LCU控制流程故障处理讲义.doc

LCU控制流程及故障处理
肖冬梅

一、 计算机监控系统介绍

万安水电厂计算机监控系统采用分层分布式、开放式结构，大致可分主控层、网络层和现地控制单元层，主控层与现地控制单元层通过网络组成监控系统局域网。其中现在控制单元层共有7个现地控单元组成，现地控制单元的核心部分选用了美国GE Fanuc提供GE90-70型PLC，每个现地控制单元分别由工控机和PLC组成，通过PLC来实现对全厂设备的控制和数据采集，而工控机实现PLC与上位机系统所有数据的上送和下发。主控层由数台上位机组成，采用了国电南瑞自控的NC2000应用软件，分别安装在Windows、Linux、UNIX操作系统，以适应不同用户的需要，值班员一般通过主控层的上位机系统中的计算机（操作员工作站）来监视全厂的设备运行参数和实现全厂设备的远方控制。
计算机监控系统的主要功能有：
1、设备状态监视：整个系统通过现地控制单元层中PLC的模件采集现场设备的开关量信号、温度量信号、模拟量信号，经工控机将数据广播局域网的各台计算机中，值班员通过点击上位机中不同的画面，就可以监视将设备实时的运行状态和运行参数。
2、远方操作：我厂计算机监控系统通过上位机实现机组开、停机及事故停机操作、负荷的调整、重要辅助设备进行远方单步操作等，如在上位机开机、启停油压装置油泵、启停排水泵等，值班员只需点击相关画面中的操作按钮，将上位机的控制命令下发至相应的LCU装置，当PLC接收到上位的控制命令后，调用相应的控制程序，来实现对设备的远方操作。
3、数据管理和处理：监控系统数据库有实时数据库和历史数据库。实时数据库负责上位机各画面参数显示，各种实时数据的管理；历史数据库负责上送的数据，产生相应的记录文件及报表，记录下该信号发生的时间和中文描述名称，做为历史文件存放在硬盘中，为数据查询、事件的分析提供了准确的依据。
4、辅助功能
报警：上位机报警可分为语音报警、登录报警、光字画面、简报信息，提醒值守人员对设备加强监视和采取必要的措施。
报表：上位机可根据机组各接点上送的数据生产不的报表，以反应某一时刻设备的运行参数如日报表、月报表、年报表。
历史数据查询：上位机的主机有专门历史数据生成和保存功能。在硬盘上专门区域为历史数据保存区域，按其容量的大小可保存的历史数据的周期不一样，一般能保存数据以上。
5、高级应用功能：
1） 与厂站MIS系统通讯，实现机组运行数据共享。计算机监控系统上位机的通讯机接收到各接点广播数据后，将数据压缩成文件包的形式传送给MIS服务器，再通过MIS系统的画面或报表显示。
2） 与中调的EMS系统通讯，目前我厂与中调通讯已采用专门的光纤通道进行通过。计算机监控系统不仅能反应我厂主要设备的运行信息传给中调，还可以接受中调方的控制命令，实现机组的远方开停机和负荷调整。
3）AGC功能：AGC（自动发电控制）是指按给定的条件和要求，经迅速、经济的方式自动控制电厂的机组启、停或负荷调整，来满足系统需要的一项技术。我厂的AGC系统通过专用光纤通道与中调的EMS系统相联，通讯协议采用104规约，负荷分配原则按等微增率法则进行分配。
4）AVC功能：AVC（自动电压控制）是指经以保证当前母线电压在正常范围内运行为原则，按规定的比例调整连接在母线上的机组的无功功率，以确保系统的稳定运行。
5）培训功能：在上位机系统中，工程师站作为维护人员和操作人员培训专用，并可通过该接点对整个系统进行维护和缺陷处理，当系统出现异常时，维护人员可在不影响值班人员监视设备的情况下进行工作。
二、LCU硬件配置与软件配置
现地控制单元LCU由工控机和PLC组成，其中工控机的作用是通过串口与PLC通讯并将获得的数据广播到网络中的各个接点，还同时接收上位机下达的指令并传送给PLC，它能独立于上位机单独运行，即当上位机异常时可通过工控机实现对机组及所有辅助设备的监视与操作。
1、 PLC的硬件结构：GE 90-70PLC采用机架模件式结构,PLC的各组成部分以单独的模件形式出现,各种模件安装在标准的机架上,我厂的PLC主要由以下模块构成：

