容错设计在火电厂辅控系统的研究和应用
|
摘要
随着大型火电机组容量不断增大,机组控制的自动化水平也不断提高,大型机组的控制系统普遍采用分散控制系统。但辅助控制水平却比较低,各个分系统相对独立,阻碍了电厂自动化水平的发展。如何优化辅助车间的控制,提高辅控系统的可靠性已成为电厂急需解决的问题。
利用当前高度发展的计算机技术、控制技术和网络通信技术,采用先进的控制方式和网络结构,并把控制系统和信息系统紧密地结合起来,实现电厂辅助系统的现代化信息管理模式。辅助控制系统采用可编程控制器PLC控制,辅助控制系统通过通信网络接入辅控网,由单元机组值班人员在主控室集中监控。各辅助车间的控制系统互相连接形成控制网络在集中控制室进行监控,就地无人值班。
基于目前我国大型火力发电厂的辅控系统的现状,本文阐述了国内外辅控系统的最新研究和发展。详细论述了辅控系统的容错设计技术。其中辅控系统的容错逻辑设计技术和应用是容错控制系统中最为重要的部分。因此本文重点论述了如何在发电厂辅控系统中实现容错逻辑控制。然后讨论了冗余PLC和冗余工业以太网的特点以及在温州燃机电厂辅控项目中的应用。最后介绍了温州燃机电厂辅控系统的上位机画面设计与项目实施。
With the growth of capacity of large-scale therm power plant and the improvment of automation level of units, the distributed control system is commonly adopted. However, the auxiliary control system had hampered the automation of over-all power plant since its low level of automation. It has urgent need to improve auxiliary control system.
By using the high-developed computer, control and communication technologies and introducing the advanced control themes and networking frame, and combining the control system with the information system, it can realize the modern management of auxiliary system. The auxiliary system is controlled by PLC and accessed to the auxiliary networking through communication networking. The operator on duty can monitor and control all the auxiliary systems in the main control room without the operators in the field.
Based on the current status of auxiliary system, this paper presents the latest research and development of auxiliary system at home and abroad. It demonstrates the fault-tolerant design of auxiliary system in detail. The fault-tolerant technology is the most important part of auxiliary system. So this paper mainly discusss how to implement the fault-tolerant control in auxiliary system. Then the feature of the redundant PLC and redundant industrial Ethernet are discussed. And the practical applications are presented. Finally, the design of frames of upper computer is introduced.
利用当前高度发展的计算机技术、控制技术和网络通信技术,采用先进的控制方式和网络结构,并把控制系统和信息系统紧密地结合起来,实现电厂辅助系统的现代化信息管理模式。辅助控制系统采用可编程控制器PLC控制,辅助控制系统通过通信网络接入辅控网,由单元机组值班人员在主控室集中监控。各辅助车间的控制系统互相连接形成控制网络在集中控制室进行监控,就地无人值班。
基于目前我国大型火力发电厂的辅控系统的现状,本文阐述了国内外辅控系统的最新研究和发展。详细论述了辅控系统的容错设计技术。其中辅控系统的容错逻辑设计技术和应用是容错控制系统中最为重要的部分。因此本文重点论述了如何在发电厂辅控系统中实现容错逻辑控制。然后讨论了冗余PLC和冗余工业以太网的特点以及在温州燃机电厂辅控项目中的应用。最后介绍了温州燃机电厂辅控系统的上位机画面设计与项目实施。
With the growth of capacity of large-scale therm power plant and the improvment of automation level of units, the distributed control system is commonly adopted. However, the auxiliary control system had hampered the automation of over-all power plant since its low level of automation. It has urgent need to improve auxiliary control system.
By using the high-developed computer, control and communication technologies and introducing the advanced control themes and networking frame, and combining the control system with the information system, it can realize the modern management of auxiliary system. The auxiliary system is controlled by PLC and accessed to the auxiliary networking through communication networking. The operator on duty can monitor and control all the auxiliary systems in the main control room without the operators in the field.
Based on the current status of auxiliary system, this paper presents the latest research and development of auxiliary system at home and abroad. It demonstrates the fault-tolerant design of auxiliary system in detail. The fault-tolerant technology is the most important part of auxiliary system. So this paper mainly discusss how to implement the fault-tolerant control in auxiliary system. Then the feature of the redundant PLC and redundant industrial Ethernet are discussed. And the practical applications are presented. Finally, the design of frames of upper computer is introduced.
