第十四章TXP分散控制系统Word格式文档下载.docx
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SIMOCODE为驱动水泵或风机转动的执行机构;
DP/ASi为现场总线通信转换器;
Router为路由器。
图14-1的简化示意图如图14-2所示。
OM650为实现操作和监视的中央过程控制和信息处理系统;
AS620为实现过程自动控制的自动控制系统;
DS670为具有诊断功能的计算机系统;
ES680为实现系统组态和设计的系统;
SIMATICNET为工业以太网。
AS620是T-XP与过程的接口,它将OM650过程控制及管理系统所需信息从过程传送到操作及监视级,并把OM650所发出的命令传送给过程。
OM650过程控制和管理系统是功能强大的人机接口,它是对过程进行操作和监视的窗口。
ES680工程设计系统用来对T-XP所有的子系统进行组态。
组态的内容包括:
电厂设备的自动控制,过程控制及过程信息软件功能,包括子系统之间通信以及整个的硬件。
DS670诊断系统是提供信息和诊断功能的工具,它能作详细的系统状态评估和系统分析。
它显示所有自动化系统的故障报警,包括故障部件的信息。
在T-XP系统中,AS620、OM650、ES680、DS670子系统之间的通信任务由SIMATICNET来承担,它由终端总线(TerminalBus)和电厂总线(也称电厂总线)两部分组成,是一种符合国际标准的工业以太网。
第二节AS620自动控制系统
AS620自动控制系统不仅具有模拟量和数字量的数据采集、开环和闭环控制的功能,还具有与开环和闭环控制相关的保护功能。
从低级的自动控制任务直到厂级的自动化任务,机组的自启停均能通过经济合理配置的AS620系统来完成。
AS620自动控制系统还可以耦合SIMATICS5/S7仪表和控制系统,像空气压缩机、锅炉吹灰、化学水处理、输煤等外围的仪表和控制系统,如果采用西门子的SIMATIC产品,也可以接入到TELEPERM-XP系统。
接入的方法有两种:
一种是接到PROFIBUS-DP总线上,再经过TELEPERM-XP系统中的原有某一AP,连接到电厂总线上,AP的作用是在辅助系统部件和TELEPERM-XP系统部件(OM650和AS620)之间起数据格式转换和数据交换的功能;
第二种方法是辅助系统可以直接连接到电厂总线上。
这两种接入TELEPERM-XP系统的方法都要通过一个专用的接口模件S5-AG。
其他类别的系统,如果要接入TELEPERM-XP系统,则在接口的标准上要符合西门子的通信标准。
AS620自动控制系统的数据采集点具有很高的时间分辨率,达1ms,可组成SOE(事件顺序)系统,因而不需另配其他的SOE装置。
AS620自动化控制系统有三种类型:
AS620B型(基本型),适用于标准的自动控制;
AS620F型(故障安全型),适用于与安全任务有关的故障安全型自动控制(如锅炉保护、FSSS);
AS620T型(汽轮机型),适用于汽轮机的自动(快速)控制。
一、标准机柜
AS620的标准机柜如图14-3所示。
功能模件FUM集中地布置在有机柜总线的机柜内,每个机柜分几层支架(EU901/902),每层支架最多可安放19个功能模件FUM。
在一个机柜内,至多有6层支架,一般用4层。
各层支架具有供电单元、熔断器、机柜监视器和机柜连接部件。
所有的模件都允许带电插拔。
㈠柜内总线
在AS60B/F/T系统机柜中存在着机柜总线、PROFIBUSDP、PROFIBUSPA等几种总线。
⒈机柜总线
在AS620B系统中,机柜总线位于EU901机架背板上,该总线通过预置电缆将IM614接口模件与AP基架中的IM304相连,形成了AP与FUM-B之间通信的总线系统。
在AS620F系统中,机柜总线则位于EU910机架背板上,APF与FUM通过机柜总线相连,由于APF和FUM-F可安装在同一个EU910机架,机柜总线位于机架的总线底板上。
当FUM-F模件较多时,可通过接口模件lM641扩展机柜总线。
⒉PROFIBUSDP
PROFIBUSDP的传输速率为1.5Mb/s,可以用铜电缆也可用光纤电缆,通过这个总线可将远程I/O接到T-XP系统上。
⒊PROFIBUSPA总线
