淺談西門子S7-400H型PLC在越南達唐水電的應用

華自科技股份有限公司售后服務中心 蔣曉明

淺談西門子S7-400H型PLC在越南達唐水電的應用

華自科技股份有限公司售后服務中心 蔣曉明

本文主要論述西門子S7-400H冗余系列PLC在越南達唐電站綜合自動化中的應用,以及在調試投運過程中碰到的一些問題的探討。

S7-400H;綜合自動化;問題

1 工程概述

越南達唐水電站(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水電站有兩個機組,單機裝機容量為30MW,總裝機60MW,年平均發電總量為270GWh。是按"無人值班、少人職守"的現代化運行方式設計建設的綜合自動化水電站。越南達唐水電站計算機監控系統采用華自科技股份有限公司的MTC5.0水電站綜合自動化系統,MTC5.0水電站綜合自動化系統按分層分布開放式無人值班(少人值守)運行方式設計。核心控制部分采用西門子S7-400H冗余型PLC,使得整個電站運行更加可靠。

2 S7-400H冗余型PLC功能介紹

2.1 S7-400H冗余系統優勢

采用控制器(CPU)冗余控制技術是提高控制系統可靠性的有效方法和主要措施。CPU冗余控制使得系統在運行時不受局部單一故障的影響,可實現在線維護;同時,故障部件離線修理時也不影響系統正常運行,從而可達到提高系統可靠性和降低失效率的目的。合理的冗余設計將大大提高系統的可靠性,有效避免由于控制系統出現故障而引起的停產或設備損壞造成的經濟損失。因此,冗余控制技術的推廣應用對提高控制系統的可靠性具有十分重要的意義。

圖1 冗余配置圖

2.2 S7-400H控制原理及結構

1)隱含的冗余功能,透明的編程,即編程與普通系統相同,程序下載后程序自動復制到備份的控制器中,下載時不需要考慮主、從控制器;所有SIMATIC-S7編程語言都適合,沒有命令限制。

2)主從無擾動切換,切換時間<100ms,并且系統切換時輸出保持,信息、報警及中斷信息不會丟失;所有冗余功能由CPU處理不需要用戶處理。

3)全面的自檢測功能,啟動時完全自檢測,運行時后臺自動運行檢測過程,并且可以定義循環檢測時間。

4)在線修改與普通系統相同,所有的修改將自動復制到備份的CPU中。

5)在運行狀態下更換模塊,在運行狀態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

發生故障通訊時可以通過冗余連接實現冗余通訊,冗余連接可以在以下情況實現:

1)從H站到其他的H站(一個或者兩個通道);

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勢

3.1 硬件配置

電站主控制設備硬件配置方式,如圖2所示。

圖2 電站主控制設備硬件配置方式

3.2 控制對象

電站主要配置了機組LCU柜,開關站LCU柜,輔助設備LCU柜,其中機組LCU柜主要用于監視和控制機組的自動開停機流程,以及事故保護停機流程;開關站LCU柜主要用于監視和控制升壓站隔離開關及斷路器;輔助設備LCU柜主要用于監視和控制設備一些輔助設備,比如說空壓氣機、嘗用變斷路器,柴油發電機等等。

3.3 控制優勢

首先,越南達唐電站所處位置常年高溫,多雨,濕度80%以上,對于設備有著極其苛刻的要求,而西門子PLC適應在這樣的環境下長期運行。

其次,由于該電站裝機容量為60MW,在越南國內屬于較大電站,并且電站110kV出線連接該國的國家電網,因此對于電站的穩定的運行有著極高的要求,而S7-400冗余PLC可以有效的保證電站穩定運行。

最后,S7-400冗余PLC可以通過同步光纖快速同步主備用PLC,當其中任何一個CPU出現故障,或者任何一個遠程profibus接口出現問題的時候,都能快速切換至備用CPU或者備用遠程profibus接口,讓電站能夠達到不間斷的、高效的運行。

4 電站網絡拓撲結構

網絡結構主要采用星型主備冗余網絡,上層監控主機采用DELL雙網口高性能商務機,上層交換機采用武漢邁威網管型24口交換機MIEN6024,下層交換機采用武漢邁威8口MIEN6208,下層交換機通過網線和冗余CPU相連接。拓撲網絡結構如圖3所示。

圖3 拓撲網絡結構圖

由上述網絡拓撲圖清楚的看到,上位機全部通過主備以太網連接方式通過西門子專有OPC協議和下位機CPU相連接,保證了數據的可靠快速交換,實現對整個電站的有效監控。

5 S7編程軟件介紹

編程軟件具有以下幾個特點:1)包括了自動化項目中所有階段(從項目組態到調試,測試和服務)的功能;2)采用模塊化編程方式,把系統的各個工作編成一個個功能塊,便于用戶理解修改;3)可以使用任伺一種編程語言:語句表(STL),功能塊表(FBD),結構性控制語言(SCL)和梯形邏輯(LAD),用戶可以根據自己的習慣使用任何一種語言編程。

