CN103760882A - 直流阀冷完备冗余试验装置控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种直流阀冷完备冗余试验装置控制系统，包括两套可编程逻辑控制器、四套输入/输出模块、采集测量系统、同步模块、冗余人机界面系统、冗余供配电系统。该直流阀冷完备冗余试验装置控制系统在硬件配置、系统供电、主设备控制、仪表监控、信号采集处理、人机接口、远程通讯、运行数据、参数定值、故障判断、延时报警等软硬件方面实现完备冗余配置；系统中各机电单元及传感器由PLC自动监控运行，并通过MP操作面板的友好界面实现人机的即时交流；系统的运行参数和报警信息条即时传输至主控制器，并可通过主控制器远程操控直流阀冷系统，实现阀泠系统与主机的无缝接合。
Description
技术领域
本发明涉及直流输电换流阀冷却系统控制系统，特别涉及一种完备冗余试验装置控制系统。
背景技术
直流阀冷控制系统是直流阀冷系统的核心设备，但目前各换流站直流阀冷控制系统完备冗余设计缺陷尤为突出，严重影响了直流阀冷系统的稳定运行，经济损失巨大，急需开展全面研究和系统整治，直流阀冷系统完备冗余试验装置工艺流程图如图1所示。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种直流输电换流阀冷却系统完备试验装置控制系统。
直流阀冷完备冗余试验装置控制系统包括：
（1）冗余可编程逻辑控制器：分别为可编程逻辑控制器A及可编程逻辑控制器B，用于协调及处理各种数据，并发出相应的指令；
（2）冗余输入/输出模块：共有四套输入/输出模块，所述输入/输出模块包括数字量输入模块A、B、C及D、数字量输出模块A、B、C及D、模拟量输入模块A、B、C及D、模拟量输出模块A、B、C及D，用于转送输入信号给可编程逻辑控制器及将可编程逻辑控制器的输出信号转送给对应的机电设备，所述数字量输入模块A及B、数字量输出模块A及B、模拟量输入模块A及B、模拟量输出模块A及B、可编程逻辑控制器A集合与控制柜A，所述数字量输入模块C及D、数字量输出模块C及D、模拟量输入模块C及D、模拟量输出模块C及D、可编程逻辑控制器B集合与控制柜B，所述四套输入/输出模块通过Profibus总线与可编程逻辑控制器A及可编程逻辑控制器B连接；
（3）采集测量系统：与输入/输出模块相连，用于在线采集信号，包括机电设备运行或故障信号及仪表测量信号，所述仪表均为四重化配置仪表；
（4）同步模块：用于冗余的可编程逻辑控制器之间的通信；
（5）冗余人机界面系统：两套人机界面系统分别与两套可编程逻辑控制器相连，用于显示采集测量系统实时参数及机电设备系统各机电设备的故障与运行状态，并能够接收操作人员操作指令控制各机电设备的运行，所述人机界面上设运行画面、参数设定、当前故障、历史记录等页面；
（6）冗余供配电系统：用于为动力设备提供交流动力电源及为控制设备提供直流控制电源，所述动力设备包括一用一备的主循环泵、原水泵、补水泵、电动阀、电磁阀、冷却塔风机、喷淋泵及双电源切换装置；冗余供配电系统有两路进线电源，所述交流动力电源取自400VⅠ段的1#进线电源与来自400VⅡ段的2#进线电源，所述一用一备的主循环泵、补水泵及加热器按冗余原则分别与1#进线电源和2#进线电源相连；所述双电源切换装置按冗余原则分别与1#进线电源和2#进线电源相连，所述一用一备的冷却塔风机、喷淋泵、原水泵、电动阀及电磁阀分别与双电源切换装置相连；所述控制设备包括两套可编程逻辑控制器、四套电源缓冲模块、四套输入/输出模块、四套信号转换模块及四重化配置仪表；所述直流控制电源取自直流室Ⅰ段的1#直流电源与来自直流室Ⅱ段的2#直流电源，两路进线电源分别由四组开关电源转换成四组24V直流电源后再通电源耦合模块耦合成四路24V直流电源分别为四套电源缓冲模块、四套输入/输出模块、四套信号转换模块及四重化配置仪表电源供电。
