西门子模块6ES7232-0HD22-0XA0型号介绍

西门子模块6ES7232-0HD22-0XA0型号介绍

1 前言
胜利海洋钻井公司是我国一一家从事浅海、极浅海钻井作业的专业化公司。现有钻井平台八座，其中胜利九号钻井平台是1995 年底从美国引进的，为三桩自升式悬臂梁结构，作业水深30m ，钻井能力7000m 。其可控硅系统(SCR）是美国ISC 公司于1978 年设计制造的。在过去两年的钻井作业中，暴露出了许多弊端，多次出现故障，影响了钻井生产的顺利进行，不能很好地满足钻井生产的需要。为此，对平台的SCR系统进行了技术改造。经过两个钻井井组的实验运行，各项性能指标达到了预期效果。

此项改造，为海洋钻井平台SCR系统采用数字化智能控制探索出了一条新的思路。

2 原SCR 系统故障分析及改造方案的提出
胜利九号钻井平台的SCR系统是1978 年设计制造，由于设备老化，元件陈旧等原因多次出现故障，主要表现为：控制系统运行不可靠，灵敏度低，引起设备误动作；保护功能不完善，缺乏电流限制和功率限制，曾发生过烧毁可控硅的严重事故；在大负荷时造成憋车现象，给柴油机的正常运行造成极大的压力，给日常设备检修带来很大的不便，容易造成井下复杂情况，不能很好地满足钻井生产的需妥。此外，由于这些原因给顶部驱动钻井系统的安装和调试也会带来麻烦。

鉴于以上原因，作者提出了利用可编程控制器对SCR系统改造的设想，并与电器中心协商论证，拟订了可编程计算机控制器为中枢的SCR系统改造方案。经过一年时间的系统分析，考证及试验，在准确掌握各种工况的基础资料后，于1998 年3 月对平台的SCR系统进行了改造。

采用可编程计算机控制器（Programmahle computer controlle ，简称PCC）控制的智能化控制系统，其较大优点是可靠性强、灵敏度高；具有故障自诊断和数据显示功能，便于排除故障，电流限制合理，准确；保护停机与报警功能完善。大大提高了安全生产效率。

3 改造后的SCR系统介绍
这次SCR 系统主要改造了控制系统，包括PCC 控制、触发电路、电压电流反馈电路等，下面将分别介绍。

3.1 可编程计算机控制器（PCC)
可编程计算机控制器（PCC）选用上海贝加莱工业自动化（上海）公司的2000 系列产品。可编程计算机控制器代表着一个全新的控制概念，它集成了 可编程控制器（Programmable Logical controller ，简称PLC ）的标准控制功能和工业计算机的分时多任务操作系统功能。它能方便地处理开关量、模拟量，进行回路调节，并能用高级语言编程，具备大型机的分析运算能力。其硬件具有*特新颖的插拔式模块结构，可使系统得到灵活多样的扩展和组合。软件也具备模块结构，系统扩容时只需在原有基础上叠加应用软件模块，其应用可从简单的逻辑控制直到复杂的分散化控制。可以说，PCC是这次改造后的SCR 系统的大脑中枢。在SCR系统中起了非常重要的作用。

B&R2003 系统是一种紧凑型的可编程计算机控制器，是这次改造的主要元件。它兼有*智能和远程智能，既能以自己的CPU 作独立的控制器，并进行远程扩展，又能和现场总线连接，作远程I / O 模块。B＆R2003 系统的结构也是模块式的，所有的模块尺寸都相同，扩展和应用非常灵活。还能提供不同的功能，如I / 0 模块电压监控、站电压监控、排障监控、空闲周期监控、输出监控等。

B＆R2003 系统的硬件包括以下几个方面：
( 1 ）处理器：Motorola+RISC ;
( 2 ）一个CPU 存储容量：带EPROM 和FLASHPROM 的模块（100K ~16MRAM 和256K ~16MROM ) ;
( 3 ）数字I / 0 模块：每个模块八点（晶体管或继电器）;
( 4 ）模拟I / O 模块；每个模块四个通道（电压、电流等）;
( 5 ）基板，较多可放九个模块；
( 6 ）网络及现场总线接口：CAN 、RS232 / RS485 / RS422 。