PROFIBUSPA专为过程自动化设计,它能够将PROFIBUS变送器和执行器连接到一根公共总线上,使用两根线就可以完成供电和数据通信,并能实现本质安全。
㈡自动处理器AP
自动控制系统AS620B和AS620F的核心是自动处理器AP。
它基于SIMATICS5系列的高性能CPU948/948R进行设计。
AP通过SINEC电厂总线连接T-XP过程控制系统的操作与监视级。
在AS620T系统中,需要一个特定的自动处理器APT(SIMADYND)来完成汽轮机的快速闭环控制功能。
自动处理器的硬件由安装在控制器基架(ZGl35U/155U)上的电源模件、CPU模件、SINEC网络接口模件及I/O接口模件等组成。
按照要求,AP可以组态成简单的单CPU自动处理器或一个高性能的双重冗余AP自动处理器。
AP的标准插槽如图14-4所示。
插入的模件有:
CPU948自动处理器;
IM611接口模件(连接故障-安全型自动处理器APF);
CPl430通信处理器(连接SINEC电厂总线);
IM324接口模件(冗余配置时耦合两个AP);
IM304接口模件(连接FUM-B模件);
IM308-B接口模件(连接SIM-B模件)。
㈢模件机架
⒈EU901机架
FUM模件安装在电子设备间的机柜内,通过机柜总线与自动处理器AP连接,它们被安装在一个EU901/EU902机架中,见图14-5。
FUM模件通过AP中的接口模件IM304和安装在机架EU901中的接口模件IM614与AP相连,一个IM304模件可最多连接4个机架,4个机架通过IM614串行接入系统,最后一块IM614模件与AP的最大长度限定在10m以内,以保证一个短的读写周期。
连接链中的最后一块IM614模件必须装有总线终端器。
⒉远程I/O
SIM模件安装在ET200M远程I/O站中,通过PROFIBUSDP总线与自动控制处理器AP相连。
它既可以集中安装在T-XP柜中,也可就地安装在靠近现场设备处。
ET200M单元由IM153模件与AP系统的IM308相连接。
⒊EU910机架
故障安全自动处理器APF经机柜总线与故障安全型的功能模件FUM-F相连。
APF、IM接口模件和FUM模块被安装在EU910机架中,如果需要的模件超过12块,则安装在EU911机架中。
EU910机架结构如图14-6所示。
模件插槽由ES680工程系统赋值和参数化,模件能自治地赋予它自己参数、模件事件引起的变化,系统能自动地赋予模件正确的参数而不需操作员的干预。
功能模件集中地布置在有机柜总线的机柜内,每个机柜有4层支架,每层支架可安放19个功能模件FUM,所有的模件都允许带电插拔。
二、AS620B
AS620B由两部分组成:
自动控制处理器AP;
功能模件FUM-B或信号模件SIM-B。
自动控制处理器AP是AS620B自动控制的核心,AP的硬件是SIMATIC中央单元,它用以完成开环控制、闭环控制和相关的保护等自动化功能。
它有一个内容丰富的电站专用软件—功能码的数据库,能自动生成AS620程序码,完成AS620B自动控制系统的组态。
AS620B用以连接过程设备,如变送器、传感器、执行机构。
连接过程设备的模件分为两个类型:
集中布置的功能模件FUM-B,FUM模件安装在机柜内,通过机柜总线(cabinetbus)与自动处理器AP相连;
分布式结构的信号模件SIM-B,SIM模件直接安装在现场设备附近的就地站中—远程I/O站,通过PROFIBUSDP总线与自动控制处理器AP相连。
AS620B自动控制系统可以灵活地采用集中式结构的FUM模件或分布式的SIM模件,也可以在同一AS620B系统中混合使用FUM和SIM。
AP可通过PROFIBUSDP与远程I/O站相连,也可通过DP/PD和DP/ASi与智能现场设备(现场总线变送器、现场总线执行器)相连。
T-XP的自动化结构如图14-7所示。
现场总线PROFIBUSDP、PROFIBUSPA和ASi扩大了T-XP的工程监视和诊断范围,图14-8和14-9是采用现场总线前后的对比图。
三、AS620F
AS620F称为故障安全系统,它由自动控制处理器AP、故障安全自动控制处理器APF和故障安全功能模件FUM-F所组成。
故障安全自动控制处理器APF通过电缆或光纤电缆连接到自动控制处理器AP上,经机柜总线与各故障安全型的功能模件FUM-F相连。
