一种电厂模拟量输出通道的有效性检测系统的制作方法

本实用新型涉及一种电厂模拟量输出通道的有效性检测系统，属于电厂运行控制与优化技术领域。

背景技术：

作为目前大多数电厂控制系统的核心，分布式控制系统(Distributed Control System，DCS)本质上是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机，通信、显示和控制等4C技术。在电厂的控制、优化系统技术改造项目中，新增加的控制器一般通过硬接线的方式与DCS相连接；即新增控制器的模拟量输出(Analog Output，AO)模块与DCS的模拟量输入(Analog Input，AI)模块相连接。

其中，硬接线即具有接线端子和测试点的传统接线方式，其优点是：所有电气量的输入输出模块可以统一管理、集中布置；中转环节少，信号响应速度快，安全可靠；电缆一次铺设正确后故障概率低，便于维护。目前大部分的电厂和设计院认为硬接线是电气系统接入DCS的最可靠方式。然而，对于可靠性要求更高的控制、优化系统技术改造项目，普通的硬接线方式的可靠性仍然不足；尤其是对通道有效性要求较高的场合，这种方式无法将通道的实时状态告知控制器和DCS；当故障发生时，如某一通道断开，需要人工排查故障并排除，耗时较长。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于，提供一种电厂模拟量输出通道的有效性检测系统，通过利用所述系统，可以实现将各模拟量输出通道的实时状态反馈至控制器和DCS，从而缩短故障排查时间。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下的技术方案：一种电厂模拟量输出通道的有效性检测系统，包括：控制器上位机、控制器、模拟量输出模块、模拟量输入模块和电源，所述的控制器、模拟量输出模块、模拟量输入模块分别通过电源线与电源连接，控制器上位机通过网线与控制器连接，所述的模拟量输出模块、模拟量输入模块分别通过RS-485或RS-232串口与控制器连接，模拟量输出模块与模拟量输入模块通过硬接线连接。

本实用新型中，每个模拟量输出模块的输出通道数量为n，模拟量输出模块的个数为a；每个模拟量输入模块的输出通道数量为m，模拟量输入模块的个数为b；模拟量输出模块与DCS电流模拟量输入卡件之间的通道包括：x个输出通道、y个冗余通道和z个有效性通道，其满足：

x+y+z＝an＝bm；

即系统中总的通道数量为an，模拟量输出模块与DCS电流模拟量输入卡件之间的每个输出通道和冗余通道都需要反馈至模拟量输入模块，从而可以获知每个输出通道和冗余通道的有效性状态。

本实用新型中，将模拟量输出模块通过硬接线接入DCS系统的电流模拟量输入卡件，从而实现将输出通道及冗余通道的有效性状态反馈给DCS系统。

优选的，根据模拟量输出模块和模拟量输入模块的不同类型，模拟量输出模块与DCS电流模拟量输入卡件之间以及模拟量输出模块与模拟量输入模块之间的连线方式分为以下三种：

(一)若模拟量输出模块为4～20mA电流模拟量输出模块，模拟量输入模块(4)为4～20mA电流模拟量输入模块，则对于每个通道，模拟量输出模块的正极接模拟量输入模块的正极，模拟量输入模块的负极接DCS电流模拟量输入卡件的正极，DCS电流模拟量输入卡件的负极接模拟量输出模块的负极(即对于每个通道，需要保证模拟量输出模块至模拟量输入模块再到DCS电流模拟量输入卡件的串联接法)；

(二)若模拟量输出模块为0～10V电压模拟量输出模块，模拟量输入模块为0～10V电压模拟量输入模块，则对于每个通道，模拟量输出模块的正极接模拟量输入模块的正极和DCS电流模拟量输入卡件的正极，模拟量输出模块的负极分别接模拟量输入模块的负极和DCS电流模拟量输入卡件的负极，其中，模拟量输出模块的正极和DCS电流模拟量输入卡件的正极之间还串接有500Ω的电阻(即对于每个通道，需要保证模拟量输出模块至模拟量输入模块再到DCS电流模拟量输入卡件(前置串联500Ω电阻)的并联接法)；