6 S7-400H調試過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,具體請見表1

表1

6.2 DP總線連接模塊IM152-3運行過程中出現的問題及處理

1)IM152-3模塊指示燈含義,具體見表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,檢測到外部錯誤(換言之,錯誤原因不在CPU模塊上),并且IM152-3模塊BF1指示燈不停閃爍。可能原因如下:a)訪問錯誤(進入狀態);b)模塊故障(SM、FM、CP);c)I/O讀訪問錯誤;d)I/O寫訪問錯誤。

經過程序CPU的診斷發現是由于觸摸屏設置訪問的I/0字的個數與實際不一致,即I/O讀訪問出現了錯誤,在觸摸屏上設置實際I/ O個數以后故障指示消除,為了防止今后斷電重啟還是出現如此情況,可以在程序里面設置好個數,一旦CPU重啟,可以把相應的數據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)運行一段時間以后,1#機組LCU的PLC所有IM152-3 總線模塊所有指示燈均不亮,出現此種情況以后,首先懷疑是電源消失,由

由于當天并不在現場,所以并不清楚具體產生的原因及當時的現象,通過之后從現場檢查情況來看,現場是24VDC供電,供電電壓一般比較穩定,當然也不能排除該原因,損壞當天并沒有雷擊,因此可以排除雷擊原因,當時懷疑最大原因可能是旁邊有電焊機使用的話,很有可能闖入大電流把模塊燒壞,作為應急處理,只能先從其他機組挪用幾組IM153-2模塊,此后一直沒有出現問題。雖然最后并不能確定是何種原因引起,不過我們卻可以從中吸取教訓,因此作為施工現場,有必要采取一些預防措施:

a)嚴格按照EMC要求布線,建立標準地線,用于控制系統(弱電)獨立接地,這樣可以有效的降低電磁干擾;

b)必要時加裝抗雷裝置,可大幅減少遭雷擊的風險;

c)要求操作人員嚴格按照規定程序操作;

d)改善運行環境等。

6.3 模擬量輸入模塊AI-BIT13運行過程中出現的問題及處理

該電站的模擬量輸入設計并沒有模擬量輸入的隔離模塊,現場模擬量輸入有兩線制和四線制混合使用,在運行過程中出現的幾種問題:

1)模擬量整個模塊數據均為0,監視程序相應地址全部顯示16進制8000,用萬用表測量電流信號正常,后經過仔細檢查發現是由于一個兩線制的模擬量有個電源端沒有接好,而干擾了整個模塊的正常工作,處理以后正常。

于DP總線模塊IM152-3單獨空開控制,查看空開,沒有跳閘,測量IM152-3模塊上的24V DC電源正常,此時只能懷疑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)強電磁干擾;b)雷擊;c)供電電壓波動;d)環境不符合要求;e)其他。

2)模擬量個別點數據沒有顯示,主要是兩線制模擬量,測量電流信號正常,監視程序原始數據顯示16進制8000,由此可以判斷該通道已經損壞,更換到備用點上以后正常,運行期間陸陸續續好幾個兩線制的點都出現同樣的情況,現場唯一的處理辦法只能更換到備用通道上,具體原因無法查詢,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,在今后的設計當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生。

6.4 關于在調試過程中LCU柜外部接線的一些感想

該電站設計的I/O點數比較多,I模塊基本設計在一個柜子當中,因此接線也會非常的多,由于內部本身設備已經占據很大一部分空間,當柜子和外部設備連線時,會感覺柜子比較窄,給調試、運行、檢修都造成了很大的不便,因此很有必要分成兩個甚至多個柜子,或者增大柜子的體積,雖然這樣可能會浪費一些成本或者需要作出一些非標準的東西。

7 結論

經上述分析,我們可以看到雖然S7-400H型PLC具有很強的可靠性、穩定性,但是電站是一個系統的工程,在我們選擇主要控制設備的時候,選擇可靠性強,功能強大的S7-400H型西門子PLC是必要的,但是整個的配套設計也要合理,不論是產品設計還是現場施工設計以及施工都要嚴格按照相關標準和規范,才能使整個電站運行更加可靠、高效、安全。

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

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

[3]廖常初。S7-300/400PLC應用技術[M]。北京:機械工業出版社,2008.

[4]郝朝陽,祝孝玲。西門子PLC在水電廠自動化系統LCU中的應用。山東泰開自動化有限公司,2008.

[5]李秋林。西門子S7-300PLC在普梯水電站綜合自動化中的應用。貴州省興義市水電開發公司,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