DCS architektúra mélyreható elemzése: Honeywell Experion PKS találkozik az Emerson Ovationnel az üzem teljes körű integrációjáért

Az az architektúra, amely működésben tartja az erőműveket

Egy elosztott vezérlőrendszer (DCS) koordinálja az egész üzem területén található több ezer mezőeszközt. Ellentétben a diszkrét, kötegelt vezérlésre tervezett PLC-kkel, a DCS folyamatos hurkokat kezel integrált kezelői állomásokkal, mérnöki szerverekkel és redundáns vezérlőkkel. Két platform uralja az energiatermelési szektort: a Honeywell Experion PKS és az Emerson Ovation.

Először is, a Honeywell Experion PKS a C300 vezérlőt használja, amely determinisztikus Control Execution Environment (CEE) környezetben fut. Egy vezérlőpár akár 800 I/O pontot támogat 50 ms-os beolvasási ciklussal. Másodszor, az Emerson Ovation az OCR1100 vezérlőt alkalmazza, amelyet turbinavezérlésre, kazánkezelésre és a berendezés kiegyensúlyozó segédrendszereire optimalizáltak. Mindkét platform 1:1 vezérlő redundanciát kínál zökkenőmentes átváltással.

Ezenkívül a modern DCS architektúráknak integrálniuk kell a régi mezőbusz hálózatokat. A Profibus DP továbbra is gyakori az európai tervezésű turbina csomagokban. Az EtherNet/IP pedig uralja az észak-amerikai motorvezérlő központokat. A kihívás ezeknek a protokolloknak a kapu modulokon keresztüli összekapcsolása úgy, hogy ne növelje a késleltetést, amely sértené a turbina védelmi hurkok időzítési követelményeit.

Profibus DP konfigurálása a Honeywell Experion PKS rendszeren

Az Experion PKS a Series 8 I/O családot használja Profibus DP kapu modul (CC-PBDP01) segítségével, amely összeköti a Honeywell I/O Linket egy Profibus DP szegmenssel. Minden kapu modul 125 slave eszközt támogat szegmensenként, akár 12 Mbps-os baud sebességgel. Kövesse az alábbi helyszíni üzembe helyezési eljárást:

1. lépés: Importálja az egyes Profibus slave eszközök GSD (Generic Station Description) fájlját az Experion Configuration Studio-ba. Navigáljon a Profibus DP konfigurációs fülre, és használja az Import GSD funkciót. A GSD fájl definiálja a slave ciklikus adatstruktúráját, diagnosztikai byte-jait és támogatott baud sebességeit.

2. lépés: Rendelje hozzá az egyedi Profibus állomáscímet (0–125) minden slave eszközhöz. A 0 cím a Profibus master számára van fenntartva. Az új slave-ek alapértelmezett címe 126. A csatlakozás előtt módosítsa a címet az élő buszon.

3. lépés: Állítsa be a CC-PBDP01 kapu modul watchdog idejét. Kezdőértékként állítsa 200 ms-ra. Ez a paraméter szabályozza, hogy a kapu mennyi ideig vár a slave válaszára, mielőtt kommunikációs hibát jelezne. A turbina rezgésfigyelők 50 ms vagy annál kevesebb időt igényelnek.

4. lépés: Térképezze fel a Profibus slave adatokat az Experion C300 vezérlő pontjaira. Használja a Quick Builder eszközt, hogy SCADA pontokat hozzon létre minden Profibus ciklikus adathelyhez. Állítsa be a mérnöki egységtartományt, riasztási határokat és holtteret a Quick Builderben, mielőtt letöltené a vezérlőbe.

5. lépés: Zárja le a Profibus DP szegmenst aktív lezáróellenállásokkal mindkét végén. Mérje meg a busz feszültségét: a 3-as és 8-as tű között 5 VDC-nek kell lennie tétlen állapotban. 4 V alatti érték hiányzó lezárót vagy hibás kábelt jelez.

Azonban egy gyakori üzembe helyezési hiba a GSD fájl verzióinak eltérése. Ha a mezőeszköz firmware-je frissült, de a GSD fájlt nem importálták újra, az Experion kapu modul rossz byte hosszúságú ciklikus adatokat kér. Ez állandó Konfigurációs Hiba LED-et eredményez a kapu modulon. Mindig ellenőrizze a GSD verziószámokat az eszköz adattáblájával firmware frissítés után.

EtherNet/IP integráció az Emerson Ovation rendszeren

Az Emerson Ovation hagyományosan az Ovation I/O buszt használta vezérlő és I/O közötti kommunikációra. A modern Ovation rendszerek harmadik féltől származó eszközöket integrálnak EtherNet/IP-n keresztül az Ovation Ethernet Gateway (OEG) modullal. Ez a kapu modul az EtherNet/IP implicit (1. osztályú) üzenetküldést alakítja át az Ovation natív peer-to-peer protokolljává.

Először konfigurálja az OEG modult az Ovation Developer Studio-ban. Adjon egyedi IP címet az Ovation vezérlő hálózaton (általában 192.168.x.x alhálózat). Állítsa az OEG-t Adapter módba, amely lehetővé teszi külső EtherNet/IP szkennerek számára az Ovation vezérlőpontok olvasását és írását.