3.2 触发电路
触发电路板是根据SCR ON桥对触发脉冲的要求而设置的。本次系统改造触发电路采用CA6100数字型触发板。CA6100触发桥具有通用特性，用于控制可控硅的门极延迟触发角，从而实现移相控制。

CA6100通用可控硅触发板是以40 芯CMOS 大规模集成电路（**芯片）为核心，利用锁相关技术（PLL）和多芯片合成技术（ MCM ) ，根据压控振荡器（VCO ）锁定的三相同步信号间的逻辑关系设计出的一种可控硅触发系统。0～5V 的直流输入电压信号，可以控制输出脉冲的移相范围从5° 一175°可调。任何可调或手动输出的电压都可以很方便的与其连接，以控制大功率可控硅的工作。它在计算机、模拟或数字调节器与大功率可控硅之间形成了一个很好的缓冲界面，一方面，保可靠而且有效的传输控制信号，实现系统设定的控制功能；另一方面，大大减轻了主电路对控制电路的干扰，在计算机及控制电路失控时能够自动保证主电路安全，提高了系统工作的可靠性。

CA6100触发电路板具有以下的优点：
( l ）输出的三相触发脉冲通过高频同步脉冲分频计数输出，因而具有高度的对称性、均衡性和良好的控制线性度；
( 2 ）触发板*同步变压器，同步信号直接用高值电阻取自与可控硅相连的主回路，自动实现与电网同步；
( 3 ）触发板集缺相保护、软启停等功能于一体，功能密集程度较高；
( 4 ）具备相序自动测控核对能力，从而使其在主电路与调节器的联线上变得简单、可靠，*作任何调测便能投入运行；
( 5 ）主触发板与辅助触发板相结合，可以很方便的实现输出12 个门极脉冲信号，而不再需要另外一个独立的门极延迟发生器。

3.3 其他元件
该系统的电流取样信号采用1500A / 0.1A 三相全桥整流，并带有微分反馈。电压取样信号是把主回路直流电压分压后取得。

4 功能介绍
这次SCR 系统改造，较过去增加了电流限制、闪光报警、数据显示、保护等功能、使SCR系统更为完善、安全、可靠。

4.1 电流限制
电流限制功能可由外部电位器设定，也可以由计算机内部设定。对于不同的设备，根据负载情况不同，而电流限制不同。带动泥浆泵时，双电机电流限定为1400 A ，由PCC 内部设定。带动绞车时，单电机限定电流900A ，带双电机电流限定为1800 A，脚踏时减半，由PCC 内部设定。转盘或顶驱为活动限制，由钻台通过手轮电位器给定，通过PCC处理以后输出响应。

4.2 报警和保护功能
(1)当主可控硅柜内冷却风机故障时，钻台和可控硅室内SCR ON 指示灯同时频闪（l 秒／次）。此时仍可强制使用，但只能维持10 分钟（以手轮或脚踏启动时计）, 10 分钟以后触发板并闪光报警（0.5 秒／次）。
(2）具有可靠的手轮封锁功能，当手轮和脚踏均不启动时，或启动时手轮没有回到零位，触发板均锁，绝不产生失控间题。
(3）泥浆泵运行时，当电流超过1200 A时，钻台和可控硅室内SCR ON指示灯频闪（1 秒／次）警示。
(4）具有合理的脚踏功能。当脚踏启动时，较大电流限制为电机电流的50 % ，不会产生憋车现象。手轮和脚踏可以并用，当绞车手轮启动以一定的速度运行时，踩下脚踏开关，绞车在原速度的基础上加速运行，并且脚的“感觉”很好，即当手轮的速度为V 时，记手轮的百分比速度为VH % ，则余下的（1 一VH % ）可由脚踏按行程均匀分担。
(5）当各路开关选择正确，但回路开路时，SCR 系统报警（l 秒／次）或停机并报警（0.5 秒／次）:
电流反馈回路开路时，报警；
电压反馈回路开路时，报警；
手轮给定回路开路时，停机并报警；
脚踏给定回路开路时，报警，并使该回路无效；
转盘或顶驱电流限制回路开路时，停机并报警。
（6）PCC 面板可显示可控硅所带负载，可控硅的电压、电流，风机运行情况及报警原因，且报警有记忆功