为了更好的实现本发明，所述数字量输入模块A及C组成模块对，数字量输入模块B及D组成模块对，所述四套数字量输入模块的同一通道所采集信号相同，内部采用或逻辑的信号处理模式，任一模块通道信号有效，阀冷系统则认为该信号有效，某一个数字量输入模块或通道故障不影响系统运行，同时系统能识别模块之间的差异并能发出相应故障报警；所述四套数字量输入模块电源分开设置，检修时断开任一一路直流电源时，不影响另外的数字量输入模块工作，两个模块对正常运行时为冗余互备，具备在线热插拔功能；四套数字量输入模块比现有直流阀冷系统两套数字量输入模块在数量上增加一倍，冗余度提高了一倍，降低了阀冷系统在数字量输入模块冗余度不够引起系统误动与拒动的机率；
所述数字量输出模块A及C组成模块对，数字量输出模块B及D组成模块对，所述四套数字量输出模块的同一通道所输出的信号相同，每个通道驱动一个继电器，然后将四个继电器的触点并联使用来控制动力设备的启/停，某一个数字量输出模块通道或者继电器故障不影响系统运行，同时系统能识别模块之间的差异并能发出相应故障报警；所述四套数字量输出模块电源分开设置，检修时断开任一一路直流电源时，不影响另外的数字量输出模块工作，两个模块对正常运行时为冗余互备，具备在线热插拔功能；四套数字量输出模块比现有直流阀冷系统两套数字量输出模块在数量上增加一倍，冗余度提高了一倍，同时四套模块每个模块驱动一个继电器比现有直流阀冷系统两个模块通道耦合后驱动一个继电器的方式在继电器的配置上冗余度提高4倍，大大降低了阀冷系统在数字量输出模块与继电器冗余度不够引起系统动力设备的误动与拒动的机率；
所述四套模拟量输入模块电源互相独立，四重化配置仪表信号由信号转换模块转换后并联接联两个模拟量输入模块的通道，某一个模块通道故障，另一块模块可继续工作，四重化配置的仪表仍继续正常工作，不影响其冗余配置；信号转换模块把仪表电源、输入信号进行隔离，可有效预防信号的干扰和电源接地对模块的影响；模拟量输入模块的四重化配置采集信号为电压型信号比现有直流阀冷系统的模拟量输入模块双重化配置采集信号为电流型信号的方式，模块的冗余度提高了一倍，可以有效改善阀冷系统因模拟量输入模块故障引起的系统拒动与误动，同时采集信号为电压型信号，支持模拟量输入模块在线更换功能，提高了阀冷系统的可操作性；
所述模拟量输出模块A及C组成模块对，数字量输入模块B及D组成模块对，正常工作时每个模块对各输出一半的电流信号，经过并联后叠加为阀冷系统动力设备所需的电流信号值，当模块对中的其中一个模块出现故障时，阀冷系统自动钝化故障模块，并且由未故障的模块提供阀冷系统动力设备所需的电流信号值，两个模块对所输出的电流信号经过信号转换模块转换成电压信号后并联驱动动力设备，四重化的模拟量输出模块配置，容许某一个模块或通道故障，支持模块的在线更换，提高了整个阀冷系统模拟量输出的冗余度及稳定性。
为了更好的实现本发明，所述四重化配置仪表之间电源相互独立，每个仪表信号均由信号转换模块转换成电压信号后并联接入一套模拟量输入模块，使得阀冷系统既可容许采集模块故障也可容许仪表本身或其电源故障，所述四重化配置仪表具有故障自检功能，当仪表本身故障时，直流阀冷控制系统将不使用该仪表值作为系统判断值并将相应仪表故障信号上传给上位机系统，四重化配置仪表比现有阀冷单一配置或双重化配置冗余度更高，使得阀冷系统仪表的配置更合理，仪表取值更加精准；所述四重化配置仪表逻辑采取四选二的逻辑，先对四重化配置仪表值大小进行排序，然后用排序后相邻仪表的大值减去小值，比较出其中差值最小的两个仪表作为四选二的后目标仪表，然后在两个目标仪表值中选取不利值作为直流阀冷系统报警判断依据。
