冗余plc系统在高压换流阀水冷控制系统中应用

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1、冗余PLC系统在高压换流阀水冷控制系统中应用摘要：作为直流输电工程的核心设备，高压换流阀的可靠运行至关重要。因此换流阀水冷系统对可靠性的要求也极高。本文从换流阀水冷系统电气控制方面入手，介绍冗余PLC控制系统。从控制系统的整体配置到局部安排，从硬件连接方式到软件处理方法，对冗余PLC系统进行了说明，阐述了系统的容错能力的提高，从而更高程度上保证了水冷系统的可靠性。关键词：换流阀水冷系统；冗余；PLC；容错Abstract：AsthecoreofHVDCtransmissionsystem，itisessent

2、iallyimportanttoensuresafeandreliableoperationofHVDCconverter・ThearticledescribesaredundantPLCsystemappliedinvalve-coolingequipment,basedontheautomaticcontrol'spointofview.ItisexplainedhowtoimprovethefauIt—toletsntcapabilitybytheintroductionofnotonlythewhol

3、eandlocallayoutbutalsothesolutionofhardwareandsoftware・Therebythereliabilityofthewholevalve-coolingequipmentisstrengthenedonahigherplatforni.Keyword：HVvalvewater-coolingsystem,redundant,PLC,fauIt-tolerant中图分类号：K826.16文献标识码：A文章编号：引言换流阀通过依次将三相交流电压连接到直流端得到期望的直

4、流电压和实现对功率的控制，是实现交直流电能互相转换的设备单元，是直流输电工程的核心设备。由于输电系统对可靠性的有着极高的要求，所以对换流阀的可靠运行也有着极高的要求。换流阀水冷系统是一个闭环的循环系统，在主循环泵驱动下，冷却水沿管路以恒定的流速通过换流阀及散热器，带出热量，为换流阀提供安全运行条件。作为换流阀的辅助系统，换流阀水冷系统的安全可靠性是换流阀系统安全可靠性的一个重要环节。工艺流程图如图1：图1水冷系统工艺流程图Figiflowehartofvalve-coolingsystem冗余配置方式在很多对

5、可靠性要求高的系统中有应用。本质上说，冗余的根本目的在于容错，即通过提高容错能力来达到降低故障率的目的。具体到水冷电气控制系统，电气设备故障在一定的范围内，系统仍能正常工作，保证水冷系统的运行。本文从冗余的角度，关注提高水冷系统的容错能力的方式方法，最大程度上减少电气故障引起的设备停机。控制系统采用冗余的PLC系统，以下从系统整体配置到局部安排，从硬件连接方式及软件处理方法来具体说明。2PLC控制系统结构图2PLC控制系统结构图Fig2StructureimageofredundantPLCsystem如控制

6、系统结构图所示，PLC核心部分CPU采用西门子S7-400H模块。正常情况下，两模块“以一主一从”方式运行，通过同步光纤保证两模块运行的程序同步。若任何一个CPU发生停机故障，系统会无扰动地切换到单一CPU运行方式，保证控制程序仍然正常执行，水冷系统不受到影响。但是，若水冷控制系统仅采用CPU冗余，还不足以满足可靠性的要求。本系统中，将输入输出模块，与上位机进行通讯的模块，及触摸屏都采用冗余的方式。其中，冗余输入输出模块之间为“或”的关系，对应的地址为唯一的：取低地址；冗余通讯模块的通讯内容完全一致；两触摸屏

7、的操作及显示内容也是相同的。另外，PLC系统模块全部采用直流24V供电，两电源通过二极管并联一起，实现了PLC电源的冗余。这样，整个控制系统可以看为两个完全相互冗余的PLC系统组成，系统内的单一故障不会导致系统故障。3冗余输入输出通道的连接方式控制系统通过输入输出通道，采集外界信息，经过处理,对外输出控制信号。由于本PLC系统输入输出通道是冗余的,故通道与外围设备的对应关系是“二对一”的。数字输入通道接线方式，如图所示，一个开关状态量分别接入了两个相互冗余的DI通道。两模块的输入状态一致。图3DI通道接线原理

8、图Fig3connectiondiagramofredundantDIchannel数字输出通道接线方式，如图所示，两冗余的DO通道并联接到一个输出继电器线圈。图4D0通道接线原理图Fig4connectiondiagramofredundantDOchannel模拟量输入通道接线方式，如图所示，现场测量仪表采用电流信号，经电阻器转化为电压信号，AI输入模块采用电压方式采集信号，两冗余模块并联连接。