引文
1) 易晓东。辅助系统集中监控在鲤鱼江电厂的应用,湖南电力,2004,4：27-33。
2)刘恒川。辅控网在大型火电厂中的应用与优化,自动化仪表,2007,6：35-37。
3)李苑茹。电厂中的辅控网系统,中国新技术产品,2009(10)26-27。
4)张国华,赵成玉。辅控网在大型火电厂中的应用与分析,华北电力技术,2005,3：21-52
5)刘爱民。王滩发电厂全厂辅助车间辅控网系统设计,华北电力技术,2006,1 0：40-42。
6)朱北恒,尹峰,孙耘,孙长生。火电厂开关量控制系统的逻辑优化,中国电力,2007,(10)：60-62。
7) 闻新,张洪钺,周露.控制系统的故障诊断和容错控制[M].北京：机械工业出版
社.1998.
8) 朱北恒,尹峰,孙耘,孙长生。火电厂热控系统的容错设计,浙江电力,2007,(5)： 1-5。
9)于庆广。PLC控制系统双机热备及可靠性设计与实现,仪表技术与传感器,2004,4：22-24。
10)夏俊利。300MW火电机组辅助系统控制网络的组建,现代电力,2005(1)62-65
11)陈道禄。火电厂辅助设备控制的现状及对策,华中电力,2002,4：36-39。
12)许多。浅谈PLC的发展趋势,甘肃科技,2004,6：65-77。
13)沈经颖,李红兵。西门子57—PLC冗余系统在石油化工上的应用,中国高新技术企业技术论坛,：75-76。
14)孙锋,戴新发。一种容错服务器的同步机制,舰船电子工程,2007,5：141-168。
15.)唐忠。双机容错服务器解决方案的研究,大众科技,2008,(6)：65-67。
16.)王钰,陆惠丰。容错服务器在高速公路的设计应用,中国交通信息产业,2005,8：11 0-111。
17)冯炎,姚昌梁,王彩云。高速公路收费系统服务器容错技术研究,电脑知识与技术,2009,5,4869-4871
18)孙延永,刘美侠。提高PLC控制系统可靠性的措施,机电产品开发与创新,2008,5：134-136。
1 9)蔡方伟, 吴章维, 张文钢, 秦彤。PLC冗余技术在高可靠性控制系统中的应用, 电气传动,1999,3：47-50。
20)于斌, 刘宏伟, 崔刚, 杨孝宗。高可用双机容错服务器的研究与设计,计算机工程与设计,2006,27(9)：1524-1526。
21)武福生,徐应军。工业以太网在自动化领域中的发展应用,甘肃冶金,2008,30(4)：88-90。
22)王延年,寇国祥,赵莹。基于S7-400H PLC冗余系统的透平机转速控制,西安工程科技学院学报,2007,21(6)：835-839。
23) 薛凌燕,李正军。基于工业以太网和现场总线的集散控制系统,自动测量与控制,2007,26(1)： 62-63。
24) 宋少杰。西门子PLC冗余系统在化纤纺丝系统中的应用,纺织电气,2008,(3)：36-38。
25)任中华。西门子PLC-冗余系统在电厂中的应用,应用能源技术,2004,3：43-44。
26)郭浩翔,袁由光。一种三模冗余容错服务器的容错机制,舰船电子工程,2003,(1)：23-24。
27)孙锋,戴新发。一种容错服务器的同步机制,舰船电子工程,2007,(5)：141-144。
28)谢继旭。火力发电厂辅机程控PLC网络方案,四川电力技术,2004,(3)：92-93。
29)葛威,靖宇翔,葛晓鸣。浅谈如何提高火电厂热控系统的可靠性,华北电力技术,2008,(4)：48-51。
30)杨爱余,李玉峰。北海电厂辅助车间网络控制系统的组成及应用,广西电力,2006,(2)： 18-20。
31)吴永存。高度集中的辅控网在国华宁海电厂的实现,自动化博览,2007,(6)：70-72。
32)孙宾。火电厂辅助车间PLC网络控制系统,电力建设,2001,22(3)：24-26。
33) 曾华林。工业以太网在电厂辅控系统中的应用,湖南电力,2004,1(3)：93-95。
34)薛建中,马光宇。一种新型分散控制系统在联合循环电厂的应用,热力发电,2002(6)73-76
35)薛志斌。容错控制技术在电厂大型锅炉水位控制中的应用与分析,青海电力,1997(2)65-68
36)杨忠君,张鑫,赵孝伟,魏强,袁德成。新型DCS系统在电厂中的应用,沈阳化工学 院学报2005(2)158-160
37)赵磊(责任编辑)。容错服务器——热备份的新选择,网管员世界2005(11)33
38)田文阁,张赛梅,韦俊宝。火电厂辅助车间网络控制系统规划与实施,华北电力技术,2000(5)25-28
39)叶国满。基于工业以太网的发电厂集成分布式辅控系统的设计与实现,计算机控制、监测与管理,2006(3)83-85
40)戎占宇。火电厂辅控设备集中控制改造的研究,山西焦煤科技,2008(12)28-30
41)陈荣。关于电厂辅助车间控制系统方案的优化江西电力职业技术学院学报,2008(4)44-46
42)李丛红。大型火电厂辅助车间联网控制在兰溪发电厂的应用,浙江电力,2009年增刊,8-11
43)陈国强,杨忠军,陈斌,宗学军,袁德成,杨辉志。PCS7系统在发电厂中的应用,计算机与自动化,2003(2)117-118
44)赫斯曼工业网络.Industrial ETHERNET.2008.
