浅谈西门子S7-400H型PLC在越南达唐水电的应用

华自科技股份有限公司售后服务中心 蒋晓明

浅谈西门子S7-400H型PLC在越南达唐水电的应用

华自科技股份有限公司售后服务中心 蒋晓明

本文主要论述西门子S7-400H冗余系列PLC在越南达唐电站综合自动化中的应用,以及在调试投运过程中碰到的一些问题的探讨。

S7-400H;综合自动化;问题

1 工程概述

越南达唐水电站(Ta Thang)位于越南北部老街省保胜县Gia Phu公社,Ta Thang村,Ngoi Bo河。离河内市西北方250公里,老街省南部25公里,常年高温,多雨,湿度80%以上。Ta Thang水电站有两个机组,单机装机容量为30MW,总装机60MW,年平均发电总量为270GWh。是按"无人值班、少人职守"的现代化运行方式设计建设的综合自动化水电站。越南达唐水电站计算机监控系统采用华自科技股份有限公司的MTC5.0水电站综合自动化系统,MTC5.0水电站综合自动化系统按分层分布开放式无人值班(少人值守)运行方式设计。核心控制部分采用西门子S7-400H冗余型PLC,使得整个电站运行更加可靠。

2 S7-400H冗余型PLC功能介绍

2.1 S7-400H冗余系统优势

采用控制器(CPU)冗余控制技术是提高控制系统可靠性的有效方法和主要措施。CPU冗余控制使得系统在运行时不受局部单一故障的影响,可实现在线维护;同时,故障部件离线修理时也不影响系统正常运行,从而可达到提高系统可靠性和降低失效率的目的。合理的冗余设计将大大提高系统的可靠性,有效避免由于控制系统出现故障而引起的停产或设备损坏造成的经济损失。因此,冗余控制技术的推广应用对提高控制系统的可靠性具有十分重要的意义。

图1 冗余配置图

2.2 S7-400H控制原理及结构

1)隐含的冗余功能,透明的编程,即编程与普通系统相同,程序下载后程序自动复制到备份的控制器中,下载时不需要考虑主、从控制器;所有SIMATIC-S7编程语言都适合,没有命令限制。

2)主从无扰动切换,切换时间<100ms,并且系统切换时输出保持,信息、报警及中断信息不会丢失;所有冗余功能由CPU处理不需要用户处理。

3)全面的自检测功能,启动时完全自检测,运行时后台自动运行检测过程,并且可以定义循环检测时间。

4)在线修改与普通系统相同,所有的修改将自动复制到备份的CPU中。

5)在运行状态下更换模块,在运行状态下可以随意插入或取下模块,包括中央I/O、CP、同步模块、冗余IM153-2、冗余电源。

2.3 S7-400H冗余通讯原理

发生故障通讯时可以通过冗余连接实现冗余通讯,冗余连接可以在以下情况实现:

1)从H站到其他的H站(一个或者两个通道);

2)HMI PCs(要求软件RED-CONNECT)。

图1为冗余配置图。

3 S7-400H的硬件配置及主要控制优势

3.1 硬件配置

电站主控制设备硬件配置方式,如图2所示。

图2 电站主控制设备硬件配置方式

3.2 控制对象

电站主要配置了机组LCU柜,开关站LCU柜,辅助设备LCU柜,其中机组LCU柜主要用于监视和控制机组的自动开停机流程,以及事故保护停机流程;开关站LCU柜主要用于监视和控制升压站隔离开关及断路器;辅助设备LCU柜主要用于监视和控制设备一些辅助设备,比如说空压气机、尝用变断路器,柴油发电机等等。

3.3 控制优势

首先,越南达唐电站所处位置常年高温,多雨,湿度80%以上,对于设备有着极其苛刻的要求,而西门子PLC适应在这样的环境下长期运行。

其次,由于该电站装机容量为60MW,在越南国内属于较大电站,并且电站110kV出线连接该国的国家电网,因此对于电站的稳定的运行有着极高的要求,而S7-400冗余PLC可以有效的保证电站稳定运行。

最后,S7-400冗余PLC可以通过同步光纤快速同步主备用PLC,当其中任何一个CPU出现故障,或者任何一个远程profibus接口出现问题的时候,都能快速切换至备用CPU或者备用远程profibus接口,让电站能够达到不间断的、高效的运行。

4 电站网络拓扑结构

网络结构主要采用星型主备冗余网络,上层监控主机采用DELL双网口高性能商务机,上层交换机采用武汉迈威网管型24口交换机MIEN6024,下层交换机采用武汉迈威8口MIEN6208,下层交换机通过网线和冗余CPU相连接。拓扑网络结构如图3所示。

图3 拓扑网络结构图

由上述网络拓扑图清楚的看到,上位机全部通过主备以太网连接方式通过西门子专有OPC协议和下位机CPU相连接,保证了数据的可靠快速交换,实现对整个电站的有效监控。

5 S7编程软件介绍

编程软件具有以下几个特点:1)包括了自动化项目中所有阶段(从项目组态到调试,测试和服务)的功能;2)采用模块化编程方式,把系统的各个工作编成一个个功能块,便于用户理解修改;3)可以使用任伺一种编程语言:语句表(STL),功能块表(FBD),结构性控制语言(SCL)和梯形逻辑(LAD),用户可以根据自己的习惯使用任何一种语言编程。

6 S7-400H调试过程中遇到的冗余故障及处理

6.1 CPU模块及电源模块LED指示灯含义,具体请见表1

表1

6.2 DP总线连接模块IM152-3运行过程中出现的问题及处理

1)IM152-3模块指示灯含义,具体见表2.