为了提高安全性,每个APF有两个处理器(CPU),这两个处理器同时运行,具有相同的程序和相同的时钟脉冲,又同时被二取二比较器所监控。
AP能处理组控制级非安全性的任务,具有安全性的任务由APF和FUM-F完成。
四、AS620T
AS620T由用于汽轮机自动控制的处理器APT和相关的外围模件SIM-T组成。
由于反应循环周期短,APT能够满足如汽轮机控制那样的快速闭环控制任务。
五、功能模件与信号模件
功能模件FUM和信号模件SIM都是直接连接生产过程的。
功能模件FUM用以完成各种控制功能,总是集中布置在控制室的机柜内;
而信号模件SIM是采集过程信号或输出位置指令(数字信号或模拟量信号),通常SIM是在现场中分散布置的。
功能模件FUM有基本型(FUM-B)和故障安全型(FUM-F)两种,信号模件SIM有基本型(SIM-B)和故障安全型(SIM-F)和汽轮机型(SIM-T)三种。
基本型功能模件(FUM-B)的基本任务是:
信号的采集、调整、处理、分配和监视,向变送器、传感器的供电;
自治的开环和闭环单项控制器;
时间特性是1ms的时间分辨率;
故障诊断高区分能力的监视;
模件插槽由ES680工程系统赋值和参数化,能自动地赋予模件正确的参数而不需要操作员的干预。
故障安全型功能模件(FUM-F)和基本型功能模件(FUM-B)结构相同,但FUM-F的故障安全型结构要求至少有两个通道和永久性的输入和输出自动检查。
有些信号还可以采用三取二的通道结构,在保证性能的前提下,提高模件级的可用率和可靠性。
信号模件SIM用于采集数字量或模拟量的过程信号和输出数字量或模拟量的位置控制指令。
信号模件SIM插在ET200分布式站内,每个站有一个接口模件,该模件将站通过PROFIBUSDP总线连接到AP上,而SIM模件就插入到总线上。
ET200分布式站的安装位置可根据生产现场的需要而选择,在就地或者在集控室的机柜内,都是允许的。
FUM设计基本特点:
①模件具有1ms时间分辨率、10ms开关量信号更新周期、50ms模拟量信号更新周期;
②从机柜总线到模件的冗余;
③模件的冗余度可灵活配置(0-100%);
④功能模件可以实现开关量和模拟量的驱动控制、开环控制和信号处理;
⑤模件的种类少;
⑥电厂专用的开环控制功能:
低压监视及手操器和指示器的硬接线接口;
⑦对电源及地的短路、电缆断裂、测量范围、插件插入状态及类型检查,机柜内I&
C监视;
⑧专用通道提供变送器电源。
SIM设计基本特点:
①采用SIMATIC标准产品;
②分布式配置,安排在现场转接盒中;
③接受高电压及电流(110V/220V);
④能接受脉冲信号;
⑤采用SIM时,信号处理由AP提供;
⑥1ms时间分辨率,开关量在AP中的更新周期为10ms。
T-XP的功能模件FUM如表14-1所示。
表中FUM210、FUM280、FUM230、FUM232、FUM360、FUM310、FUM330可配置成冗余模件。
㈠FUM-B
⒈FUM210
开关量信号处理模件FUM210。
28点开关量信号采集(28个单触点或14个切换(双)触点;
提供二进制变送器24VDC电源及熔断器;
可增加触点电压,减小触点负荷;
监视信号断线、对地短路、芯线短路;
可冗余配置。
开关量驱动装置控制模件FUM210。
一个模件可以控制:
5个或8个电动机;
5个或8个电磁阀;
4个或5个执行机构(单触点);
3个或4个步进控制电动执行机构;
3个切换开关(双触点)。
根据应用情况,该模件可提供以下功能:
驱动器反馈信号的采集,如限值开关、力矩开关或位置变送器等;
为开关报警而设置的可选择连接方式,如开关故障、电动机温度过高(驱动控制)、位置测试(连续操作驱动)、欠电压(连续操作驱动)等;
自动化系统和驱动器的监视功能,如模件故障、反馈触点和电缆的校验、状态偏差、运行时间等;
反馈触点的供电及信号处理(提供触点电压,减少触点负荷);
控制室小型操作盘的连接;
⒉FUM280
连续闭环控制模件FUM280。
它的功能为:
实现2路连续的闭环控制(控制算法在AP中);
闭环控制算法无论在有无干扰的情况下,均能实现P、PI、PD、PID控制;
反馈信号(限值开关)的采集和监视;
提供位置变送器的电源和熔断器及其监视;
输出限值信号;
输出0/4~20mA模拟量信号;
连接控制室小型操作盘;