(三)若模拟量输出模块为4～20mA电流模拟量输出模块，模拟量输入模块为0～10V电压模拟量输入模块，则对于每个通道，模拟量输出模块的正极接模拟量输入模块的正极，模拟量输入模块的正、负极之间并联接有500Ω的电阻，模拟量输入模块的负极接DCS电流模拟量输入卡件的正极，DCS电流模拟量输入卡件的负极接模拟量输出模块的负极(即对于每个通道，需要保证模拟量输出模块至模拟量输入模块并接电阻再到DCS电流模拟量输入卡件的串联接法)。

以上三种连线方式，均可以实现本实用新型的所有功能，满足工程实践需求。

与现有技术相比，通过利用本实用新型中的电厂模拟量输出通道的有效性检测系统，从而实现了将各模拟量输出通道的实时状态反馈至控制器和DCS，从而缩短了故障排查时间。另外，本实用新型还兼顾通道冗余，在通道故障时实现在线切换。

附图说明

图1为本实用新型中通道有效性检测的硬件系统的总体连接方式示意图；

图2为本实用新型中控制器与多个模拟量输出模块、模拟量输入模块的连接方式示意图；

图3为模拟量输出模块、模拟量输入模块均为4～20mA电流模拟量输出模块时，各通道的连接方式示意图；

图4为模拟量输出模块、模拟量输入模块均为0～10V电压模拟量输出模块时，各通道连接方式示意图；

图5为模拟量输出模块均为4～20mA电流模拟量输出模块，模拟量输入模块均为0～10V电压模拟量输出模块时，各通道的连接方式示意图。

附图标记：1-控制器上位机，2-控制器，3-模拟量输出模块，4-模拟量输入模块，5-电源。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

具体实施方式

本实用新型的实施例：一种电厂模拟量输出通道的有效性检测系统，如图1所示，包括：控制器上位机1、控制器2、模拟量输出模块3(即AO模块)、模拟量输入模块4(即AI模块)和电源5，所述的控制器2、模拟量输出模块3、模拟量输入模块4分别通过电源线与电源5连接，控制器上位机1通过网线与控制器2连接，所述的模拟量输出模块3、模拟量输入模块4分别通过RS-485或RS-232串口与控制器2连接，模拟量输出模块3与模拟量输入模块4通过硬接线连接。

上述的电厂模拟量输出通道的有效性检测系统中，如图2所示，每个模拟量输出模块3的输出通道数量为n，模拟量输出模块3的个数为a；每个模拟量输入模块4的输出通道数量为m，模拟量输入模块4的个数为b；模拟量输出模块3与DCS电流模拟量输入卡件之间的通道包括：x个输出通道、y个冗余通道和z个有效性通道，其满足：

x+y+z＝an＝bm；

即系统中总的通道数量为an，模拟量输出模块3与DCS电流模拟量输入卡件之间的每个输出通道和冗余通道都需要反馈至模拟量输入模块4。

“输出通道”特指输出模拟量信号的主要通道，正常情况下会不停的工作，向DCS发送信号；“冗余通道”是当“输出通道”故障时，通过系统实现热切换，即无扰、无间隔的切换；有效性检测不是最终目的，通过冗余通道的热切换保障系统的可靠性是本系统的重要作用；

“有效性通道”用于“输出通道”和“冗余通道”的有效性检测，而“有效性通道”自身的有效性并不需要检测，即无需将该通道反馈至AI模块。原因有二：1、若该类型通道故障，系统失效，即使检测出其余通道有效性信息也无法变送，没有意义，该情况下心跳包也无法传输，根据DCS提示信息直接检修“有效性通道”即可；2、该类型通道数量很少，检修也很方便。

如图1所示，本实用新型中，将模拟量输出模块通过硬接线接入DCS系统的电流模拟量输入卡件，从而实现将输出通道及冗余通道的有效性状态反馈给DCS系统。

本实用新型中，可根据模拟量输出模块3和模拟量输入模块4的不同类型，模拟量输出模块3与DCS电流模拟量输入卡件之间以及模拟量输出模块3与模拟量输入模块4之间的连线方式分为以下三种：