本发明与现有技术相比，具有如下优点及有益效果：
直流阀冷完备冗余试验装置控制系统在硬件配置、系统供电、主设备控制、仪表监控、信号采集处理、人机接口、远程通讯、运行数据、参数定值、故障判断、延时报警等软硬件方面实现完备冗余配置；系统中各机电单元及传感器由PLC自动监控运行，并通过MP操作面板的友好界面实现人机的即时交流；系统的运行参数和报警信息条即时传输至主控制器，并可通过主控制器远程操控直流阀冷系统，实现阀泠系统与主机的无缝接合。
喷淋泵由完备冗余信号处理系统根据直流阀冷系统启/停控制其投/退运行。
冷却塔风机启/停根据进阀温度来控制，风机启动后风机的转速根据所设定的目标温度与实际的进阀温度来调节，完备冗余信号处理系统根据进阀温度与目标温度之间的偏差变化进行PID运算后，输出一模拟量给变频器，变频器根据此模拟量的增大/减少来升频/降频，从而达到调节风机转速改变系统散热器，精确控制进阀温度的目的。
补水泵具有手动与自动启/停功能，补水泵手动启/停可通过完全冗余人机界面上的按钮实现，自动启/停由完备冗余信号处理系统根据膨胀水箱液位实现，膨胀水箱液位达到停泵液位时自动停止补水泵。
加热器在进阀温度低于设定值时启动，由完备冗余信号处理系统控制，根据进阀温度的高/低决定加热器投/退的数量。
原水泵只有手动启/停功能，可通过完全冗余人机界面上的按钮实现。
电动阀门的开闭根据电动阀门设置的工作温度与进阀温度来控制，温度控制分为低温、中温、高温段，随着进阀温度处于不同的温度段而开关电动阀，从而使得进阀温度稳定。
电磁阀由完全冗余信号处理系统控制，根据膨胀水箱的压力而自动开关动作，使得膨胀水箱的压力恒定在一定的范围内，从而保护直流阀冷系统维持一定的静压。
附图说明
图1是直流阀冷系统试验装置示意图；
图2是直流阀冷完备冗余试验装置控制系统原理图；
图3是动力设备供配电示意图；
图4是控制设备供配电示意图；
图5是数字量输入模块信号开入示意图；
图6是数字量输出模块信号开出示意图；
图7是模拟量输入模块信号开入示意图；
图8是模拟量输出模块信号开出示意图；
图9是仪表信号开入示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明的实施方式作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
如图2所示，直流阀冷完备冗余试验装置控制系统包括：
（1）冗余可编程逻辑控制器：分别为可编程逻辑控制器A及可编程逻辑控制器B，用于协调及处理各种数据，并发出相应的指令；
（2）冗余输入/输出模块：共有四套输入/输出模块，所述输入/输出模块包括数字量输入模块A、B、C及D、数字量输出模块A、B、C及D、模拟量输入模块A、B、C及D、模拟量输出模块A、B、C及D，用于转送输入信号给可编程逻辑控制器及将可编程逻辑控制器的输出信号转送给对应的机电设备，所述数字量输入模块A及B、数字量输出模块A及B、模拟量输入模块A及B、模拟量输出模块A及B、可编程逻辑控制器A集合与控制柜A，所述数字量输入模块C及D、数字量输出模块C及D、模拟量输入模块C及D、模拟量输出模块C及D、可编程逻辑控制器B集合与控制柜B，所述四套输入/输出模块通过Profibus总线与可编程逻辑控制器A及可编程逻辑控制器B连接；
（3）采集测量系统：与输入/输出模块相连，用于在线采集信号，包括机电设备运行或故障信号及仪表测量信号，所述仪表均为四重化配置仪表；
