HIMA平安控制系统在电厂FSSS中的应用.docx

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1、HIMA平安控制系统在电厂FSSS中的应用yangliu导语：炉膛平安保护系统FSSS的主要功能是防止锅炉炉膛爆炸事故发生，并对燃烧器进展控制和治理，它的作用贯串于锅炉启动、运行和停炉的各个阶段，可以连续在线监控燃烧系统的大量参数和工况。越南高岸电厂250MW工程采用德国ALSTOM公司制造的230t/h循环硫化床锅炉，FSSS硬件采用德国HIMA公司消费的平安可编程逻辑控制器PESH51q系统。与普通类型的PLC或者DCS来实现FSSS功能不同的是，本工程专门为平安应用场合设计，具有完善的故障检测功能并获得权威机构平安认证的HIMA平安控制系统作为FSSS的控制装置，使保护系统具有更高的平安

2、性、可靠性和可用性。平安型控制系统根据IEC标准，平安型系统safety-relatedsystem适用于所有工业系统。通常所讲的平安控制系统就是指仪表和控制设备构成的保护系统，主要包括现场检测仪表、控制逻辑单元和现场执行装置3局部，其中控制逻辑单元是整个控制系统的核心。在平安控制系统的设计中，为了定量分析各种消费装置的平安性，IEC61508定义了4个平安度等级，每个等级包括2个定量的平安要求，即系统连续操纵每小时故障概率PFH和按要求形式执行指定功能的故障概率PFD。平安控制系统的设计以及系统构造既要知足工业经过的平安度要求，又要保证可靠性和可用性，因此，必须对详细的工业经过进展平安评价。

3、我国目前还没有详细的平安等级评价和设计标准，而目前国际上通用的标准有德国的DIN19250、美国的ISAS8401和IEC61508；权威的认证机构包括德国的TUV等。电厂的炉膛平安保护系统的平安度等级一般被定义为SIL3IEC61508，此等级相当DIN19250标准的RC6级。HIMA平安控制系统的特点HIMAH51q系列，是第三代经消费理论验证的HIMAPES系统。它可以利用个人计算机进展灵敏的用户组态、监测和事件记录，为消费控制提供最平安的控制保障。HIMA的H51q系统为CPU四重化构造QMR-QuadrupleModularRedundant，即系统的中央控制单元共有四个微处理器，

4、每二个微处理器集成在一块CU模件上，再由两块同样的CU模件构成中央控制单元。一块CU模件即构成1oo2D构造，HIMA的1oo2D构造产品知足AK6/SIL3的平安标准。为了向用户提供最大的可利用性，采用双1oo2D构造，即2oo4D构造。在冗余构造的情况下，高速双重RAM接口DPR使两个中央单元通倍，进而解决了无故障修复时间限制的难题。其容错功能使系统中的任何一个部件发生故障，均不影响系统的正常运行。与传统的三重化构造相比，它的容错功能更加完善。HIMAH51q系统支持RS-485ModbusRTU，ProfibusDP，以太网OPC以及ModbusTCP等各种通讯方式，可以与各主流DCS厂

5、家实现无缝连接。平安控制系统在FSSS上的应用越南高岸电厂230t/h循环流化床锅炉的FSSS由燃烧器治理系统和炉膛平安保护系统2局部组成，前者主要实现锅炉启动前的吹扫、燃油泄漏试验，建立点火条件和2套启动燃烧器、2套床枪的顺序投入与切除；后者主要实现连续监视炉膛压力、汽包水位、流化风压力、风机状态、床温等重要参数。FSSS的硬件设备主要由就地检测仪表、就地控制操纵箱、控制设备以及PLC控制系统组成。控制系统采用德国HIMA公司的H51q系统，并与单元机组的经过控制系统DCS完成通讯，在DCS操纵站上完成整个系统的监视和控制。H51q的电源模件和控制器模件都是冗余配置，所有的I/O模件都按照信

6、号是否和平安相关的原那么，被分为平安型和普通型。由于平安I/O模件的价格较昂贵，采用这种方式,在一定程度上降低了整个系统的造价，进步了控制系统的经济性。平安控制系统主要配置原那么FSSS系统的平安型I/O配置原那么启动燃烧器和床枪燃油关断阀控制信号、已关闭状态信号；启动燃烧器和床枪雾化蒸汽阀控制信号、已关闭状态信号；启动燃烧器和床枪雾化吹扫阀控制信号、已关闭状态信号；启动燃烧器和床枪已插入信号；点火器点火控制信号、火检有火状态信号；点火丙烷气关断阀控制信号、已关闭状态信号；主燃油关断阀控制信号、已关闭状态信号；燃油回油阀控制信号、已关闭状态信号；主蒸汽压力、汽包水位、床温信号、炉膛压力、流化风

7、压力、风量等；给煤机、石灰石给料机、一次风机、送风机和引风机分闸控制信号和已分闸状态。FSSS系统的普通型I/O配置原那么启动燃烧器和床枪燃油关断阀已翻开状态信号；启动燃烧器和床枪雾化蒸汽阀已翻开状态信号；启动燃烧器和床枪雾化吹扫阀已翻开状态信号；启动燃烧器和床枪就地控制柜就地启动/停顿信号、远方/就地选择状态信号；启动燃烧器和床枪伸进和回退控制信号、故障信号；点火器故障信号、火检故障信号；点火丙烷气关断阀已翻开状态信号；主燃油关断阀已翻开状态信号；燃油回油阀已翻开状态信号；主汽压力、汽包水位、床温信号、炉膛压力、风量“多取中后输出到DCS信号。FSSS系统配置越南高岸工程FSSS使用的HIM