(一)如图3所示(本图仅标识第一通道，其余通道的连接方式与第一通道相同)，若模拟量输出模块3为4～20mA电流模拟量输出模块，模拟量输入模块4为4～20mA电流模拟量输入模块，则对于每个通道，模拟量输出模块3的正极接模拟量输入模块4的正极，模拟量输入模块4的负极接DCS电流模拟量输入卡件的正极，DCS电流模拟量输入卡件的负极接模拟量输出模块3的负极(即对于每个通道，需要保证模拟量输出模块3至模拟量输入模块4再到DCS电流模拟量输入卡件的串联接法)；

(二)如图4所示(本图仅标识第一通道，其余通道的连接方式与第一通道相同)，若模拟量输出模块3为0～10V电压模拟量输出模块，模拟量输入模块4为0～10V电压模拟量输入模块，则对于每个通道，模拟量输出模块3的正极接模拟量输入模块4的正极和DCS电流模拟量输入卡件的正极，模拟量输出模块3的负极分别接模拟量输入模块4的负极和DCS电流模拟量输入卡件的负极，其中，模拟量输出模块3的正极和DCS电流模拟量输入卡件的正极之间还串接有500Ω的电阻(即对于每个通道，需要保证模拟量输出模块3至模拟量输入模块4再到DCS电流模拟量输入卡件(前置串联500Ω电阻)的并联接法)；

(三)如图5所示(本图仅标识第一通道，其余通道的连接方式与第一通道相同)，若模拟量输出模块3为4～20mA电流模拟量输出模块，模拟量输入模块4为0～10V电压模拟量输入模块，则对于每个通道，模拟量输出模块3的正极接模拟量输入模块4的正极，模拟量输入模块4的正、负极之间并联接有500Ω的电阻，模拟量输入模块4的负极接DCS电流模拟量输入卡件的正极，DCS电流模拟量输入卡件的负极接模拟量输出模块3的负极(即对于每个通道，需要保证模拟量输出模块3至模拟量输入模块4并接电阻再到DCS电流模拟量输入卡件的串联接法)。

假设共8个模拟量输出模块3(即AO模块)，每个AO模块有4个输出通道；共8个模拟量输入模块4(即AI模块)，每个AI模块有4个输出通道，总共32个通道。假设其中模拟量信号输出通道共14个，冗余通道14个，有效性通道4个。

假设，8个AO模块均为4～20mA电流模拟量输出模块，8个AI模块均为0～10V电压模拟量输入模块。则对于每个通道，需要保证AO模块至AI模块并接电阻再到DCS模拟量输入卡件的串联接法。即对于每个通道，AO模块的正极接AI模块的正极，AI模块的正、负极之间并联接500Ω电阻，AI模块的负极接DCS模拟量输入卡件的正极，DCS模拟量输入卡件的负极接AO模块的负极。所有接线均采用硬接线的方式；各通道的连接方式如图5所示。

对于有效性通道，可采用以下有效性检测协议：每个有效性通道负责传输7个输出通道或冗余通道的有效性数据；4个有效性通道依次检测1～7号输出通道、8～14号输出通道、1～7号冗余通道、8～14号冗余通道。

所述系统可根据以下工作原理进行工作：将模拟量输出模块3通过硬接线接入DCS系统的电流模拟量输入卡件；控制器上位机1发出控制指令，控制器2将所述的控制指令转换为RS-485或RS-232信号后，发送至模拟量输出模块3，模拟量输出模块3将模拟量输出至DCS电流模拟量输入卡件，同时将每个输出通道和冗余通道的信号通过模拟量输入模块4反馈至控制器2，控制器2将控制器上位机1发出的控制指令与模拟量输入模块4反馈的指令进行对比，若二者的差值小于一定的阈值，则置对应通道的有效性状态为正常/可用，否则置对应通道的有效性状态为异常/不可用；当控制器2对模拟量输出模块3与DCS电流模拟量输入卡件之间的所有输出通道和冗余通道的有效性进行检测后，将输出通道和冗余通道的有效性状态信息再通过模拟量输出模块3发送至DCS电流模拟量输入卡件，使得DCS系统能够判断出每个输出通道和冗余通道的有效性状态，进而判断是否需要进行冗余通道的热切换。以上内容仅仅是对本实用新型的系统进行的解释说明，并不用于限定本实用新型。