1、,水轮机调速器多机冗余系统,武汉事达电气股份有限公司 二八年十月,一. 冗余系统的基本概念 二. 冗余系统的组成原理 二. 冗余系统的硬件组成 三. 冗余系统的软件设计,调速器多机冗余系统的概念、组成及工作原理,一、冗余系统的基本概念,冗余系统的两种类型：独立的双微机调速器冗余控制结构；多机交叉冗余容错调速器控制结构；,一、冗余系统的基本概念,独立的双微机调机器冗余控制结构的基本特征： 全冗余双微机调节器：CPU、输入模块、输出模块、传感器、测频单元、电源均为冗余结构； 微机调节器自主调节主通道采用两个独立的微机调节器A和B，通过现场总线实现双机状态和数据一致； 当微机调节器A或B之一出现故障
2、时，可发出故障信号并自动、无扰动的切换到另一台正常工作，可以在线更换模块或者检修；,一、冗余系统的基本概念,多机交叉冗余容错控制结构的基本特征： 在双微机调节器的硬件基础上，不增加额外的硬件，用通信和软件构成交叉冗余控制结构，具有更强的容错能力。 当多微机调节器均出现部分模块故障时，这种交叉冗余控制结构可以容忍各个单机的不同名模块故障，交叉构成新的、正常的调节器，使调速器可以正常的工作。,二、冗余系统的组成原理,基本定义: 将单个微机调节器A和B划分成6类功能模块，如上图所示，下标A和B分别表示微机调节器A 和B。 记模块变量为My(X)，下标Y表示A或B调节器，X表示6种模块类型F、DI、D
3、O、AI、AO、C。,二、冗余系统的组成原理, 微机调速器的硬件分析,若记My(X) =1为正常， My(X) =0为故障，则FA=1则表示微机调节器A的频率测量模块正常；FA=0表示微机调节器A的频率测量模块故障。 记：MA(X)=FADIADOAAIAAOACA 则 MA(X)=1，表示微机调节器A中各模块工作正常。 MA(X)=0，表示微机调节器A中至少有一个模块工作不正常。 记：MB(X)=FBDIBDOBAIBAOBCB 则 MB(X)=1，表示微机调节器A中各模块工作正常。 MB(X)=0，表示微机调节器A中至少有一个模块工作不正常。 MA(X)MB(X)X=F.DI.DO.AI.
4、AO=1，表示调节器A和B中的故障模块不相同。,二、冗余系统的组成原理, 微机调速器的硬件分析,微机调节器A、B间切换条件： 当MA(X)=1、MB(X)=1时，可在调节器A和调节器B间进行人为切换，使其中任一机为主机，另一机为辅机。 调节器A为主机时，若MA(X)=1、MB(X)=0时，表明调机器A中各模块正常，调机器B中至少有一个模块不正常，此时将无法由调机器A切换到调节器B。反之亦然。 若MA(X)=0、MB(X)=1，则系统自动切换到调节器B工作。,二、冗余系统的组成原理, 微机调速器的硬件分析,微机调节器A和B交叉构成一套新的正常调速器： 微机调节器A和微机调节器B间通过MB+网实现
5、实时交换数据，使两者数据共享，并完全一致。因此，只有当微机调节器A和B之间通讯正常时才可以实现交叉冗余系统，即CACB=1。若CACB=0，则只能成为独立双机的冗余结构。 微机调节器A为主机，如出现MA(X)=0、MB(X)=0，但MA(X)MB(X)X=F.DI.DO.AI.AO=1，则可以由微机调机器A和B中的正常模块共同构成一正常工作机工作。,二、冗余系统的组成原理, 微机调速器的硬件分析,自动切换逻辑： 设微机调节器A为主机，则 MA(X)=1、MB(X)=1，表示不切换。 MA(X)=1、MB(X)=0，表示不切换。 MA(X)=0、MB(X)=1，表示切换到微机调速器B为主机。 M
6、A(X)=0、MB(X)=0、MA(X)MB(X)X=F.DI.DO.AI.AO=1、 CACB=1，则微机调节器A为主机，两机正常模块交叉构成正常结构的调节器。 MA(X)=0、MB(X)=0、MA(X)MB(X)X=F.DI.DO.AI.AO=0，则无法交叉构成正常结构的调节器，报警。,三、冗余系统的硬件结构,电源冗余 可编程控制器冗余 传感器冗余 人机界面 通讯,三、冗余系统的硬件结构,微机调节器软件设计,三、冗余系统的硬件结构,微机调节器软件设计,调速器由双微机调节器A和B为控制器的自动调节通道和通过电气手动装置/机械液压自复中机构构成的手动控制通道组成。 自动调节通道为各自独立的CP
