测温单元 白山发电厂机组现地控制单元测温系统改造的应用分析
时间：2019-04-30 03:31:36 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
【摘 要】原白山发电厂机组现地控制单元测温系统采用温度巡检装置，存在巡检速度慢、测量精度低、抗干扰能力差和通讯速度慢等问题。改造后采用MX9300系列PLC进行温度采集，有效的解决了温度巡检装置的上述各项问题。同时通讯管理机通讯方式由RS485改为以太网TCP/IP，极大的提高了温度数据上传至监控系统的速度。
【关键词】测温系统；温度巡检装置；MX9300系列PLC；通讯管理机
1、概述
从2005年白山发电厂监控系统改造工作完成至今，原有的机组现地控制单元测温系统运行中暴露出了许多问题，温度巡检装置的巡检速度慢、测量精度低、抗干扰能力差及通讯速度慢，且经过多年的运行，设备已经出现了老化现象，已经极大的限制了白山机组温度保护停机的功能，无法满足智能化水电厂安全生产的需要，成为制约白山发电厂机组安全运行的瓶颈。随着计算机监控技术的不断进步，新型的测温通讯系统已经得到成熟应用，新系统的各方面性能指标得到大幅度提升，为水电厂机组的安全运行提供了可靠保障。本文介绍了白山水电厂机组现地控制单元测温系统改造的硬件及网络结构设计方案，并分析了新旧系统的优缺点及数据采集处理方法，以不断总结水电厂自动化改造的经验教训，为水电厂自动化技术的提高而不断努力探索。
2、测温系统改造前后的硬件配置
改造前
1）采用一台温度巡检装置，负责采集现地96个温度元件信号。
2）采用一台通讯管理机，通讯管理机含有8个RS 485 接口。
3）采用96个PT100 二线制测温元件。
改造后
1）采用MX9300系列PLC,PLC底板中配有12块专门的RTD温度采集模块，每个模块含有8个独立测温通道。
2）采用一台通讯管理机，通讯管理机含有以太网RJ45接口。
3）采用一台LCU现地交换机，做数据交换用。
1.采用96个PT100 三线制测温元件。
3、改造前测温系统的网络结构图及分析
3.1测量方式
改造前使用温度巡检装置，装置内部使用集成电路板，无法有效隔离每个测温通道，且电路板做工相对简单，导致通道测量精度低、抗干扰能力较弱；装置内部采用集成智能芯片，但芯片本身容量低、运行速度慢，巡检一次需要用几秒钟时间。且原机组现地测温元件采用、二线制的接线方式，连接导线电阻和接触电阻会对PT100铂电阻测温精度产生较大的影响，也大大降低了测温精度。综上两个因素，从源头采集到的温度数据已经无法保证精度，极大的制约了后期温度数据处理的实现，是整个测温系统的性能较低的根本原因。
3.2通讯方式
改造前的通讯管理机本身只配有RS485通讯接口，且通讯管理机的硬盘配置较低，运行速度较慢。通讯管理机与温度巡检装置通讯经过第一个RS485接口，规约为 Modbus RTU，将温度数据读到通讯管理机本身寄存器中；通讯管理机与机组LCU主PLC的通讯经过第二个RS485接口，将通讯管理机寄存器中的温度数据送至机组LCU主PLC中(数据传输见图一中a和b箭头方向)。由于RS485是半双工的通讯方式，通讯波特率一般为9600bit/s，整个通讯过程需要经过两次RS485通讯，导致数据刷新需要几秒钟时间，且通讯过程中间有几处硬接线转接接口，接线方式的不规范也会影响到数据传输质量，数据报文因此偶尔会发生乱码现象。综上几个因素，温度巡检到机组LCU主PLC之间的数据传输速度比较慢且可靠性较低。
4、改造后测温系统的网络结构图及分析
4.1测量方式