（4）同步模块：用于冗余的可编程逻辑控制器之间的通信；
（5）冗余人机界面系统：两套人机界面系统分别与两套可编程逻辑控制器相连，用于显示采集测量系统实时参数及机电设备系统各机电设备的故障与运行状态，并能够接收操作人员操作指令控制各机电设备的运行，所述人机界面上设运行画面、参数设定、当前故障、历史记录等页面；
（6）冗余供配电系统：用于为动力设备提供交流动力电源及为控制设备提供直流控制电源，如图3所示，所述动力设备包括一用一备的主循环泵、原水泵、补水泵、电动阀、电磁阀、冷却塔风机、喷淋泵及双电源切换装置；冗余供配电系统有两路进线电源，所述交流动力电源取自400VⅠ段的1#进线电源与来自400VⅡ段的2#进线电源，所述一用一备的主循环泵、补水泵及加热器按冗余原则分别与1#进线电源和2#进线电源相连；所述双电源切换装置按冗余原则分别与1#进线电源和2#进线电源相连，所述一用一备的冷却塔风机、喷淋泵、原水泵、电动阀及电磁阀分别与双电源切换装置相连；如图4所示，所述控制设备包括两套可编程逻辑控制器、四套电源缓冲模块、四套输入/输出模块、四套信号转换模块及四重化配置仪表；所述直流控制电源取自直流室Ⅰ段的1#直流电源与来自直流室Ⅱ段的2#直流电源，两路进线电源分别由四组开关电源转换成四组24V直流电源后再通电源耦合模块耦合成四路24V直流电源分别为四套电源缓冲模块、四套输入/输出模块、四套信号转换模块及四重化配置仪表电源供电。
为了更好的实现本发明，如图5所示，所述数字量输入模块A及C组成模块对，数字量输入模块B及D组成模块对，所述四套数字量输入模块的同一通道所采集信号相同，内部采用或逻辑的信号处理模式，任一模块通道信号有效，阀冷系统则认为该信号有效，某一个数字量输入模块或通道故障不影响系统运行，同时系统能识别模块之间的差异并能发出相应故障报警；所述四套数字量输入模块电源分开设置，检修时断开任一一路直流电源时，不影响另外的数字量输入模块工作，两个模块对正常运行时为冗余互备，具备在线热插拔功能；四套数字量输入模块比现有直流阀冷系统两套数字量输入模块在数量上增加一倍，冗余度提高了一倍，降低了阀冷系统在数字量输入模块冗余度不够引起系统误动与拒动的机率；
如图6所示，所述数字量输出模块A及C组成模块对，数字量输出模块B及D组成模块对，所述四套数字量输出模块的同一通道所输出的信号相同，每个通道驱动一个继电器，然后将四个继电器的触点并联使用来控制动力设备的启/停，某一个数字量输出模块通道或者继电器故障不影响系统运行，同时系统能识别模块之间的差异并能发出相应故障报警；所述四套数字量输出模块电源分开设置，检修时断开任一一路直流电源时，不影响另外的数字量输出模块工作，两个模块对正常运行时为冗余互备，具备在线热插拔功能；四套数字量输出模块比现有直流阀冷系统两套数字量输出模块在数量上增加一倍，冗余度提高了一倍，同时四套模块每个模块驱动一个继电器比现有直流阀冷系统两个模块通道耦合后驱动一个继电器的方式在继电器的配置上冗余度提高4倍，大大降低了阀冷系统在数字量输出模块与继电器冗余度不够引起系统动力设备的误动与拒动的机率；
如图7所示，所述四套模拟量输入模块电源互相独立，四重化配置仪表信号由信号转换模块转换后并联接联两个模拟量输入模块的通道，某一个模块通道故障，另一块模块可继续工作，四重化配置的仪表仍继续正常工作，不影响其冗余配置；信号转换模块把仪表电源、输入信号进行隔离，可有效预防信号的干扰和电源接地对模块的影响；模拟量输入模块的四重化配置采集信号为电压型信号比现有直流阀冷系统的模拟量输入模块双重化配置采集信号为电流型信号的方式，模块的冗余度提高了一倍，可以有效改善阀冷系统因模拟量输入模块故障引起的系统拒动与误动，同时采集信号为电压型信号，支持模拟量输入模块在线更换功能，提高了阀冷系统的可操作性；
