西门子PCS 7的SOE功能的实现及应用_wincc_电机

西门子PCS 7的SOE功能的实现及应用

2007/8/27 15:07:00

在我国50MW-200MW中小型电厂控制系统的市场很大大多都采用中小型DCS控制系统。另外电厂自动控制对DOS的要求比较高，不但有高的可靠性，功能要求也很高，例如毫秒级事件顺序记录功能。在中国SIMATIC PCS 7广泛应用于化工制药、污水处理和水泥等行业，但在电厂控制系统中应用较少，尤其是实现1ms分辨率SOE功能的更少，下面介绍PCS 7的SOE功能的实现及应用。一、SOE介绍随着火电机组随着火电机组日趋规模化和复杂化，生产过程信息瞬间千变万化当机组发生故障时，需要查找出真实原因，并采取相应措施这时就需要对事件进行追忆打印。 SOE为英文Sequence Of Event的缩写，即事件顺序记录。而一般的事件记录只能做到秒级的分辨率，当事件发生后往往同一秒内出现的信息很多，且不能分出先后顺序，这就给事故分析造成了很大的困扰而SOE就能更精确地反映事件情况，它能以毫秒级的分辨率获取事件信息，为事故分析提供有力的证据。SOE系统的输入信号全部为开关量信号，它以高分辨率分辨各个信号状态变化的先后次序，帮助在事故情况下分辨故障的原因找出首出故障因此SOE成为分析事故的主要记录手段。二、PCS 7的SOE系统组成 1．体系结构 PCS 7的SOE系统，基于S7-400系列AS站，其上有一时钟同步模块，使整个PCS 7系统的时间同步。当事件发生时，高时间分辨率的DI模块根据这个时间来记录，通过PCS 7的SOE驱动功能块，将事件打上时间标签，送到上位机操作员站，产生SOE报告记录，如图1为SOE系统体系结构图。

