67第十四章T-XP分散控制系统

第十四章T-XP分散控制系统德国西门子（Siemens）公司的分散控制系统TELEPERM-XP简称T-XP，是专门为电厂开发设计的控制系统。T-XP在国内火电机组的应用较多。300/350MW机组主要有日照1～2号、阳城1～6号、阳泉二厂1～4号、华能福州3～4号、华能苏州1～2号、莱城1～4号、华能太仓1～2号、呼和浩特1～2号、准格尔1～2号、石嘴山1～4号、白鹤1～4号、兆光1～2号等；600MW/500MW机组主要有扬州二厂1～2号、邯峰1～2号、华能德州5～6号、台山1～5号、定州1～2号、河曲1～2号、宁海1～4号、滇东1～4号、岱海1～2号等。第一节T-XP的总体结构T-XP的总体结构如图14-1所示。T-XP也是纵向分层、横向分站的结构体系。图中：CRT为计算机显示器；OT为操作终端；ET为工程终端；DT为诊断终端；XU为网关；PU为处理单元；SU为服务单元；ES为工程师站；DS为诊断系统；AP为自动处理器；APT为用于汽轮机自动控制的处理器；PROFIBUS为PROFIBUS-DP现场总线；S5-AG为自治辅助I&C系统（如西门子SIENTIC产品）的专用接口模件；S5-E/A为可编程控制器（PLC）；FUM-B为功能模件（当控制系统集中布置时，过程变送器、传感器和执行器通过它接入系统）；SIM-B为信号模件（当控制系统分散布置时，选用此模件）；SIM-T为I/O模件(于APT相配)；PROFIBUS-DP为现场总线；PROFIBUS-PA为现场总线；DP/PA为现场总线通信转换器；ET200为远程I/O站；Electricactuators为电动执行器（现场总线执行器）；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。图中：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。⒉PROFIBUSDPPROFIBUSDP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/OSIM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、AS620BAS620B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、AS620FAS620F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、AS620TAS620T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