是電源消失,由

由于當(dāng)天并不在現(xiàn)場(chǎng),所以并不清楚具體產(chǎn)生的原因及當(dāng)時(shí)的現(xiàn)象,通過(guò)之后從現(xiàn)場(chǎng)檢查情況來(lái)看,現(xiàn)場(chǎng)是24VDC供電,供電電壓一般比較穩(wěn)定,當(dāng)然也不能排除該原因,損壞當(dāng)天并沒(méi)有雷擊,因此可以排除雷擊原因,當(dāng)時(shí)懷疑最大原因可能是旁邊有電焊機(jī)使用的話(huà),很有可能闖入大電流把模塊燒壞,作為應(yīng)急處理,只能先從其他機(jī)組挪用幾組IM153-2模塊,此后一直沒(méi)有出現(xiàn)問(wèn)題。雖然最后并不能確定是何種原因引起,不過(guò)我們卻可以從中吸取教訓(xùn),因此作為施工現(xiàn)場(chǎng),有必要采取一些預(yù)防措施:

a)嚴(yán)格按照EMC要求布線(xiàn),建立標(biāo)準(zhǔn)地線(xiàn),用于控制系統(tǒng)(弱電)獨(dú)立接地,這樣可以有效的降低電磁干擾;

b)必要時(shí)加裝抗雷裝置,可大幅減少遭雷擊的風(fēng)險(xiǎn);

c)要求操作人員嚴(yán)格按照規(guī)定程序操作;

d)改善運(yùn)行環(huán)境等。

6.3 模擬量輸入模塊AI-BIT13運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題及處理

該電站的模擬量輸入設(shè)計(jì)并沒(méi)有模擬量輸入的隔離模塊,現(xiàn)場(chǎng)模擬量輸入有兩線(xiàn)制和四線(xiàn)制混合使用,在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的幾種問(wèn)題:

1)模擬量整個(gè)模塊數(shù)據(jù)均為0,監(jiān)視程序相應(yīng)地址全部顯示16進(jìn)制8000,用萬(wàn)用表測(cè)量電流信號(hào)正常,后經(jīng)過(guò)仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)是由于一個(gè)兩線(xiàn)制的模擬量有個(gè)電源端沒(méi)有接好,而干擾了整個(gè)模塊的正常工作,處理以后正常。

于DP總線(xiàn)模塊IM152-3單獨(dú)空開(kāi)控制,查看空開(kāi),沒(méi)有跳閘,測(cè)量IM152-3模塊上的24V DC電源正常,此時(shí)只能懷疑IM152-3本身模塊中的電源元件可能有損壞,引起IM152-3損壞的可能原因:a)強(qiáng)電磁干擾;b)雷擊;c)供電電壓波動(dòng);d)環(huán)境不符合要求;e)其他。

2)模擬量個(gè)別點(diǎn)數(shù)據(jù)沒(méi)有顯示,主要是兩線(xiàn)制模擬量,測(cè)量電流信號(hào)正常,監(jiān)視程序原始數(shù)據(jù)顯示16進(jìn)制8000,由此可以判斷該通道已經(jīng)損壞,更換到備用點(diǎn)上以后正常,運(yùn)行期間陸陸續(xù)續(xù)好幾個(gè)兩線(xiàn)制的點(diǎn)都出現(xiàn)同樣的情況,現(xiàn)場(chǎng)唯一的處理辦法只能更換到備用通道上,具體原因無(wú)法查詢(xún),有可能是偶然電源接地或者其他情況引起。

鑒于以上兩種情況,在今后的設(shè)計(jì)當(dāng)中很有必要引入模擬量隔離模塊,可以很大程度上減少此種情況的發(fā)生。

6.4 關(guān)于在調(diào)試過(guò)程中LCU柜外部接線(xiàn)的一些感想

該電站設(shè)計(jì)的I/O點(diǎn)數(shù)比較多,I模塊基本設(shè)計(jì)在一個(gè)柜子當(dāng)中,因此接線(xiàn)也會(huì)非常的多,由于內(nèi)部本身設(shè)備已經(jīng)占據(jù)很大一部分空間,當(dāng)柜子和外部設(shè)備連線(xiàn)時(shí),會(huì)感覺(jué)柜子比較窄,給調(diào)試、運(yùn)行、檢修都造成了很大的不便,因此很有必要分成兩個(gè)甚至多個(gè)柜子,或者增大柜子的體積,雖然這樣可能會(huì)浪費(fèi)一些成本或者需要作出一些非標(biāo)準(zhǔn)的東西。

7 結(jié)論

經(jīng)上述分析,我們可以看到雖然S7-400H型PLC具有很強(qiáng)的可靠性、穩(wěn)定性,但是電站是一個(gè)系統(tǒng)的工程,在我們選擇主要控制設(shè)備的時(shí)候,選擇可靠性強(qiáng),功能強(qiáng)大的S7-400H型西門(mén)子PLC是必要的,但是整個(gè)的配套設(shè)計(jì)也要合理,不論是產(chǎn)品設(shè)計(jì)還是現(xiàn)場(chǎng)施工設(shè)計(jì)以及施工都要嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范,才能使整個(gè)電站運(yùn)行更加可靠、高效、安全。

[1]龔仲華。S7-200/300/400PLC應(yīng)用技術(shù):通用篇[M]。北京:人民郵電出版社,2007.

[2]龔仲華。S7-200/300/400PLC應(yīng)用技術(shù):提高篇[M]。北京:人民郵電出版社,2007.

[3]廖常初。S7-300/400PLC應(yīng)用技術(shù)[M]。北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008.

[4]郝朝陽(yáng),祝孝玲。西門(mén)子PLC在水電廠(chǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)LCU中的應(yīng)用。山東泰開(kāi)自動(dòng)化有限公司,2008.

[5]李秋林。西門(mén)子S7-300PLC在普梯水電站綜合自動(dòng)化中的應(yīng)用。貴州省興義市水電開(kāi)發(fā)公司,2006.

To discuss the the application of Siemens series S7-400H redundancy PLC in ta thang hydropower station of Vietnam

Xiaoming Jiang
(HNAC TECHNOLOGY CO。,LTD/Service center,Changsha City Hunan Province)

In this paper,mainly discussing the application of Siemens series S7-400H redundancy PLC in ta thang hydropower station of Vietnam, and to discuss some problems encountered in the process of debugging。

S7-400H;Automation;problems