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王滩电厂脱硫PLC通讯中断原因分析及改进

文章来源:不详 作者:佚名


该文章讲述了王滩电厂脱硫PLC通讯中断原因分析及改进的电路原理和应用

摘要:本文介绍了王滩电厂脱硫控制系统通讯中断问题的原因分析及处理方案以及在改进中需注意的问题。 王滩电厂脱硫系统自投运以来, PLC控制系统在双机热备情况下经常出现通讯中断现象,直接影响了运行人员对系统的监控,为此只能采取临时措施,将双CPU热备运行方式退出,改为单CPU运行,减小扫描周期,这极大地降低了PLC控制系统的安全可靠性,给两台600MW机组的稳定运行带来一定的安全隐患。一、脱硫PLC系统的配置情况王滩电厂脱硫PLC控制系统采用树形网络,设置两层控制网络:上层网为辅助车间集中监控网,下层网为脱硫的车间级控制主干网。全厂辅控网设有4个操作员站、1个历史站、1个工程师站及2台相互冗余、相互热备的服务器、冗余的交换机;车间级控制主干网采用100M冗余光纤以太网,分别设有3台操作员站、1台工程师站、1台历史站及冗余的交换机,配有#1FGD、#2FGD、#1-2FG、#1-4FGD 四套PLC控制系统,配有中央处理单元(CPU)140CPU53414A四套(共8块) 、双机热备模块140CHS11000四套(共8块),冗余的通讯模件140N0E77101四套(共8块),输入输出模件,专用连接电缆及连接件和实时操作系统等。PLC系统编程软件为Concept2.6,监控软件为Ifix3.5无限点中文开发版。脱硫PLC控制系统通过1000M冗余光纤以太网交换机与全厂辅控网进行通讯,通讯协议TCP/IP,通过通讯接口,脱硫系统的监控纳入全厂辅控网,由单元机组集中控制室内的辅助监控站的运行人员完成两台炉脱硫系统的监控和管理。操作员站和控制站之间的通讯网络为双冗余工业以太网,冗余交换机,通讯协议TCP/IP。I/O站之间的通讯网络采用冗余的MODICON RIO网络,即远程I/O网络。现场系统结构示意图1。点击浏览下一页500)this.style.width=500;" align=baseline border=1>二、脱硫网通讯中断原因分析辅控网上有两台服务器直接从所有的PLC中采集数据,在脱硫系统中现场有五台上位机从PLC中采集数据。上位机SCADA软件采用的是IFix3.5。#1FGD、#2FGD、#1-2FGD、#1-4FGD为Quantum的双机热备系统,整个脱硫系统用德国Hirschmann交换机为双网配置。 各站的内存数据分配及上位机数据请求如下表1:点击浏览下一页500)this.style.width=500;" align=baseline border=1>上位机通讯的性能与CPU的扫描时间、数据请求量及上位机的结构有较大的关系,从上述的表中我们可以得到除了#1-2FGD以外其他站的程序量是比较大的,单机的扫描时间都在50ms以上。另外从3:X类型的数据上看,除#1-2FGD以外其他站的数据量都在50000个字以上。这些因素导致PLC在建立双机热备之后所需要的扫描周期在200ms左右,因为每个周期为保证数据的主备机同步,这些数据都需要从主机传到备机。现场检测#1FGD在建立双机热备后实际的扫描周期在196ms左右,比单机时扩大了近3倍,从而使得对上位机的响应很慢。另外脱硫系统中有共计有7台上位机直接从PLC中采集数据,也会导致上位机响应较慢。当出现通讯超时的情况时,SCADA会表现出通讯中断的现象,但此时PLC对于过程控制的处理是正常运行的。要提高数据的响应速度可以从上述的几个方面进行分析。 三、改进的可行性方案3.1 减少直接读取PLC的上位机数量根据实际操作的需要保留适当数量的上位机,平时不用的站将其IFix3.5关闭可以改善通讯性能。或采用客户机/服务器方式,保留两台主机服务器从PLC采集数据,其他操作员站从服务器得到数据。3.2 合理配置上位机数据请求以减少数据请求量在IFix中对离散量数据一个请求可以采集2000个点,对字类型数据可以采集125个字。