45)王兆鹏。电厂辅助车间集中控制网在台山电厂设计中的应用,电力建设,2006(7)59-61
46)张庆吉,左启民。应用计算机技术实现火电厂辅助系统的监控,东北电力技术,2006(10)36-38
47)温阳东,祖伟,黄福林,江兵。集散系统冗余网络通讯可靠性与容错功能的研究与实现,电气自动化,1999(3)49-50
48)王永林,林中达。新一代冗余型PLC在发电厂中的应用,工业控制计算机,2006(7)20-22
49)何丽天,容错冗余网络适配器的实现,计算机工程与应用,1999(11)105-107
50) Alkalai L, Tai A T. Long-life Deep-space Applications [J]. IEEE Computer, 1998,31(4):37-38.
51) Tai A T. COTS-Based Fault Tolerance in Deep Space:Qualitative and Quantitative Analyses of A Bus Network Architecture[C]. Proceedings of the 4th IEEE international Symposium on High Assurance System Engineering.1999:97-104.
52) D. K. Pradhan. Fault-Tolerant Computer System Design [M]. Prentice-Hall Inc,1995
53) Software Redundancy for SIMATIC S7-300and S7-400.Siemens Inc,2003,.
54) Rockwell Automation. Control Logix redundancy system [M].2001.
55) Rockwell Automation. Optimizing a Control Logix redundancy system.2001.
56) Farrell J. Using learning techniques to accommodate unanticipated faults [J]. IEEE Control System Magazine.1993 (3):40-49.
57) Wang, H., Wang, Y. Neural-network based fault-tolerant control of unknown nonlinear system [J]. IEEE Proc. Control Theory,1999,46(5):389-398.
2)刘恒川。辅控网在大型火电厂中的应用与优化,自动化仪表,2007,6：35-37。
3)李苑茹。电厂中的辅控网系统,中国新技术产品,2009(10)26-27。
4)张国华,赵成玉。辅控网在大型火电厂中的应用与分析,华北电力技术,2005,3：21-52
5)刘爱民。王滩发电厂全厂辅助车间辅控网系统设计,华北电力技术,2006,1 0：40-42。
6)朱北恒,尹峰,孙耘,孙长生。火电厂开关量控制系统的逻辑优化,中国电力,2007,(10)：60-62。
7) 闻新,张洪钺,周露.控制系统的故障诊断和容错控制[M].北京：机械工业出版
社.1998.
8) 朱北恒,尹峰,孙耘,孙长生。火电厂热控系统的容错设计,浙江电力,2007,(5)： 1-5。
9)于庆广。PLC控制系统双机热备及可靠性设计与实现,仪表技术与传感器,2004,4：22-24。
10)夏俊利。300MW火电机组辅助系统控制网络的组建,现代电力,2005(1)62-65
11)陈道禄。火电厂辅助设备控制的现状及对策,华中电力,2002,4：36-39。
12)许多。浅谈PLC的发展趋势,甘肃科技,2004,6：65-77。
13)沈经颖,李红兵。西门子57—PLC冗余系统在石油化工上的应用,中国高新技术企业技术论坛,：75-76。
14)孙锋,戴新发。一种容错服务器的同步机制,舰船电子工程,2007,5：141-168。
15.)唐忠。双机容错服务器解决方案的研究,大众科技,2008,(6)：65-67。
16.)王钰,陆惠丰。容错服务器在高速公路的设计应用,中国交通信息产业,2005,8：11 0-111。
17)冯炎,姚昌梁,王彩云。高速公路收费系统服务器容错技术研究,电脑知识与技术,2009,5,4869-4871
18)孙延永,刘美侠。提高PLC控制系统可靠性的措施,机电产品开发与创新,2008,5：134-136。
1 9)蔡方伟, 吴章维, 张文钢, 秦彤。PLC冗余技术在高可靠性控制系统中的应用, 电气传动,1999,3：47-50。
20)于斌, 刘宏伟, 崔刚, 杨孝宗。高可用双机容错服务器的研究与设计,计算机工程与设计,2006,27(9)：1524-1526。
21)武福生,徐应军。工业以太网在自动化领域中的发展应用,甘肃冶金,2008,30(4)：88-90。
22)王延年,寇国祥,赵莹。基于S7-400H PLC冗余系统的透平机转速控制,西安工程科技学院学报,2007,21(6)：835-839。
