MARK VI控制系统典型故障与软件优化案例浅析.pdf
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1、 - 1- MARK VI 控制系统典型故障与软件优化案例浅析 潘勇进 (杭州华电半山发电有限公司,浙江省杭州,邮编 310015) 摘摘 要:要:作为国家“西气东输”工程的首批重点项目,杭州华电半山发电有限公司的三台作为国家“西气东输”工程的首批重点项目,杭州华电半山发电有限公司的三台 GE 9F 级大型燃气轮机级大型燃气轮机 从从 2005 年末至今已运行年末至今已运行 4 个年头,对于燃机的个年头,对于燃机的 MARK VI 控制系统的性能也有了一定的了解。本文主要介绍了控制系控制系统的性能也有了一定的了解。本文主要介绍了控制系 统投运以来的几个典型硬件故障(包含了控制系统的卡件、电源、
2、网络设备)以及软件的优化案例(涉及了联锁保护逻统投运以来的几个典型硬件故障(包含了控制系统的卡件、电源、网络设备)以及软件的优化案例(涉及了联锁保护逻 辑的修改) ,提出了提高控制系统运行可靠性的几点建议,如定期清灰、软件备份、防病毒等。辑的修改) ,提出了提高控制系统运行可靠性的几点建议,如定期清灰、软件备份、防病毒等。 关键词:燃气轮机关键词:燃气轮机 MARK VI 控制系统控制系统 PDH UDH 网络网络 冗余冗余 控制器控制器 硬件故障硬件故障 软件优化软件优化 1 概述 杭州华电半山发电有限公司始建于 50 年代,原有两台 70 年代投产的 50MW 燃煤机组及两台分别 于 84
3、 年和 96 年投产的 125MW 燃煤机组。 2005 年投产的 3 台 390MW 燃气- 蒸汽联合循环发电机组为 国家确定的“西气东输”工程的配套工程。本工程主要设备分燃机、汽机、余热锅炉、GIS 四部分,机 岛设备(燃机、汽机、发电机)选用美国 GE 公司生产的 STAG109FA SS 机型,该机型为单轴机组, 即燃机、汽机、发电机单轴布置。机组的控制系统分为两套,机岛设备采用 GE 公司开发的 MARK VI 控制系统;辅机和余热锅炉部分 DCS 采用西屋的 OVATION 控制系统。 2 MARK VI 控制系统简介 MARK VI 控制系统是 GE 公司于 1999 年推出的一
4、种新型控制系统,主要用于燃机、汽机的控制, 它是在原 MARK V 控制系统的基础上发展而成的。 它继承了 MARK V 控制系统的一些主要特点,如 控制模块(R,S,T)和保护模块(X,Y,Z)的三冗余 TMR(Triple Modular Redundant)结构,软件容错功 能 SIFT (Software Implemented Fault Tolerant)等等,同时也进一步加强了系统的可扩展性和人机界面 的友好度,使控制系统具有更好的适应性和可扩展性。 2.1 MARK VI 控制系统的网络架构控制系统的网络架构 MARK VI 控制系统的网络架构如图一所示, 整个控制系统具有二层
5、网络: 厂级数据总线 PDH(Plant Data Highway, 负责机组之间的数据交换、 运行监控与操作)和机组数据总线 UDH(Unit Data Highway, 负责机组级的数据交换)。 控制系统的控制器通过 UDH 与 HMI 数据服务器连接, 在 PDH 上挂接着操作 员站、打印机、历史数据站等各种外部设备,通过路由器等相关设备还可与其他控制系统通讯,以组成 一个更大更完整的系统。PDH 和 UDH 均支持以太网传输数据。 2.2 硬件配置硬件配置 MARK VI 控制系统的硬件配置,根据控制器的配置情况分为单一控制(Simplex)模式和三冗余 (TMR)模式,对于电站控制由
6、于其重要性,一般采用 TMR 控制。 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 - 2- 图一 MARK VI 控制系统网络结构图 图二为三冗余的 MARK VI 控制系统控制柜和 I/O 端子柜的连接示意图。控制柜中布置有 R、S、T 控制器机架,分别带有 VCMI 通讯控制卡(通过 IONet 与 I/O 柜相连,同时分别与三冗余的 X、Y 、 图二 MARK VI 控制系统控制柜 Z 保护模块通讯, 每块 I/ O 卡都会送一个 ID 信号至 VCMI 卡, 该 ID 信号包括硬件系列号、 版本、 代码、 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用