电源 CPU 总线 通讯 开关量 开关量 开关量 开关量 开关量 模拟量
控制 模件 输入 输入 输入 输出 输出 输入

2、PLC的应用软件：PLC的软件由系统软件和应用软件两部分组成，而系统软件一般由厂家提供，对用户是不公开。作为PLC的使用者，应用软件设计与编程是用户来提供和完成。
PLC的应用软件由一个主程序块main和若干个子程序块组成，正常情况下PLC内的程序是在不断地循环扫描的，并有watchdog监视，一旦运行中断就由watchdog动作将PLC置于“死机”状态，必须处理后才能继续运行。
PLC中各子程序块的功能：
MAIN：主程序，在主程序中设置不同时任务管理和任务标志，不断扫描后调用PLC中不的子程序，一些定时任务也在该程序控制，如开入量、模入量的定时扫描由主程序中的定时器来控制程序的执行；
INIT：初始化模块，在PLC初次上电的调用该程序，实现内部数据、寄存单元、定时单元、开入开出数据表等有初次上电时都必须初始化，获得CPU的初始设置数据；
TIME：实时时钟模块，为实现以太网中各接点的时钟同步，各接点每10分钟接收一次GPS的对时操作，一般PLC的时、分信号接收GPS信号，而秒和毫秒由PLC内部产生，为此有的PLC还配置了专门的时钟模件来产生秒和毫秒信号。PLC内部定时器由该程序产生；
VERIFY：自诊断模块，PLC在上电后每一次程序扫描开始之前，都要进行系统自检。主要有硬件设备的故障检测、存储器测试、CPU测试、系统软件的校验和总线的动态检测，如出现异常，PLC将做出相应处理后停止运行，若自诊断正常则执行程序的扫描；
Commun、RECV、SEND：通讯程序，PLC与上位机的联系就是通过这组通讯程序，其中Commun是通讯管理程序，RECV是接收子程序，SEND是发送子程序；上位机的控制命令通过PLC的驱动程序写入RECV下行信文区，并通过程序扫描读取指示同时解释指令，调用相应程序，实现控制目的；PLC的各模件将现场设备的各信息转换成相应码值，CPU读入数据表中，由SEND子程序写入PLC的上行信文区，PLC的驱动程序读出数据并在网络上广播，供上位机各画面显示、报警
OUTPUT：开出管理，PLC的开出模件通过开出继电器与外围设备相联，开出是脉冲形式还时保持形式以及开出的点号由该程序来控制完成；
PID：负荷PID调节程序；水轮发电机并网运行后其所发出的有功功率和无功功率是随电网中潮流变化而变化的，当机组AGC功能投入时，每台机组接收中调下发的负荷并由PLC驱动程序写入PLC内存中，PID子程序以接收的负荷值为目标值，与当前的实际负荷相比较，计算出调整有功功率和无功功率的脉冲个数和脉冲宽度，当水轮机调速器接收到有功功率调节的脉冲信号后来调节导叶开度，以实现机组有功功率的调节，当励磁调节器接收到无功功率调节调节的脉冲信号后来调节发电机的励磁电流，以实现机组无功功率的调节。
STATUS：机组及综合状态程序；PLC将机组、出口断路器、出口刀闸在运行中能出现的状态通过该程序分别置上不同的标致，作为一些控制流程的入口，如机组有停机态时不执行机组停机命令，机组在不定态时，不执行任何控制命令等。
SC-CTRL：顺序控制子程序；PLC的应用程序中至关重要的一部分的机组的顺序控制，程序按设定的顺序执行，当程序中的条件不能满足控制要求时程序就退出并置标志和告警，提示操作人员是哪个条件不满足。以便及时恢复。该程序中有停机到空载、停机至发电、发电至空载、发电至停机以及机组紧急停机顺控程序，它根据上位机下发不同的命令代码来调用不同的控制程序。
CTRL-ST：控制流程标志子程序；上位机在数据库中将所有的控制命令定义成不同的代码，操作人员通过点击画面中的不同按钮将相应的控制命令下发到PLC中，该程序就是接收到上位机的控制令指定程序的入口，来实现正确的操作；
CTRL-AM：控制流程过程报警子程序；所有的控制正常结束或异常退出，由该程序组织生产报文信息，让操作人员掌握程序执行的情况。
INTCTRL：内部自动流程控制子程序；水轮发电机的辅助设备有机组油压装置、机组顶盖排水装置、机坑漏油泵、机组技术供水部分，PLC上述辅助设备均采用自动流程自动控制，所有的辅助设备均根据PLC采集的信号来实现设备的自动启停和定期倒换，值班人员只在上位机监视上述系统的实时参数，判断设备是否处于正常状态，无需人为干预设备的运行。