表2

2)S7-412-3H型PLC配置好硬件,下载以后CPU EXTF红色指示灯亮,检测到外部错误(换言之,错误原因不在CPU模块上),并且IM152-3模块BF1指示灯不停闪烁。可能原因如下:a)访问错误(进入状态);b)模块故障(SM、FM、CP);c)I/O读访问错误;d)I/O写访问错误。

经过程序CPU的诊断发现是由于触摸屏设置访问的I/0字的个数与实际不一致,即I/O读访问出现了错误,在触摸屏上设置实际I/ O个数以后故障指示消除,为了防止今后断电重启还是出现如此情况,可以在程序里面设置好个数,一旦CPU重启,可以把相应的数据传送到指定的寄存器。

3)IM152-3 SF指示灯为红色不停闪烁,主要是电源接触不正常,重新拧紧电源端子,重新送电以后故障消失。

4)运行一段时间以后,1#机组LCU的PLC所有IM152-3 总线模块所有指示灯均不亮,出现此种情况以后,首先怀疑是电源消失,由

由于当天并不在现场,所以并不清楚具体产生的原因及当时的现象,通过之后从现场检查情况来看,现场是24VDC供电,供电电压一般比较稳定,当然也不能排除该原因,损坏当天并没有雷击,因此可以排除雷击原因,当时怀疑最大原因可能是旁边有电焊机使用的话,很有可能闯入大电流把模块烧坏,作为应急处理,只能先从其他机组挪用几组IM153-2模块,此后一直没有出现问题。虽然最后并不能确定是何种原因引起,不过我们却可以从中吸取教训,因此作为施工现场,有必要采取一些预防措施:

a)严格按照EMC要求布线,建立标准地线,用于控制系统(弱电)独立接地,这样可以有效的降低电磁干扰;

b)必要时加装抗雷装置,可大幅减少遭雷击的风险;

c)要求操作人员严格按照规定程序操作;

d)改善运行环境等。

6.3 模拟量输入模块AI-BIT13运行过程中出现的问题及处理

该电站的模拟量输入设计并没有模拟量输入的隔离模块,现场模拟量输入有两线制和四线制混合使用,在运行过程中出现的几种问题:

1)模拟量整个模块数据均为0,监视程序相应地址全部显示16进制8000,用万用表测量电流信号正常,后经过仔细检查发现是由于一个两线制的模拟量有个电源端没有接好,而干扰了整个模块的正常工作,处理以后正常。

于DP总线模块IM152-3单独空开控制,查看空开,没有跳闸,测量IM152-3模块上的24V DC电源正常,此时只能怀疑IM152-3本身模块中的电源元件可能有损坏,引起IM152-3损坏的可能原因:a)强电磁干扰;b)雷击;c)供电电压波动;d)环境不符合要求;e)其他。

2)模拟量个别点数据没有显示,主要是两线制模拟量,测量电流信号正常,监视程序原始数据显示16进制8000,由此可以判断该通道已经损坏,更换到备用点上以后正常,运行期间陆陆续续好几个两线制的点都出现同样的情况,现场唯一的处理办法只能更换到备用通道上,具体原因无法查询,有可能是偶然电源接地或者其他情况引起。

鉴于以上两种情况,在今后的设计当中很有必要引入模拟量隔离模块,可以很大程度上减少此种情况的发生。

6.4 关于在调试过程中LCU柜外部接线的一些感想

该电站设计的I/O点数比较多,I模块基本设计在一个柜子当中,因此接线也会非常的多,由于内部本身设备已经占据很大一部分空间,当柜子和外部设备连线时,会感觉柜子比较窄,给调试、运行、检修都造成了很大的不便,因此很有必要分成两个甚至多个柜子,或者增大柜子的体积,虽然这样可能会浪费一些成本或者需要作出一些非标准的东西。

7 结论

经上述分析,我们可以看到虽然S7-400H型PLC具有很强的可靠性、稳定性,但是电站是一个系统的工程,在我们选择主要控制设备的时候,选择可靠性强,功能强大的S7-400H型西门子PLC是必要的,但是整个的配套设计也要合理,不论是产品设计还是现场施工设计以及施工都要严格按照相关标准和规范,才能使整个电站运行更加可靠、高效、安全。

[1]龚仲华。S7-200/300/400PLC应用技术:通用篇[M]。北京:人民邮电出版社,2007.

[2]龚仲华。S7-200/300/400PLC应用技术:提高篇[M]。北京:人民邮电出版社,2007.

[3]廖常初。S7-300/400PLC应用技术[M]。北京:机械工业出版社,2008.

[4]郝朝阳,祝孝玲。西门子PLC在水电厂自动化系统LCU中的应用。山东泰开自动化有限公司,2008.

[5]李秋林。西门子S7-300PLC在普梯水电站综合自动化中的应用。贵州省兴义市水电开发公司,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