⒊FUM230
模拟量信号处理模件FUM230。
16路变送器信号采集及(0/4~20mA,二线或四线制);
提供变送器24VDC电源及24VDC/120mA熔丝;
每个传感器可产生4个限值信号;
变送器电源的监视;
为HART变送器增加负荷;
可冗余配置;
软信号模拟。
⒋FUM232
热电偶及热电阻信号处理模件FUM232。
可采集28点热电偶信号或14点热电阻信号;
温差测量;
提供热电阻电源;
用参考点温度进行热电偶冷端温度补偿;
⒌FUM531
模拟量信号耦合I/O模件FUM531。
4路电隔离模拟输入(0~1V、0~10V、2~10V、±
1V、±
10V、0~1mA、0~20mA、4~20mA、±
1mA、±
20mA);
4路模拟输出(0~10V、2~10V、0~20mA、4~20mA)。
⒍FUM511
开关量信号耦合I/O模件FUM511。
16路电隔离开关量输入(8.5mA);
16路开关量输出(120mA)。
㈡FUM-F
⒈FUM-F360
故障安全型开环控制模件(FUM-F360)。
输出24路二进制信号(24V/120mA),通过耦合继电器驱动电磁阀、执行机构;
通过面板上的LED显示输出状态;
每个通道的循环输出监视;
具有多通道故障安全功能。
⒉FUM-F310
故障安全型开关量信号处理模件FUM-F310。
接受8路切换触点或16路单触点的输入信号;
通过抗短路和过载装置供给二进制变送器电源;
监视变送器输出触点和变送器线路;
通过面板插口进行信号仿真;
通过面板指示灯显示变送器的状态;
⒊FUM330
故障安全型模拟量信号处理模件FUM330。
4个变送器的信号采集(0/4~20mA,二线或四线连接);
提供4个变送器的24VDC电源及熔断器;
每个变送器可产生4个限值信号;
信号处理(比如取平方根);
监视变送器电源、越限、断线;
通过控制面板上的插口实现信号模拟;
⒋FUM531
故障安全型模拟量信号耦合I/O模件FUM531。
4路模拟输入(0~1V、0~10V、2~10V、±
⒌FUM511
故障安全型开关量信号耦合I/O模件FUM511。
16路开关量输入(8.5mA);
第三节0M650过程控制和信息系统
一、概述
OM意为操作(operating)和监视(monitoring),OM650过程控制和信息系统结构如图14-10所示。
OM650过程控制和信息系统的功能分散于处理单元/服务器单元(PU/SU)和输入/输出终端(操作终端OT)。
OT、PU、SU都是UNIX个人计算机,OT还有一个可连接4个彩色显示器的图形服务器和一个鼠标、键盘、打印机、硬拷贝机。
OM650中的OT、PU、SU所用的PC,均为工业控制用PC,可采用大屏幕显示器(2m×
1.5m)。
处理单元PU通过接口连接在电厂总线上,实现与各AS620自动控制系统的数据通信。
PU、SU和OT又都连接在终端总线上,可以相互通信。
两个硬件和软件相同的PU/SU对可构成二取一冗余配置。
二、PU、SU和OT任务
⑴处理单元PU(ProcessingUnit)。
保持现时值和状态的映像;
将所有的数据变化(事件)存入短期档案库存贮器;
综合二进制状态信息;
处理过程信息功能;
执行计算;
向操作终端提供动态信息(动态显示信息的输出和更新)。
⑵服务器单元SU(ServerUnit)。
保持经ES680组态存在中央数据库(INFORMIX)中的所有的数据描述,这些信息首先是用于人机接口MMI功能和记录功能;
带有兆级光盘(MOD)外部数据存贮器的长期档案库存贮器。
⑶操作终端OT(OperatingTerminals)。
工厂的所有显示都存贮在每一个操作终端OT的本机磁盘存贮器内,OT具有完整的人机接口(MMI)功能,它通过终端总线可访短期档案库存贮器和长期档案库存贮器,从而可进行工厂的任一操作和监视功能。
OT的概念是将PU/SU的处理功能从OT的显示功能中分离出来。
这样OT和PU/SU之间就没有固定的指定关系,而只有模拟量和数字量以及操作信息的交换。
如果有n台OT,它们是并行工作的,出现故障后,每一台OT都能取代另一台OT的功能。
三、画面显示
OM650以各种不同的显示来满足运行人员的监视要求。
根据电厂运行习惯,画面显示分电厂总貌、区总貌和子系统三级,如图14-11所示。