7、版本创建 - 3- 固化数字和固化版本) 、UCVX 控制器(控制器位于 VCMI 通讯卡件右侧,为控制系统核心卡件,负责 运算处理数据,存储调用控制逻辑、算法,以及通过以太网接口与 UDH 相接) 、I/O 控制卡(采集并处 理从端子板输入的各类模拟量、开关量信号,每一类 I/O 卡件都有其特殊的端子板) ;I/O 端子柜中布置 有端子板及电源分配模块(PDM),端子板通过预制电缆与控制柜中的 I/O 控制卡相连。 一个典型的完 整的 MARK VI 控制系统包括 1 只控制柜和 2 只 I/O 柜,控制柜位于 2 只 I/O 柜之间 ,其中 1 只 I/O 柜 装有 PDM 模块,电源要
8、求 120/240VAC 和/或 125VDC。 2.3 软件功能软件功能 系统软件:MARK VI 控制系统的所有操作员站、通讯服务器及工程师站都使用基于 Microsoft Windows NT 的操作系统,在操作员站、通讯服务器上装有 CIMPLICITY 图形显示系统,为操作员提 供实时环境中的控制和可视化处理, 工程师站运行控制系统的 TOOLBOX 软件, 用于系统组态。 MARK VI 的控制器采用 QNX 操作系统,这是一个适用于燃机控制保护等高速自动场合的实时系统。 实现功能包括报警显示记录功能(操作显示、成组显示、棒状图显示,报警显示及定期记录、事故 追忆记录、SOE 记录
9、等功能) 、调节控制功能(启动控制、转速/负荷的设定和调节、燃机温度控制、 进气导叶控制、燃料控制、排汽温度控制、轴封蒸汽系统控制、油系统控制等) 、顺序控制功能(燃机 辅助系统顺控、启动运行和停机顺控、吹扫和点火顺控等)、保护功能(超速保护、超温保护、振动保 护、灭火保护、燃烧器监测保护、CO2 火灾保护、润滑油压低保护、冷凝器真空低保护、汽轮机排汽 温度高保护等) 。 3 硬件故障案例 经过几年的运行, 控制系统暴露出来的硬件故障也是不少的, 下面选取了三个比较典型的例子进行 探讨。 3.1 端子板故障端子板故障 对于模拟量端子板的故障通常比较好判断(通过 TOOLBOX 软件打开组态软件
10、后可以查看诊断报 警, 而且模拟量通道故障时采集到的数据是坏点的, 维护人员比较容易就能判断出是否外部信号的问题 或是通道的问题) , 但是对于开关量端子板相对就要困难一点, 因为本身开关量就是通断的状态。 MARK VI 采用的开关量 I/O 卡件为 VCRC,它可带 48 个触点输入信号和 24 个继电器输出信号。 今年 5 月份#3 机组开缸检修期间,检查发现汽机再热冷却阀 RHCV 不能操作,该阀门为二位式的 气动阀门,由电磁阀控制。在 MARK VI 内发指令后通道无输出,进一步检查发现通道对应的熔丝已经 熔断,而测量现场回路电阻接近于 0,判断为电缆或就地电磁阀线圈问题,后经就地检
11、查发现由于在长 期的高温环境下电缆老化脱皮,线芯接触导通,后更换电缆及熔丝后正常。此现象为有由外部设备引起 的卡件通道故障,目前开关量卡件通道故障多由于此种原因引起。 当然另外的由于控制系统本身引起的问题也是有的,例如:今年 6 月 1 日我厂#3 机组真空破坏门 不能操作(机组在停运状态) ,该阀门为 380VAC 电源的开关型阀门,由汽机 MARK VI 控制。维护人 员到现场检查,就地操作正常,通过组态软件查得该阀门的 DO 通道位置,由 MARK VI 内发指令 DO 触点未能动作,更换继电器仍就不能正常工作。此时考虑是否同一块板的其它通道是否正常,经试验也 未能动作,说明整块板都有故
12、障,但是考虑到目前的控制板性能还是比较稳定的,通常很少出现整块卡 件故障的情况,我们考虑到卡件的供电是否正常,卡件的供电分为两部分:一部分是供给外部设备的电 源(强电,220VAC/110VDC) ,为插拔式;另一部分为端子板(继电器)的工作电源(弱电,28VDC) , PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 - 4- 由控制机架通过预制电缆提供。紧固强电插头,并检查其电压正常,判断应为至控制卡件的回路异常, 但检查预制电缆是紧固的,于是考虑对控制器进行断电重启操作,待重启完成后,试验通道正常,对阀 门远操,开关也正常了。后经过进一步的检查,发现控制器机架及其卡件积
13、灰比较严重,我们认为这应 该是有一定的关系的,因此现在也加强了定期检查清灰工作。 3.2 电源故障电源故障 可靠的电源是控制系统稳定工作的重要保障。控制系统的电源通常是由两路冗余提供,我厂的 MARK VI 电源:一路是 UPS(220VAC)经过变压整流产生 110VDC,另一路为电气直流柜提供的 110VDC,这两路电源进入电源分配模块 PDM 处理后送出多路不同等级的电压供控制机架、端子板甚 至就地设备使用。由于电源故障引起的异常现象五花八门,严重的甚至会引起跳机。 现象:现象:2008 年 7 月 30 日下午,运行报缺#1 燃机汽机 MARK VI 控制器 R 温度高报警。维护人员
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