如图8所示，所述模拟量输出模块A及C组成模块对，数字量输入模块B及D组成模块对，正常工作时每个模块对各输出一半的电流信号，经过并联后叠加为阀冷系统动力设备所需的电流信号值，当模块对中的其中一个模块出现故障时，阀冷系统自动钝化故障模块，并且由未故障的模块提供阀冷系统动力设备所需的电流信号值，两个模块对所输出的电流信号经过信号转换模块转换成电压信号后并联驱动动力设备，四重化的模拟量输出模块配置，容许某一个模块或通道故障，支持模块的在线更换，提高了整个阀冷系统模拟量输出的冗余度及稳定性。
喷淋泵由冗余可编程逻辑控制器根据直流阀冷系统启/停控制其投/退运行。
冷却塔风机启/停根据进阀温度来控制，风机启动后风机的转速根据所设定的目标温度与实际的进阀温度来调节，冗余可编程逻辑控制器根据进阀温度与目标温度之间的偏差变化进行PID运算后，输出一模拟量给变频器，变频器根据此模拟量的增大/减少来升频/降频，从而达到调节风机转速改变系统散热器，精确控制进阀温度的目的。
补水泵具有手动与自动启/停功能，补水泵手动启/停可通过冗余人机界面上的按钮实现，自动启/停由冗余可编程逻辑控制器根据膨胀水箱液位实现，膨胀水箱液位达到停泵液位时自动停止补水泵。
加热器在进阀温度低于设定值时启动，由冗余可编程逻辑控制器控制，根据进阀温度的高/低决定加热器投/退的数量。
原水泵只有手动启/停功能，可通过冗余人机界面上的按钮实现。
电动阀门的开闭根据电动阀门设置的工作温度与进阀温度来控制，温度控制分为低温、中温、高温段，随着进阀温度处于不同的温度段而开关电动阀，从而使得进阀温度稳定。
电磁阀由冗余可编程逻辑控制器控制，根据膨胀水箱的压力而自动开关动作，使得膨胀水箱的压力恒定在一定的范围内，从而保护直流阀冷系统维持一定的静压。
为了更好的实现本发明，如图9所示，所述四重化配置仪表之间电源相互独立，每个仪表信号均由信号转换模块转换成电压信号后并联接入一套模拟量输入模块，使得阀冷系统既可容许采集模块故障也可容许仪表本身或其电源故障，所述四重化配置仪表具有故障自检功能，当仪表本身故障时，直流阀冷控制系统将不使用该仪表值作为系统判断值并将相应仪表故障信号上传给上位机系统，四重化配置仪表比现有阀冷单一配置或双重化配置冗余度更高，使得阀冷系统仪表的配置更合理，仪表取值更加精准；所述四重化配置仪表逻辑采取四选二的逻辑，先对四重化配置仪表值大小进行排序，然后用排序后相邻仪表的大值减去小值，比较出其中差值最小的两个仪表作为四选二的后目标仪表，然后在两个目标仪表值中选取不利值作为直流阀冷系统报警判断依据。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.直流阀冷完备冗余试验装置控制系统，其特征在于包括：
（1）冗余可编程逻辑控制器：分别为可编程逻辑控制器A及可编程逻辑控制器B，用于协调及处理各种数据，并发出相应的指令；
（2）冗余输入/输出模块：共有四套输入/输出模块，所述输入/输出模块包括数字量输入模块A、B、C及D、数字量输出模块A、B、C及D、模拟量输入模块A、B、C及D、模拟量输出模块A、B、C及D，用于转送输入信号给可编程逻辑控制器及将可编程逻辑控制器的输出信号转送给对应的机电设备，所述数字量输入模块A及B、数字量输出模块A及B、模拟量输入模块A及B、模拟量输出模块A及B、可编程逻辑控制器A集合与控制柜A，所述数字量输入模块C及D、数字量输出模块C及D、模拟量输入模块C及D、模拟量输出模块C及D、可编程逻辑控制器B集合与控制柜B，所述四套输入/输出模块通过Profibus总线与可编程逻辑控制器A及可编程逻辑控制器B连接；