2．硬件组成 SOE系统硬件一般包括：S7-400系列CPU，时间同步模块SICAMMCP，信号记录输入模块SICAMDI32和外部时钟。以下进行逐一介绍。（1）S7-400系列CPU S7-400系列CPUI是西门子自动化站（AS）的核心，其根据自身的优化程序实现本工段内的设备调节和优化控制功能；采集本工段内的模拟量、数字量、脉冲量等信号，通过工业以太网将信号传输到操作员站，并接收操作员站的控制设定指令。S7-400的CPU集成了Profibus-DP接口和工业以太网接口，可以同自动化控制系统现场I/O单元或操作管理层连接，非常适合作为PCS 7的自动化站。（2）SICAMMCP模块 SICAMMCP模块，是SIMATICS7-400自动化站的时钟同步模块，接受外部时钟信号，作为SIMATICS7400系统的时钟主站，控制CPU和功能组的时钟同步。在MCP中，其内部时钟与外部参考时钟不偏离过1ms，保证其高度实时性。SICAMMCP作为时钟主站，周期的向CPU和所有K总线模块广播设定时钟，在下一分钟将设置时间。MCP在传输时钟的同时在系统总线上触发同步时钟中断。随后ICPU和所有其他K总线模块接受传输过来的时钟每隔一分钟，执行一次此同步程序。（3）SICAMD132模块 SICAMDI32模块，是用于SICAM系统的处理数字量输入信号的DI功能模块。它能够处理32个通道，高达1ms分辨率的隔离、无干扰和快速采集的数字量信号。 D131模块中有一事件缓存区，可以存储多达200事件。当探At到状态变化时D132按时间顺序将采集到的数据存放到其事件缓存中，分辨率为lmsoDI32输出一个过程报警（PRAL），使CPU获得存储在事件缓存中的数据。 D132有多种不同的功能处理采集到的状态变化： 1）单点信息Single-point information：每次输入信号进来和离开，都要存储到缓存中，并且更新过程映像区。 2）瞬时信息Transient information：跟单点信息功能不同的是，只在信号进入时才存储到缓存更新过程映像区。 3）双点信息Double-pointinformation：设备的两点状态（例如开启／关闭）可以用两个输入来描述。每次双点信息改变，存储到缓存中，并且更新过程映像区。（4）外部时钟 MCP接受信号发送装置的时钟信号，信号发送装置可以是DCF-77或者GPS接受器。 DCF-77信号是由德国某地点广播的一种时间信号，覆盖大约2000Km方圆。西门子标准接受器精度可达到士2ms，由于其地域局限性，不用在中国市场。 GPS是美国的卫星导航系统，在地球外20，OOOkm分布有24颗卫星，可以在任何地方接受它们传输的时钟信号。GPS接受器接受的时钟精度跟天线可以接受的卫星数量有关，如果有4颗卫星，可以达到�1us。 3．软件组态（1）SOE软件描述 SOE功能实现需要的软件主要有：SIMATIC PCS 7工具集、SICAMPLUS TOOLS和SOE Driver Blocks等。 1）SIMATIC PCS 7工具集 SIMATIC PCS 7工具集基于三统（统一的数据管理、统一的通信和统一的组态和编程软件），集成了强大的各种系统软件。其中包含有SIMATIC MANAGER，CFC和WINCC等。 SIMATIC MANAGER采用了现代化的软件体系结构，对项目进行管理、处理、归档和建立文件。连续功能图CFC是一种简洁的图形组态工具，采用了IEC-1131的标准用CFC有助于节省时间和费用，大大简化了系统的组态和维护。这里我们用CFC对SOE功能块进行组态。 2）SICAMPLUS TOOLS 为了在S7项目中集成MCP和DI32，我们需要在SIMATIC Step 7 Manager安装附加软件SICAMPlus TOOLS SICAMPlus TOOLS中包含了MCP和DI（CO.AI）模块之间进行同步必需的运行组件。 3）SOE Driver Blocks SOE Driver Blocks是一个程序库，其中包含PCS 7的SOE功能块，用这些功能块可以将SICAMD132和SICAMMCP连接到PCS 7过程控制系统中。（2）关键组态 1）首次使用MCP模块时，由于Firmware问题下载时出错，需要重新装载Firmware。 2）与MCP模块一起使用的CPU的时钟类型设置为Slave。 3）应该在MCP和CPU之间建立S7CONNECTION，这样时钟同步才能起作用。 4）CFC组态SOE功能块时，在其属性中设置每个SOE消息事件。 5）操作员站通过WINCC的ALARMCONTROIL控件来记录通过设置丁EXTBLOCK的AREA属性为SOE来筛选SOE事件。三、实际应用 1．工程背景及要求山西鲁能晋北铝业有限公司自备电站工程为四炉三机，循环流化床锅炉4台、门台抽凝式汽轮机2台背压机锅炉主蒸汽和给水均为母管制；发电机为空冷式汽轮发电机。根据本工程是母管运行的特点，锅炉、汽机和公用系统必须配置独立的SOE装置。如表1为各系统需要采集的SOE信号分布。系统应提供高速顺序记录装置，其时间分辨率应不大于1ms接入事件顺序记录装置的任何一点的状态变化至特定状态时，立即启动事件顺序记录装置。事件顺序记录应包括测点状态、中文描述以及三个校正时间。即接入该装置的任一测点发生状态改变的继电器动作校正时间，启动测点状态改变的校正时间，毫秒级地扫描第一个测点状态改变与扫描随后发生的测点状态改变之间的时间差校正。所以SOE记录应按经过时间校正的顺序排列，并按小时、分、秒和毫秒打印出来。 2．系统设计及实现本系统采用一套CPU416-2DP的自动化站来实现SOE功能，用7块SIMCMD13224VDC（32*7=224通道）采集SOE信号通过CP443-1连接到DCS的工业以太网上传输数据给操作员站通过SICLOKTM将采集到的CPS数据传输给MCP模块实现1ms时钟。如图2为测试的操作员站SOE画面。