PlantOverview为电厂总貌;
Boilersystem为锅炉系统;
Turbinesystem为汽机系统;
Electricsystem为电气系统;
BMS为锅炉燃烧器管理系统;
Mainsteam为主蒸汽系统;
RHsteamsystem为再热蒸汽系统。
电厂总貌简要的显示整个机组的主设备状态及机组主要参数,同时,能收集并显示各区的总报警;
区总貌分别为锅炉、汽机、电气和燃烧器管理系统,分别显示锅炉、汽机、电气和燃烧器管理系统的总体工况;
子系统显示具体的子系统工艺流程、设备状态、各种参数,并且,可以对设备进行操作或功能选择。
电厂总貌和区总貌画面中只显示设备状态,不可以对设备进行操作(目前的设计)。
四、记录
记录功能包括OM组态记录、状态记录、顺序记录、ES组态记录、在线记录。
五、数据管理
PU中全部数据的短期存档(信号、状态、计算量存档)设计为环状存储的RAM结构,所有信号的存储容量为12小时,每隔20s存入长期存档库一次。
六、特性值
在OM650中,下列设备的特性值,即:
给水加热器、给水泵、锅炉、空气预热器,汽轮机、凝汽器,燃气轮机的热动力函数、热耗率,其计算结果存贮在短期档案数据库中,以曲线、棒状图、模拟量指示或记录形式表示,供运行人员监控参照。
第四节SINEC总线系统
过程控制系统的SINEC总线系统是实现仪表和控制部件之间的内部通信,以及和其他产品外部系统的通信,满足ISO/OSI模型7个功能层通信协议的体系结构。
SINEC总线系统由电厂总线和终端总线两部分所组成。
电厂总线是用于自动控制系统(AS620B,F,T)和OM650操作监视系统以及ES680工程系统的处理单元/服务器单元(PU/SU)之间的通信,终端总线用于OM650操作监视系统、ES680工程系统的处理单元/服务器单元(PU/SU)与操作终端(0T)之间的通信。
局域网(LAN)的SINECHI或SINECHIFO满足IEEE802.3标准CSMA/CD(载波侦听多路访问/冲突检测),以太网可用不同的传输介质,SINECHI为同轴电缆,SINECHIFO为光纤电缆,传输速率lOMb/s。
SINECHIFO(或SINECHI)开放式通信系统,通过转发器(Repeater)、网桥(Bridge)、路由器(Router)、网关(Gateway)可与广域网(WAN)连接。
二、结构和部件
SINECHIFO总线的结构见图14-12。
⒈星形耦合器(StarCoupler)
对于自动控制系统AS620,操作监视系统OM650和工程系统ES680的处理单元/服务器单元(PU/SU),操作终端(OT)是通过星形耦合器(StarCoupler)与SINECHIFO总线耦合的。
星形耦合器带有插入式接口模件,该接口模件可将光缆、同轴电缆、节点电缆连接到SINECHIFO总线上。
冗余的TELEPERM-XP部件通过两个分开的星形耦合器连接到总线系统上。
这样一个星形耦合器故障,不会影响到TELEPERM-XP部件的通信。
电厂总线为虚拟环网,其上有若干OSM模件。
OSM为接口模件,在OSM模件上有一组电子开关,如图14-13(a)所示。
当虚拟环网上所有部件均正常工作时,其中必有一块OSM模件的电子开关是打开的,使虚拟环网实际上成了总线网。
当虚拟环网上有一部件工作不正常形成开路时,该电子开关闭合形成新的形式的总线网,同时报警通知系统维护人员排除故障,实现了冗余总线的设计。
在故障情况下自动修复的电厂总线,如图14-13(b)所示。
终端总线的原理与电厂总线完全一样,仅其接口模件的数量及类型因其所挂用户不同而有所不同。
⒉通信处理器
所有连接到SINECHI/HIFO总线的T-XP部件的接口模件均有通信处理器。
⒊节点电缆
节点电缆用来连接T-XP部件通信处理器和光收发器或电收发器或直接连接到星形耦合器或接口放大器。
⒋电/光收发器
电收发器将一个或两个节点电缆连接到同轴电缆上。
在SINECHIFO总线上光收发器经光缆将节点电缆连接到星形耦合器上。
⒌接口放大器
接口放大器可将多至5个的T-XP部件连接到网络上,而不需要用总线电缆。
电收发器也能连接到以同
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- 第十四 TXP 分散 控制系统