一、概 述

         程江口水电站工程位于湘江一级支流耒水中游，地处湖南省资兴市香花乡程江村，是一个以发电为主，兼顾航运、提灌、旅游、生态治理等综合利用的水利水电枢纽工程。本电站水头6．3m，流量为2×235m3／s，装机容量为2×12．5MW，为灯泡贯流式机组。

二、设计目标

按少人值班进行总体设计和系统配置，不设常规控制系统。电站的日常运行完全依靠计算机系统。

三、系统概况

        本电站采用开放、分层分布式计算机监控系统结构，以保证各子系统选用不同计算机时的兼容性，系统扩展和设备更新时的可移植性，网络采用光纤以太网。
      
        计算机监控系统从功能为负责完成全厂集中监控任务的电站级控制层和负责完成机组、开关站、公共设备、大坝弧门等监控任务的现地控制单元层。各现地控制单元(LCU)以PLC为基础，并与标准以太网直接联网。各系统均具有自诊断功能，即使电站控制层发生故障，仍可通过LCU上的显示触摸屏等设备对水轮机组及辅助设备、电站公用设备、110kV开关站、大坝弧门等进行操作和监视。

电站计算机监控系统能够实现与调度中心、水情测报、大坝监测等系统的通信。

         机组LCU能与励磁系统、调速器系统、机组继电保护系统进行通信；开关站及公用设备能与主变继电保护系统、110kV线路继电保护系统、厂变继电保护系统、技术供水控制系统、消防供水控制系统、检修排水控制系统、渗漏排水控制系统、高低压气机控制系统、油压装置控制系统、厂区排水控制系统等进行通信；大坝弧门等设备控制LCU与现场11孔弧门控制系统进行通信。

四、电站级功能

电站级负责协调和管理各现地控制单元的工作、收集有关信息并作相应处理和存储。

1．数据采集和处理

包括采集电气量、脉冲量、非电量、数字量、开关量。

2．安全运行监视

主要包括状变监视、越限检查、过程监视、趋势分析和监控系统异常监视。

3．实时控制和调节

         包括自动发电控制、自动电压控制和运行人员通过操作员工作站实时调控。自动发电控制为监视系统按照预给定的负荷曲线或运行人员及时给定的负荷值，同时考虑上、下游水位各机组的运行效率等因素，避开机组振动、气蚀等约束条件，确定较佳的运行机组台数、较优机组的组合方式及运行机组间较优负荷分配。自动电压控制为满足系统对本电站无功功率的需要或维持电站110kV出线电压实时定值，实现各台机组间无功功率按比例分配。运行人员可以通过操作员工作站完成机组运行工况转换控制、有功功率和无功功率调整、各电压等级断路器及110kV隔离开关的操作、各种限值的签定、报警和复归、越限报警点投入和退出控制、对大坝弧门完成单孔或成组弧门的操作。

4．事故顺序记录

        电站发生事故或故障时，各现地控制单元采集继电保护、自动装置及电站主设备的状态变量，并上送电站级完成故障顺序排队，显示、打印和存档记录。

5．记录打印

         包括定时打印记录、操作记录打印、报警记录打印、趋势分析记录打印、召唤打印记录、屏幕打印，打印的内容包括各种报表、运行记录报表、全厂设备投切操作记录、设备事故或故障参数、监控系统对温度和振动等变化趋势的分析结果。

6．屏幕显示

        中央控制室的每套操作员工作站上装设1台CRT，作为实时操作和实时显示厂内主系统的运行状态、设备的操作动态过程、设备事故和故障以及有关参数之用。事故报警的画面具有较高的**权(采用多窗口技术)。