23) 薛凌燕,李正军。基于工业以太网和现场总线的集散控制系统,自动测量与控制,2007,26(1)： 62-63。
24) 宋少杰。西门子PLC冗余系统在化纤纺丝系统中的应用,纺织电气,2008,(3)：36-38。
25)任中华。西门子PLC-冗余系统在电厂中的应用,应用能源技术,2004,3：43-44。
26)郭浩翔,袁由光。一种三模冗余容错服务器的容错机制,舰船电子工程,2003,(1)：23-24。
27)孙锋,戴新发。一种容错服务器的同步机制,舰船电子工程,2007,(5)：141-144。
28)谢继旭。火力发电厂辅机程控PLC网络方案,四川电力技术,2004,(3)：92-93。
29)葛威,靖宇翔,葛晓鸣。浅谈如何提高火电厂热控系统的可靠性,华北电力技术,2008,(4)：48-51。
30)杨爱余,李玉峰。北海电厂辅助车间网络控制系统的组成及应用,广西电力,2006,(2)： 18-20。
31)吴永存。高度集中的辅控网在国华宁海电厂的实现,自动化博览,2007,(6)：70-72。
32)孙宾。火电厂辅助车间PLC网络控制系统,电力建设,2001,22(3)：24-26。
33) 曾华林。工业以太网在电厂辅控系统中的应用,湖南电力,2004,1(3)：93-95。
34)薛建中,马光宇。一种新型分散控制系统在联合循环电厂的应用,热力发电,2002(6)73-76
35)薛志斌。容错控制技术在电厂大型锅炉水位控制中的应用与分析,青海电力,1997(2)65-68
36)杨忠君,张鑫,赵孝伟,魏强,袁德成。新型DCS系统在电厂中的应用,沈阳化工学 院学报2005(2)158-160
37)赵磊(责任编辑)。容错服务器——热备份的新选择,网管员世界2005(11)33
38)田文阁,张赛梅,韦俊宝。火电厂辅助车间网络控制系统规划与实施,华北电力技术,2000(5)25-28
39)叶国满。基于工业以太网的发电厂集成分布式辅控系统的设计与实现,计算机控制、监测与管理,2006(3)83-85
40)戎占宇。火电厂辅控设备集中控制改造的研究,山西焦煤科技,2008(12)28-30
41)陈荣。关于电厂辅助车间控制系统方案的优化江西电力职业技术学院学报,2008(4)44-46
42)李丛红。大型火电厂辅助车间联网控制在兰溪发电厂的应用,浙江电力,2009年增刊,8-11
43)陈国强,杨忠军,陈斌,宗学军,袁德成,杨辉志。PCS7系统在发电厂中的应用,计算机与自动化,2003(2)117-118
44)赫斯曼工业网络.Industrial ETHERNET.2008.
45)王兆鹏。电厂辅助车间集中控制网在台山电厂设计中的应用,电力建设,2006(7)59-61
46)张庆吉,左启民。应用计算机技术实现火电厂辅助系统的监控,东北电力技术,2006(10)36-38
47)温阳东,祖伟,黄福林,江兵。集散系统冗余网络通讯可靠性与容错功能的研究与实现,电气自动化,1999(3)49-50
48)王永林,林中达。新一代冗余型PLC在发电厂中的应用,工业控制计算机,2006(7)20-22
49)何丽天,容错冗余网络适配器的实现,计算机工程与应用,1999(11)105-107
50) Alkalai L, Tai A T. Long-life Deep-space Applications [J]. IEEE Computer, 1998,31(4):37-38.
51) Tai A T. COTS-Based Fault Tolerance in Deep Space:Qualitative and Quantitative Analyses of A Bus Network Architecture[C]. Proceedings of the 4th IEEE international Symposium on High Assurance System Engineering.1999:97-104.
52) D. K. Pradhan. Fault-Tolerant Computer System Design [M]. Prentice-Hall Inc,1995
53) Software Redundancy for SIMATIC S7-300and S7-400.Siemens Inc,2003,.
54) Rockwell Automation. Control Logix redundancy system [M].2001.
55) Rockwell Automation. Optimizing a Control Logix redundancy system.2001.
56) Farrell J. Using learning techniques to accommodate unanticipated faults [J]. IEEE Control System Magazine.1993 (3):40-49.
57) Wang, H., Wang, Y. Neural-network based fault-tolerant control of unknown nonlinear system [J]. IEEE Proc. Control Theory,1999,46(5):389-398.