8、AH51q型PES采用2个控制器冗余配置的方式，但与一般控制器不同的是在每一个控制器模块中采用了2个微处理器。这种单个的控制器可到达RC6/SIL3平安要求等级实际上是一个控制器模块上的loo2D构造。这一模块冗余配置就可实现系统全部容错，成为2oo4D构造。根本原理如图1所示。在控制器中有一个“看门狗watchdog电路，实际上是一个特殊的定时器，其功能是当程序运行发生故障并经设定延时后，产生1个非屏蔽中断，使系统复位。在2oo4D构造中，任意控制器模块的一个微处理器在正常存储数据的存储器下运行，而另一个那么在数据以取反的方式存储的存储器下运行，它们同步运行执行同一用户程序，通过硬件比拟器监

9、视比拟，两存储器内数据应恰好相反，否那么触发“看门狗，但这并不影响另外一个控制器的正常运行。故障控制器经过“看门狗复位后使其回到平安状态，可通过DPR承受正常运行控制器的全部运行参数和中间变量，继续同步执行同一用户程序。这种2oo4D构造保证了系统的可靠性，同时也具有很高的可用性。watchdog信号不仅可以实现控制器故障时的切换，而且watchdog信号还在主机架的背板输出并连接到其他I/O机架，使每个机架内的输出模件都可以引入“看门狗计时器信号，当CPU内部故障时令所有输出模件各通道切换到关状态，与平安相关的工艺设备被快速关断，保证了系统的平安。watchdog信号的存在以及被引入到每一个

10、I/O机架这一形式是HIMA平安控制系统与普通PLC的重要区别之一。HIMA的平安控制系统与普通PLC相比，整个控制系统的电源是由3块安装在主机架上的电源模件第3块电源模件作为后备经背板电缆把各个从机架连接起来统一供电的，进一步进步了电源的可靠性。HIMA系统在每个从机架上都设置了4块用于提供开关量输入模件查询电压的电源分配模件，而对于普通PLC来讲，开关量模件的查询电压是通过外部配电提供的，不属于PLC的一局部。由此可见HIMA平安控制系统具有更高的电源可靠性。平安控制系统的软件操纵系统都是以嵌入的方式直接集成到控制器中。在运行经过中，操纵系统除了以循环扫描的形式来处理用户程序外，还通过监视

11、程序的代码版本号、运行版本号、数据版本号、区域代码号的更改来保证程序的平安性。H51q系统的编程软件是ELOPII，用户程序的创立和修改必须按照绑定的IEC61508、DIN标准来执行，同时软件中还集成了源代码比拟器、目的代码比拟器和经过认证的编译器。这些工具在创立、下载和修改用户程序经过中分别对源代码和目的代码进展测试并标识出来。只有经过测试的应用程序才允许被下载到控制器中。b平安控制系统主要配置原那么保证平安控制系统的独立性/b根据NFPA85的要求，FSSS应该具有独立的逻辑、I/O和电源，并且在功能和逻辑上应与其他控制系统分开。为了保证这一独立性，平安系统应从以下几个方面来考虑：平安控

12、制系统应独立于DCS。DCS仅仅通过少量硬接线和通讯等方式与PES无缝连接，在其操纵站上实现FSSS的监视和操纵。平安控制系统采用独立的总电源，直接来自电气UPS和保安电源。同时，与FSSS相关的现场检测仪表和电磁阀的电源也应直接由控制系统内的配电装置提供。现场信号直接来自就地一次仪表，用于保护的重要信号应该单独设置。冗余配置与平安相关的就地仪表控制逻辑单元固然是整个平安仪表系统的核心，但平安仪表系统还包括现场检测仪表和现场执行机构。在IEC61508标准中，平安仪表系统3个局部的典型故障几率，控制逻辑单元为l5%，现场检测仪表为35%，执行机构为50%，由此可见保证现场仪表的可靠性是特别重要

13、的。充分考虑系统的“静态特性能自动调节回路不接入与平安保护相关的控制系统中，以保证装置可以“静态监视消费经过，一旦有造成跳闸的可能，控制系统能马上采取措施使工艺经过处于平安状态。采用“故障-平安fail-safe原那么为了在系统设计中表达出这一原那么，逻辑组态应采用“正逻辑，同时与平安相关的输出通道和就地执行机构的电磁阀在正常工况下应处于带电状态，保证平安保护系统出现故障或者知足跳闸条件时，使工艺经过处于平安状态。明确与普通PLC的区别在电厂的应用中通常采用双机热备的“冗余PLC控制器用以进步系统的可靠性，但这种方式所起的作用仅仅是“热备用而不是“冗余。典型的冗余系统必须保证2个控制器同步运行

14、，而“热备用通常不是同步的，并且需要用户编写大量程序来实现这种“备用功能。这种“热备用只进步了系统的可用性，并没有从根本上提升可靠性。HIMA的平安控制系统系统是根据相应平安标准研制开发的专门用于平安保护系统的控制设备，具有完善的测试手段，当检测到系统故障尤其是危险故障时能使系统回到平安状态，进而最大限度地保证了系统的可靠性和可用性。在目前大型火力发电机组的设计中，往往都采用DCS来完成FSSS和ETS功能。固然这种一体化的方式有着接口简单、减少备品备件品种、降低维修费用和节省总投资等优越性，但那些与平安相关的系统和功能由普通的DCS控制器来实现，显然与越来越高的电厂运行可靠性和平安性的要求不相符。所以采用符合国际标准的平安控制系统来实现电厂的保护功能将有力地保证电厂设备和人身平安，进一步进步电厂的可用率和竞争力。0