7．事故处理指导和恢复操作指导

在设备异常情况下，通过操作员工作站的“帮助”功能键给出运行控制和故障的原理性指导意见。

8．数据通信

         电站监控系统与电站控制层计算机之间、电站控制层与现地控制单元(LCU)之间由以太网通讯。电站监控系统通过通讯工作站的串行通讯接口与厂长终端、调度系统等实现通讯。

9．电站运行和维护管理

积累电站运行数据，为提高电站运行、维护水平提供依据。

10．系统诊断

        电站级硬件珍断和电站级软件诊断，可在线和离线自检计算机和外围设备的故障、各种应用软件和基本软件故障。

11．语音、电话自动及查询

运行人员对系统数据库进行设置、定义发生事故时，监控系统需要进行语音和电话自动。

五、机组现地控制单元功能

本单元监控范围包括水轮机、发电机及辅助设备(包括励磁装置和调速器的测控)、发电机出口断路器等。

1．数据采集和处理

        采集机组各电气量和非电气量，做工程值变换和预处理，并上送电站级，累计机组有功电度和无功电度，按需要上送电站级；收集主、辅设备、继保装置和自动装置的状态量，上送电站级。

2．安全运行监视

         与电站调速器、励磁装置和继保装置相配合，完成监视、越限检查、过程监视和现地控制单元异常监视。机组现地控制单元级在脱离电站级的情况下能保证机组安全运行。

3．控制和调整

(1)机组现地控制单元能自动完成机组工况变换和有功、无功功率的调整任务，*依赖电站级。在接受命令后，整个工况转换过程能自动完成，也能分步完成。

(2)机组自动停机方式分三种：

发电～正常停机：卸负荷后，解列，停机；

发电～停机：快速卸负荷后，解列，停机；

发电～紧急停机：直接解列，停机。

(3)机组同期并网。机组同期并网采用自动准同期方式，每台机组配备一套微机自动准同期装置。

4．事件顺序记录和发送

         自动检测本单元所管辖的设备状变、继保和自动装置的动作情况，当任何上述信号按顺序检测到后，将事件的性质上送电站级。

5．数据通讯

          完成与电站级的数据交换，实时上送电站级所需的过程信息，接收来自电站级的控制和调整命令，实现与微机调速器、微机励磁及保护设备间数据交换。

6．系统诊断

可在线自检硬件、软件故障。

六、开关站及公用设备现地控制单元功能

本单元监控范围包括主变、110kV线路、全厂公用辅助设备和400V厂用电系统、220V直流系统等。

1．数据采集和处理

(1)采集全站6．3kV及以上配电装置，全站公用的油、气、水辅助系统及其保护装置，400V厂用电及备用电源启动投入装置，220V直流蓄电池及直流系统等的电气量和非电气量，做工程值变换和预处理，并上送电站级。

(2)接受线路的有功电度和无功电度，求出送出有功电度、倒送有功电度、倒送无功电度的实际值，上送电站级。

(3)收集主变、110kV线路的高压断路器、隔离开关及相关继保等设备的状态。

(4)收集全站公用的油、气、水辅助系统及其保护装置的工作状态信息和报警信号，400V厂用电进线开关、母线分段开关状态，备用电源自动投入装置动作情况，220V直流蓄电池及直流系统的工作状态和报警信号。

2．安全运行监视

       与监控对象的保护和自动装置相配合，完成状变监视、过限检查、过程监视和现地控制单元异常监视。在脱出电站级的情况下，本单元仍能的运行，并能与机组现地控制单元协调工作。

3．控制

        对6．3kV及以上的断路器进行分、合操作，对110kV电动隔离开关进行分、合操作，对400V厂用电进线开关、母线分段开关的分、合操作，对全厂公用设备的启、停操作，接受电站级控耐命令，完成前述操作。

4．其他功能

与机组现地控制单元一样，具有事件顺序检测和发送、数据通信、系统诊断等功能。

七、大坝弧门设备控制单元

本单元监控范围包括11孔弧形门。

1．数据采集和处理

(1)采集大坝11孔泄洪弧门，大坝水库水位的电气量和非电气量，做工程值变换和预处理，并上送电站级。

(2)接受电站<