7、U、I/O通道、测频、导叶反馈和电源的双微机调节器A和B比例伺服阀。 自动调节通道的双微机调节器A和B之间通过现场总线进行实时数据交换。现场总线保证自动调节通道/电气手动控制系统之间的无扰动切换。,三、冗余系统的硬件结构,微机调节器软件设计,自动通道故障时，主配压阀复中，可靠地实现自动工况到电气手动工况的无扰动切换。 电气手动装置工作原理是微机调节器A和B跟踪接力器实际开度度，以实现电气手动到自动的无扰动切换。,三、冗余系统的硬件结构,微机调节器软件设计,各种方式之间可以实现无扰动的切换，包括：自动通道调节器A和B之间切换； 现地、远方操作开关切换； 调节器A和B故障自动切换。 自动通道、电气
8、手动之间的切换,三、冗余系统的硬件结构,微机调节器软件设计,电源部分一般微机调节器一般是由交流电源和直流电源同时供电的。要求交流电源的额定频率为50Hz（出口产品可能为60Hz）、额定电压为220V（出口产品可能为110V）、电源容量应满足各种工况和环境条件的要求。要求直流电源的额定电压为220V（有的电站直流额定电压为110V）、电源容量应满足各种工况和环境条件的要求。,三、冗余系统的硬件结构,微机调节器软件设计,电源部分对于冗余系统的调速器系统，电源部分要求更加严格。一般采用对各套调节器、传感器、测频模块分别供电。保证各套电源之间相互影响。,三、冗余系统的硬件结构,微机调节器软件设计,可编
9、程控制器冗余要求PLC硬件支持热备，或者可以通过通讯方式方便、迅速的交换数据。调节器具有完全独立的CPU、I/0通道。,三、冗余系统的硬件结构,微机调节器软件设计,传感器冗余对于重要的传感器全部采用两套或者三套，同时进入调速器的输入通道。如：导叶、桨叶位移信号；频率信号；重要开关量信号；,三、冗余系统的硬件结构,微机调节器软件设计,人机界面可以同时采集冗余系统中各套调节器中的数据。,触摸式图形显示操作终端, 微机调速器的硬件分析,工控机监控系统 界 面,触摸式图形显示操作终端, 微机调速器的硬件分析,工控机监控系统 界 面,触摸式图形显示操作终端, 微机调速器的硬件分析,工控机监控系统 界 面
10、,触摸式图形显示操作终端, 微机调速器的硬件分析,工控机监控系统 界 面,触摸式图形显示操作终端, 微机调速器的硬件分析,工控机监控系统 界 面,三、冗余系统的硬件结构,微机调节器软件设计,通讯协议CC-LINKMB+网基于MODUBS的TCP/IP,三、冗余系统的硬件结构,微机调节器软件设计,通讯协议CC-LINKCC-Link是Control & Communication Link的简称，是一种可以同时高速处理控制和信息数据的现场网络系统，可以提供高效、一体化的工厂和过程自动化控制。,三、冗余系统的硬件结构,微机调节器软件设计,通讯协议CC-LINK,三、冗余系统的硬件结构,微机调节器软
11、件设计,MB+网MB网是ModBusPlus网络的简称，它是一种高速现场总线网络，允许计算机、可编程控制器PLC和其他数据源以对等式令牌循环方式进行通信，其电气特性为RS485，适用于工业控制领域。MB网具有高速、对等通信、结构简单、安装费用低等特点；其通信速度为1MBPs，通信介质为双绞线或同轴电缆或光纤。 MB网上的节点均为对等逻辑关系，通过获得令牌来传递网络信息。网络中的每一个节点均分配有一个惟一的地址，一个节点拥有令牌就可以与所选的目标进行信息传递，或与网络上所有节点交换信息。,三、冗余系统的硬件结构,微机调节器软件设计,MB+网,三、冗余系统的硬件结构,微机调节器软件设计,基于MOD
12、UBS的TCP/IPMODBUS TCP/IP是简单的、中立厂商的用于管理和控制自动化设备的MODBUS系列通讯协议的派生产品。显而易见，它覆盖了使用TCP/IP协议的 “Internet”环境中MODBUS报文的用途。,三、冗余系统的硬件结构,微机调节器软件设计,基于MODUBS的TCP/IP目前中国已把Modbus TCP作为工业网络标准之一，用户可免费获得协议及样板程序，可在Unix、Linux、Windows下运行，不需要专门驱动程序。在国外，Modbus TCP被国际半导体业SEMI定为网络标准，国际水处理、电力系统也把它作为应用的事实标准，还有越来越多行业作为标准来用；,四、冗余系统的软件设计,可编程控制器软件 PLC调速器程序,可编程控制器的编程软件,微机调节器软件设计,三菱公司PLC的编程环境 GX Developer 8.0施耐德公司PLC的编程环境 PL74.5,PLC调速器程序,微机调节器软件设计,PLC程序与一般调速器不同的地方： 数据交换主用调节器通过现场总线读取非主用调节器数据。表决系统双机冗余系统主用调节器中的两组数据，选择无故障的一组。 三机冗余系统中主用调节器中数据选取。例如：导叶开度反馈、频率主从切换 判断大故障，无法构成交叉冗余容错系统时，由主用调节器切换到非主用的无故障调节器。,感谢各位领导、专家,武汉事达电气股份有限公司 2008.10,