（3）采集测量系统：与输入/输出模块相连，用于在线采集信号，包括机电设备运行或故障信号及仪表测量信号，所述仪表均为四重化配置仪表；
（4）同步模块：用于冗余的可编程逻辑控制器之间的通信；
（5）冗余人机界面系统：两套人机界面系统分别与两套可编程逻辑控制器相连，用于显示采集测量系统实时参数及机电设备系统各机电设备的故障与运行状态，并能够接收操作人员操作指令控制各机电设备的运行，所述人机界面上设运行画面、参数设定、当前故障、历史记录等页面；
（6）冗余供配电系统：用于为动力设备提供交流动力电源及为控制设备提供直流控制电源，所述动力设备包括一用一备的主循环泵、原水泵、补水泵、电动阀、电磁阀、冷却塔风机、喷淋泵及双电源切换装置；冗余供配电系统有两路进线电源，所述交流动力电源取自400VⅠ段的1#进线电源与来自400VⅡ段的2#进线电源，所述一用一备的主循环泵、补水泵及加热器按冗余原则分别与1#进线电源和2#进线电源相连；所述双电源切换装置按冗余原则分别与1#进线电源和2#进线电源相连，所述一用一备的冷却塔风机、喷淋泵、原水泵、电动阀及电磁阀分别与双电源切换装置相连；所述控制设备包括两套可编程逻辑控制器、四套电源缓冲模块、四套输入/输出模块、四套信号转换模块及四重化配置仪表；所述直流控制电源取自直流室Ⅰ段的1#直流电源与来自直流室Ⅱ段的2#直流电源，两路进线电源分别由四组开关电源转换成四组24V直流电源后再通电源耦合模块耦合成四路24V直流电源分别为四套电源缓冲模块、四套输入/输出模块、四套信号转换模块及四重化配置仪表电源供电。
2.根据权利要求1所述直流阀冷完备冗余试验装置控制系统，其特征在于：所述数字量输入模块A及C组成模块对，数字量输入模块B及D组成模块对，所述四套数字量输入模块的同一通道所采集信号相同，内部采用或逻辑的信号处理模式，任一模块通道信号有效，阀冷系统则认为该信号有效，某一个数字量输入模块或通道故障不影响系统运行，同时系统能识别模块之间的差异并能发出相应故障报警；所述两个模块对具备在线热插拔功能；
所述数字量输出模块A及C组成模块对，数字量输出模块B及D组成模块对，所述四套数字量输出模块的同一通道所输出的信号相同，每个通道驱动一个继电器，然后将四个继电器的触点并联使用来控制动力设备的启/停，某一个数字量输出模块通道或者继电器故障不影响系统运行，同时系统能识别模块之间的差异并能发出相应故障报警；所述两个模块对具备在线热插拔功能；
所述四套模拟量输入模块电源互相独立，四重化配置仪表信号由信号转换模块转换后并联接联两个模拟量输入模块的通道，
所述模拟量输出模块A及C组成模块对，数字量输入模块B及D组成模块对，正常工作时每个模块对各输出一半的电流信号，经过并联后叠加为阀冷系统动力设备所需的电流信号值，当模块对中的其中一个模块出现故障时，阀冷系统自动钝化故障模块，并且由未故障的模块提供阀冷系统动力设备所需的电流信号值，两个模块对所输出的电流信号经过信号转换模块转换成电压信号后并联驱动动力设备。
3.根据权利要求1所述直流阀冷完备冗余试验装置控制系统，其特征在于：所述四重化配置仪表信号均由信号转换模块转换成电压信号后并联接入一套模拟量输入模块，所述四重化配置仪表具有故障自检功能，所述四重化配置仪表逻辑采取四选二的逻辑，先对四重化配置仪表值大小进行排序，然后用排序后相邻仪表的大值减去小值，比较出其中差值最小的两个仪表作为四选二的后目标仪表，然后在两个目标仪表值中选取不利值作为直流阀冷系统报警判断依据。
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