在配置I/O数据请求时尽可能将需要采集的数据放置在同一个请求中采集以减少数据请求数量,如#1FGD、#2FGD、#1-4FGD的0:X类型的数据作优化可都可以减少一个请求。对于7台上位机来说就可以减少7个请求。但此种变动可能需要对程序作少量修改。另外现场系统采用的双网络结构,可以分配上位机从不同的NOE模块中采集数据。如辅控网从一个NOE采集数据,就地控制从另外一个NOE采集数据,这样可以有提高SCADA的响应性能。3.3 优化程序减小双机热备时的扫描周期现场的程序量较大,会导致双机热备时所需的热备字数量较大,从而使得双机热备时扫描周期大大增加。可以优化程序如减少非定位变量的应用,减少DFB在双机热备系统中的应用可以减少热备字数量,但此种修改工作量较大。3.4 采用的新Unity Quantum双机热备CPU模块以上的几种方法可以适当地改善目前的通讯性能,但若需要大幅度的提高通讯性能则采用Unity Quantum CPU。主要原因有两个:新的CPU其程序计算速度及双机热备时数据传输速度大大提高,从而使得PLC的扫描周期非常短。 Unity下的以太网通讯响应请求能力相比于Concept 下的Quantum双机热备提高了2到4倍。将#1FGD的程序转换到Unity程序后,根据测试的结果其扫描周期在双机热备的情况下可减小到40ms左右。在不变更目前上位机配置下,理论计算可以有30台上位机同时连接也能满足性能要求。 将Concept程序转换到Unity Pro的程序是比较方便的,程序结构与Concept类似只需作少量的检查工作。Unity Pro操作界面略有不同,但在Concept的基础上是很容易学习撑握的。系统的硬件及接线除更换CPU和CHS模块外无需作任何其他的改动。因此,我们选择了对原控制系统CPU控制器的升级达到减小扫描周期的目的。四、CPU升级及注意事项4.1 CPU升级根据以上的分析,最终确定采用方案4,将原系统中型号为140CPU53414的CPU更换为140CPU67160(要求内存为7M),通过Ethernet MTRJ-MTRJ光纤电缆将热备的两个CPU相互连接。并且为新更换的CPU增加可扩展的Unity v2 PCMCIA存储卡(SRAM),型号为TSXMRPC007M,使该控制系统达到可靠的冗余热备。只需在Unity编程软件中对新更换的CPU以及槽号进行配置即可。升级后的PLC控制系统#1FGD、#2FGD、#1-2FG、#1-4FGD的扫描周期仅为34ms、37ms、19ms、40ms,彻底解决了双机热备时通讯中断的问题。4.2 CPU升级的注意事项4.2.1 工艺系统安全停运CPU升级过程中,工艺系统的运行状态将无法监视和控制,整个升级过程少则需要一两个小时,多则可能长达十几个小时,最好选择在机组停运的时候,如不能则一定要做好相应设备的安全措施,无法停运的设备切换到就地运行,如搅拌机和润滑油泵等。4.2.2 CPU型号与NOE版本匹配需要特别强调的是CPU的型号一定要和NOE的版本匹配,否则将无法将程序下载到CPU中。在升级过程中,程序通过MAC地址能连接到CPU,但是通过以太网和USB接口无法将程序下装,因为本次升级是在原来concept2.6的基础上进行的,且NOE模块为2005年采购安装并使用的,显然NOE版本和CPU的型号不一致。在升级前一定要在Unity Pro XL程序下,用OSLOADER功能采用相应的升级文件将NOE模块升级到Unity下匹配的版本,当系统名称、系统硬件编号和错作系统版本显示无误后才可完成程序下装。4.2.3 IP地址的配置Unity Pro XL在用以太网方式连接时,首先将NOE模块上写的4组十六进制的数字换算成10进制的4组IP地址,再将本机的IP地址改成同一网段的地址即可。有时候连接不上的话,可以试着配置在以太网模块上的IP的最后一位加1,因为加1是带双机热备的IP地址,系统自动加了1。方案实施后取得了较为明显的效果,实现了脱硫系统的CPU双机热备运行,且不再出现通讯中断的现象。为机组的稳定运行奠定坚实的基础,全面提高了全厂辅控系统的整体控制水平,为机组安全、稳定、经济运行奠定了坚实的基础。
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