Másodszor, definiálja az EtherNet/IP assembly példányokat. A 100-as Output Assembly Instance adatokat visz a szkennerből az Ovation felé. A 101-es Input Assembly Instance adatokat visz az Ovationból a szkenner felé. Mindkét assembly akár 496 byte ciklikus adatot támogat, amelyeket Ovation drop pontokra térképeznek.

Így egy tipikus adatfolyam a következő: egy Allen-Bradley PowerFlex 755 VFD az EtherNet/IP-n motoráramot (3. paraméter) és sebesség visszacsatolást (2. paraméter) küld az OEG-nek. Az OEG ezeket az értékeket az Ovation analóg kimeneti drop pontokra, A001 és A002-re térképezi. Az Ovation turbina vezérlő 100 ms-onként olvassa ezeket a pontokat, és PID szabályozó hurok segítségével állítja a gőz beömlő szelep pozícióját.

Vezérlő redundancia: zökkenőmentes átváltás biztosítása

Mind az Experion PKS C300, mind az Ovation OCR1100 vezérlők 1:1 forró tartalék redundanciát alkalmaznak. Az elsődleges és másodlagos vezérlők szinkronizációs adatokat cserélnek egy dedikált redundancia kapcsolaton keresztül. Ez a kapcsolat minden beolvasási ciklusban továbbítja az alkalmazás logikai állapotát, I/O adat táblákat és diagnosztikai számlálókat.

Az átváltás három esetben aktiválódik:

• Hardver watchdog időtúllépés: Az elsődleges vezérlő nem frissíti a watchdog időzítőt 3 beolvasási cikluson belül. A másodlagos vezérlő azonnal átveszi az elsődleges szerepét. Az átváltás kevesebb, mint 50 ms alatt történik Ovation rendszereken, és kevesebb, mint 100 ms alatt Experion C300-on.
• Tápegység meghibásodás: Minden vezérlőállványon dedikált feszültségfigyelő érzékeli, ha a 24V-os tápegység feszültsége 18,5 VDC alá esik. Ez állványszintű átváltást indít el, még mielőtt a processzor teljesen elveszítené az áramellátást.
• Kézi parancs: A kezelők az Engineering Stationról kényszeríthetnek átváltást. Ez hasznos megelőző karbantartás során. Először szinkronizálja a másodlagos vezérlőt a Full Synchronization parancs futtatásával az Experion Control Builder vagy Ovation Developer Studio segítségével.

Először ellenőrizze a szinkronizáció állapotát az Experion Station kijelzőjén. A C300 vezérlő előlapja zöld "SYNC" jelzést mutat, ha a szinkronizáció befejeződött. A sárga "SYNCING" jelzés azt jelenti, hogy a másodlagos még másolja az alkalmazás adatokat. Soha ne kényszerítsen átváltást, amíg a jelzés sárga. Másodszor, Ovation rendszereken figyelje a redundancia állapot bitet (Drop 0, Bit 5) a Diagnostic Display-en. A 0 érték azt jelzi, hogy a másodlagos nem követi az elsődleges vezérlőt. Vizsgálja meg a redundancia kapcsolat kábelt, mielőtt a vezérlő hardverét kezdené hibakeresni.

Ezenkívül tesztelje a redundancia átváltást minden üzemleálláskor. Dolgozzon ki hivatalos átváltási tesztelési eljárást. Szimulálja az elsődleges vezérlő leállítását azzal, hogy eltávolítja a vezérlő kulcsát az állványból. Ellenőrizze, hogy minden hurokkimenet megtartja az utolsó értéket vagy biztonságos állapotba esik. Győződjön meg róla, hogy a kezelői állomás riasztási naplója időbélyeggel és vezérlő sorozatszámmal rögzíti az átváltási eseményt.

Következtetés és javaslatok

A DCS architektúra kiválósága a protokoll integrációs képesség és az üzemeltetési fegyelem kombinációja. A Honeywell Experion PKS a CC-PBDP01 kapu modulon keresztül biztosít Profibus DP kapcsolatot determinisztikus watchdog időzítéssel. Az Emerson Ovation az OEG modul segítségével köti össze az EtherNet/IP-t assembly-alapú adatleképezéssel. A vezérlő redundancia nem választható opció az energiatermelésben, hanem biztonsági követelmény.

Ellenőrizze a szinkronizáció állapotát minden karbantartási tevékenység előtt. Tesztelje az átváltást szabályozott leállítási körülmények között minden üzemleálláskor. Egyeztesse a GSD fájlokat a mezőeszköz firmware verzióival. Állítsa be a kapu modul watchdog idejét a hurkok kritikus volta alapján. Végül készítsen DCS hálózati diagramot, amely dokumentál minden IP címet, Profibus állomáscímet és kapu modul foglalat számot. Nyomtassa ki ezt a diagramot, és helyezze el minden DCS szekrény belsejében. Amikor egy vezérlő 3 órakor meghibásodik, a dokumentációja órákat spórol a kétségbeesett hibakeresésen, és megakadályozza a turbina leállásokat.

Szerző: Wang Jianguo ipari automatizálási mérnök, több mint 10 éves tapasztalattal a DCS architektúrák, erőmű automatizálás, mezőbusz integráció és vezérlőrendszer redundancia tervezés területén az energiatermelés és folyamati iparok területén.