改造后测温系统用MX9300系列PLC替换掉原有的测温巡检装置，PLC底板配有专用采集温度数据的RTD模块，每个模块内部有8个测温通道，每个通道都是相互隔离独立运行的。MX9000系列PLC基于工业应用，具有硬件配置高、运行速度快且可靠等优点，除此以外测温模块具有精度高、抗干扰能力强等优点。从实际调试中也验证了PLC的扫描周期相当快，循环扫描一次只需几毫秒时间，大大提高了温度数据的采集刷新速度。改造后的现地测温元件采用三线制的接线方式，有效的消除连接导线电阻和接触电阻对测温精度产生的影响，保证了测量数据的精度。改造后的测温系统在硬件的选择上突破了原有系统的种种束缚，使第一手测量数据的性能得到了突破式的发展，测量时间几乎可以忽略，测量性能又相当可靠，为温度数据的后期处理提供了有力的支持。
4.2通讯方式
改造后的通讯管理机增加以太网RJ45接口、配置了更高端的硬件、安装了LINUX系统，所以运行速度更快、更稳定。通讯管理机、测温系统PLC及监控系统机组主PLC接到同一个100M以太网交换机上，通讯管理机与测温系统PLC通过TCP/IP通讯方式将数据读到本身寄存器中，通讯管理机与机组LCU主PLC通过以太网TCP/IP通讯方式将通讯管理机寄存器中温度数据中传送至机组LCU主PLC中。新的测温系统通讯设备均采用TCP/IP 100M以太网通讯方式，温度数据的传输速度得到了大幅度的提升，采用统一的屏蔽双绞线，数据传输的可靠性也有了保证，数据质量大幅度提升，网络损耗和故障率降至较低值。
5、改造后测温系统的温度数据处理方法
新的测温系统采用了测温PLC、智能通讯机两个先进的设备，温度数据在设备之间流转的同时，设备也需要对温度数据进行一定程序处理，完成整个测温功能。下面介绍下数据采集与处理的几个步骤：
第一步，MX9300测温采集PLC配置的RTD测温模块，通过三线制的方式采集所有现地测温元件的温度值(包括各种轴瓦温度、线圈、铁芯温度等)，PLC内做逻辑程序对测量到的温度值进行温度补偿处理，然后将处理后的温度数据从1-96放在通讯数据寄存器区。
第二步，测温系统通讯管理机通过以太网TCP/IP方式读取MX9300 PLC里通讯数据寄存器区里的温度数据，并将所有温度数据保存在自己的内部寄存器中，数据在改造后网络结构图中按a回路方向流动。
第三步，测温系统通讯管理机通过以太网TCP/IP方式将本身数据寄存器中的温度数据发送至机组LCU主PLC的数据接收区中，数据在改造后网络结构图中按b回路方向流动。
第四步，机组LCU 主PLC将数据接收区内的温度数据进行运算处理，增加温度值越线报警、温度值断线报警等信号，并将温度数据过高点写入机组温度停机保护流程中，实现机组的温度过高保护功能。
6、改造后的特点与未来构想
传统的水电站由于需考虑测温单元的成本，一般都采用温度巡检装置做测温用，通过Modbus通讯方式将数据发送给监控系统。但这种测量方式却因存在许多无法回避的问题而备受争议。新系统采用了专门的小型测温PLC，有效降低成本的同时，使各项测温性能得到了极大的提升，且PLC内部可以根据电厂的运行需要编辑程序，比如可以在测温PLC中编辑温度过高保护程序，通过开出继电器发送停机信号至主PLC。新测温系统智能设备间均采用100M以太网的通讯方式。以上的技术也体现了这几年水电站监控系统的新发展，更智能化、数字化的设备及技术得到成熟应用。
通过这次改造，我们对未来的测温系统发展有了一些进一步的想法,可以使用带有100M以太网接口的智能化现地测温元件，测温元件直接通过屏蔽双绞线连接到交换机上，监控系统主PLC直接读取测温元件的温度数据。这种方式的优点是：可以减少测温采集PLC环节，减少中间故障点的同时提高了整个系统的数据传输的效率及可靠性。
7、结语
白山发电厂的机组测温系统改造项目是H9000监控系统灵活运用的范例，在白山发电厂检修人员与中水科技工程人员的精诚合作下，取得了理想的结果。MX9300系列PLC的的应用，即完成了数据采集精度、通讯速度及可靠性等性能大幅度提升的工作，为白山发电厂的自动化改造项目提供了一个好的借鉴，更为白山发电厂机组的安全运行提供了更加可靠的保证。本文将白山发电厂的温度改造项目的经验总结拿出来与各位分享，希望对水电事业的同志们有所帮助。