三、计算机监控系统的运行情况
计算机监控系统自2005年12月升级为目前的NC2000计算机监控系统后已经运行了三年，通过对这几年的运行缺陷进行分析，我认为主要有以下几个方面：
1、 应用软件方面：这类型的缺陷一方面是由于厂家提供的程序本身存在漏洞，但由于投运时的试验条件不可能及时发现，随着时间的推移，运行环境的不断变化等多种因素综合在一起就有可能使之运行不正常。这种缺陷的的解决办法主要联系厂家，由于厂家人员分析原因，修改程序以达到完美系统功能消除缺陷，如在升级初期，工控机经常会出现自动切换，这个就是由于工控机中的系统任务运行占有内存过大，工控机运行中的进程有时会因内存不足而丢失；另一方面是由于用户设计程序时考虑不周全，或在投入程序就存在缺陷，但由于试验条件的限制并没有暴露出来，投入运行后由于运行的实际情况可能比程序设计时预想的复杂，在遇到程序中没有处理到的情况，程序就会出错或引起外设的不正常运行，这类缺陷的处理办法，就是依据设备实际的运行条件，修改程序，并尽可能地模拟到运行中会发现的运行工况，以充分检查程序的正确性。如PLC中的油压装置与顶盖排水自动流程，投运时的程序就没有考虑到油泵或水泵在运行时当热继电器动作、动力电源突然消失、或人工干预等情况都会使正在运行的水泵或油泵停止运行，此时PLC因无任何标志位而使程序中的标志不能清除，这样当油压和水压再次满足启泵条件时会引上次启动后的标没有及时复位而无法启动泵，最后我们根据实际条件对油压装置自动流程和顶盖排水自动流程，通过这几年的运行证明，彻底解决了这一方面的缺陷；还有如上位机画面显示方面的缺陷，主要是由于画面投入运行前，对其动态链接无法做到一一试验，只能在日常的运行中来进一步验证，主要是参数连点不正确、或动态链接参数设置不合适等
2、 网络方面：这种类型的缺陷主要是偶发性的，检查和处理起来难度较大。如曾出现过有的机组开机后调节使能不能自动投入，我们检查程序并没有错误，后来通过分析历史记录和网络任务发现，由于机组调节使能是通过gedrvam进程来完成，而gedrvam进程同时还担任了网络对时功能，当这两个任务执行时间相重合时，只能执行其中的一个任务，而对时功能没有执行，是无法发现的，但机组的调节使能不能投入就直接影响了机组首次并网后的功率调节，运行人员也能及时发现，解决这一问题就的在流程中增加投调节使能的次数，以避免与系统对时任务重时执行的情况。
3、 PLC本身硬件故障：这方面的缺陷主要是指由于PLC的模件故障引发的，可根据缺陷的现象、现场检查和历史记录综合分析，确定PLC的故障模件。要确定PLC硬件有故障，首先要十分熟悉各模件在整个系统中所起到的作用，其工作的方式，具体的连接等。目前PLC运行中出现故障的模件主要有电源模件故障、CPU模件故障、开入与开出模件、模拟量输入模件、中断量扩展模件故障。其中电源模件故障，表现出的现象是相对应的负载无法正常工作，如模件电源故障，PLC的电源模件有5V、12V开关电源、24V开关电源、测温电源等，若模拟量电源故障，则会引起模拟量采样消失或跳变，可分电源模件无输出和输出电压降低，若电源模件无输出则相应的指示灯无指示，通过万用表测量无输出电压；若电源电压降低，则要进一步确定是电源模件自身带负载能力下降了还时负载故障引起电源的崩溃，如在1、5号机都曾出现过模拟量电源带负载能力下降导致所有的模拟量采样值的跳变。
4、 自动化元件方面：这应该是计算机监控系统缺陷的主要原因，一个系统经过几年的不断完善后其软件方面应该比较成熟和完善，设备的正常运行在某种程度上是依赖于自动化元件的稳定工作，但自动化元件由于工作环境、产品质量等因素，自动化元件必然会出现种种缺陷，特别在计算机监控系统改造后，自动化元件的数量明显增加，在整个系统中所起的作用也由原来的监视升级为控制，所以对自动化元件的要求也越来越高了，对其工作的稳定性，测量误差都在较高的要求。对这方面的缺陷，不可能完全消除，但可实现可控，如加强设备的巡点检工作、做好大小修时的定检工作，及时及早发现自动化元件的隐患。
5、 其它方面：如处理方法不当、检修质量不过关等。