Ovation DCS控制系统取代莫迪康PLC控制器在ETS系统中的成功运用

黄庆龙

（大唐三门峡发电有限责任公司，河南三门峡472143）

1 引言

汽轮机危急跳闸系统(ETS系统)作为机组重要的保护系统，在机组跳闸回路中应设计为失电动作，同时系统本身要有防止误操作、保护误动的措施。我公司的莫迪康PLC控制器在设备硬件和保护配置方面已不满足《防止电力生产事故的二十五项重点要求》中的相关规定。

2 改造前的莫迪康PLC控制系统

2.1 系统概述

大唐三门峡发电有限责任公司4号机组原ETS控制系统为莫迪康PLC控制器，该套系统于2006年投入运行，整套系统集成了PLC双机热备控制器；I/O卡件；触摸屏上位机等配置，在2015年进行了整套系统的电源系统改造，将单配电源模块升级为西门子24VDC双电源切换电源系统。系统内配置有110VDC AST跳闸回路和机组各抽汽逆止门电源回路。

2.2 改造必要性分析

根据《防止电力生产事故的二十五项重点要求》9.4.8条、9.1.2条和9.4.3的要求，“汽轮机紧急跳闸系统跳机继电器应设计为失电动作，硬手操设备本身要有防止误操作、动作不可靠的措施，手动停机保护应具有独立于分散控制系统(或可编程逻辑控制器PLC)装置的硬跳闸控制回路”；“分散控制系统的控制器、系统电源、为I/O模件供电的直流电源、通讯网络等均采用完全独立的冗余配置，且具备无扰切换功能”；“所有重要的主、辅机保护都应采用“三取二”的逻辑判断方式，保护信号应遵循从取样点到输入模件全程相对独立的原则，确因系统原因测点数量不够，应有防保护误动措施。”

大唐三门峡发电有限责任公司的4号机组原ETS系统在保护配置和硬件组态方面均不满足技术规范的要求，存在较高的保护误动和拒动的风险，需进行全面系统升级。

3 Ovation DCS控制系统简介说明

3.1 Ovation控制系统优势

艾默生的Ovation控制器在电力系统的过程控制中功能性较为强大，控制器能够按需进行多任务、多系统兼容性的操作和执行等功能，适于执行关键程序控制任务。同时控制器能够实现完全的无扰切换。控制系统集成SOE系统（历史事件顺序），SOE记录下用户设定的数字量输入变化状态序列的分辨率为1/8毫秒。

同时，控制系统的控制器能够满足不同设备的冗余要求，Ovation控制器的冗余配置主要包括：网络接口；功能处理器、内存和网络控制器；处理器电源；I/O接口；输入电源；I/O电源；辅助电源；远程I/O等。

3.2 Ovation控制器说明

Ovation控制器硬件配置在兼容通讯和供电的底板上，安装有主控制器和后备控制器，冗余配置的24V电源分别为两个控制器供电，每个控制器包含两个模块，一个模块单元上配置有处理器、内存和网络端口；另一个模块单元上配置有本地和远方的Ovation和Q Line I/O接口、内部供电等。

每个控制器都执行同样的应用程序，但只有一个控制器能与I/O通讯并且运行在主控制模式下，备份的控制器运行在后备、组态和离线模式，这样的两种模式被称为“控制模式”和“后备模式”。

在控制模式下，主控制器为非冗余的处理器，它能直接对I/O进行读取、写入和执行数据采集、控制功能。此外，主控制器监视着“后备”控制器和网络的状态。同时，在后备模式下，后备控制器诊断和监视主控制器的状态，后备控制器维持控制所需的最新数据，并且通过Ovation网络获取所有控制处理器发出的信息，包括过程点数据、算法块的参数和变量点的属性等。

4 改造方案

4.1 ETS系统改造整体思路

原莫迪康的PLC控制系统改造为Ovation的DCS控制系统，该保护系统配置独立的电源模块、主备控制器、I/O卡件，主控制器运行期间副控制器备用，主副控制器实现无扰切换。机组的主保护信号进入到Ovation的ETS保护系统，在系统中执行相关逻辑运算，当各保护信号达到保护动作值时，将跳闸指令传输到AST动作指令单元，四块独立的AST继电器卡动作执行跳闸指令。同时，动作信号通过DO卡件最终输出到DCS系统用于后续的连锁动作逻辑和报警显示。

4.2 ETS系统硬接线的跳闸回路改造

原ETS保护跳闸硬接线回路中四个AST跳闸电磁阀回路电源为直流110VDC控制回路，AST1、AST3为一组，AST2、AST4为一组，保护主回路为失电动作。AST主回路通过跳闸中间继电器动作，中间继电器回路为24V控制回路，回路中包含手动打闸停机和PLC输出保护动作两部分。此回路存在的问题：24V电源一旦失去，手动打闸停机和PLC输出保护动作均将失效，造成机组将无法安全打闸。

改造后ETS系统直接驱动110VDC控制回路，手动打闸、ETS跳闸均增加到此回路，AST跳闸回路依然为两路110VDC独立供电，跳闸节点为110VDC ETS系统跳闸继电器的常开节点，机组正常运行时110VDC ETS系统跳闸继电器带电，则跳闸回路通，AST电磁阀得电；机组跳闸或ETS系统失电时，则跳闸回路断开，AST电磁阀失电跳机。

4.3 ETS系统改造主保护逻辑改造

ETS系统中所配置机组主保护有20项，分别为：EH油压低；润滑油压低；高压凝汽器真空低；低压凝汽器真空低；轴向位移大；轴承振动大；TSI超速；DEH超速；高排温度高；轴承温度高；手动打闸；发电机故障；MFT；透平压比低；就地打闸；主汽温突降；再热汽温突降；发电机主油开关断开；主油箱油位低；DEH失电。

ETS系统改造后，所有保护的信号均从取样点到输入模件全程相对独立，且输入至Ovation系统三路独立信号，在Ovation系统逻辑中完成“三取二”的逻辑判断输出，保证了信号和保护的可靠性。

4.4 系统试验改造

AST电磁阀活动试验、主机润滑油低试验、EH油压低试验、真空低试验等操作试验，在原ETS系统中，需要在莫迪康PLC的集成工程机中进行操作和监视，这种试验方式非常不利于运行人员和试验人员的监视和操作，且相关试验不进入DCS系统，无法进行试验时的相关数据的收集和分析。

利用这次ETS系统升级改造的机会，将AST电磁阀活动试验、主机润滑油低试验、EH油压低试验、真空低试验等操作试验的操作方式由ETS系统移至DCS系统，逻辑保护配置在ETS的Ovation系统中，保证了逻辑组态的可靠性的同时也使操作方式便捷和直观。

4.5 ETS系统改造后试验

新的Ovation系统硬件安装完成后，进行了一系列的系统测试，包含了系统建立后的功能；信息确认；I/O测试；网络、控制器冗余功能测试；各功能站测试、网络功能测试；上位机功能测试、机柜接地测试等。

5 改造后效果分析

现随着机组启动运行，ETS系统运行稳定，在系统稳定运行的情况下，先后进行了系统性能指标测试，各项系统指标均符合相关技术要求和规范。ETS系统改造后使机组稳定性和安全性得到大幅提升。