一种火电机组模拟手动站结构的制作方法

本实用新型涉及电厂控制技术领域，具体涉及一种火电机组模拟手动站结构。

背景技术：

火电机组发电过程中包含了大量的模拟量控制和调节，例如各种压力值，温度值，一次风量，水流量，发电负荷等。这些模拟量值需要在手动和自动之间切换，并且在手动方式下支持各种设定接口。模拟量控制的精度直接决定机组是否能够高效率运行，节约燃煤。自动方式的准确性和实时性对机组的运行控制至关重要。模拟量值的操作和设置如果不合理，往往会导致发电机组停机，严重的会造成设备损坏、人员伤亡等重大安全事故。模拟量值的操作方法及选择至关重要，目前很多模拟量操作、手自动选择方法可靠性不高，支持的操作接口不能满足实际机组运行的需求，并且运行界面复杂，复杂的操作步骤和流程增加了误操作的概率，具有潜在的局限性，不能够满足火电机组模拟量操作的需求。在此基础上，提出一种火电机组模拟手动站结构及方法。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术存在的问题，本实用新型的目的是提供一种火电机组模拟手动站结构，该模拟手动站结构连接关系简单，工作方式多样包括跟踪、手动和自动三种工作方式，各工作方式之间可以灵活切换，模拟量输出AO受输出变化率限制，具有重启后保位功能,安全稳定。

为达到以上目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种火电机组模拟手动站结构，包括工程师站A、操作员站B、交换机C、控制器D、模拟量输入模件E、输入端子板F、模拟量输出模件G和输出端子板H；

所述工程师站A和操作员站B分别与交换机C之间通过以太网线连接，控制器D和交换机C之间通过以太网线连接，模拟量输入模件E与控制器D之间通过标准的CAN总线连接,模拟量输出模件G与控制器D之间通过标准的CAN总线连接，输入端子板F和模拟量输入模件E通过标准的DB37线连接，模拟量输出模件G和输出端子板H通过标准的DB37线连接。

所述输入端子板F包含8个输入通道，每个输入通道包含两个接线柱，一个为正极接线柱,一个为负极接线柱，提供4-20mA的两线制模拟量信号接入。

所述输出端子板H包含8个输出通道，每个输出通道包含两个接线柱，一个为正极接线柱,一个为负极接线柱，对外提供4-20mA两线制模拟量信号输出。

工程师站A和操作员站B提供模拟手动站的操作接口，包括执行在线命令和离线配置两种操作；在线命令通过控制组态调试操作和监控画面操作两种方式执行,其中控制组态调试操作仅运行在工程师站A，监控画面操作在工程师站A和操作员站B同时运行。

工程师站A和操作员站B具有不同的权限，其中工程师站A的权限最高，操作员站B的权限次之；工程师站A具有执行在线命令和离线配置两种操作的权限，能够执行在线命令操作和离线配置操作；操作员站B具有执行在线命令操作的权限，并且只能通过监控画面的操作面板执行在线命令操作，不能通过控制组态调试操作执行在线命令操作，并且不能进行离线配置操作。

控制器D按照设定的运算周期执行计算，控制器的运算周期必须为50毫秒的整数倍，用户通过工程师站A设置控制器D的运算周期。

输入端子板F采集4-20mA模拟量信号，模拟量输入模件E将采集的模拟量信号转换成数字信号发送给控制器D；控制器D将需要输出的数字信号发送给模拟量输出模件G，模拟量输出模件G将该数字信号转换成模拟信号，通过输出端子板H完成4-20mA模拟量信号的输出。

所述的一种火电机组模拟手动站结构的工作方法：

模拟手动站，符号表示为M/A，模拟手动站的输入包括过程变量PV、设备位置反馈FB、模拟量输入AI、输出跟踪值TR、输出值跟踪开关STR、设定跟踪值SPTR、设定值跟踪开关SPSTR、强制自动ARE和强制手动MRE；

模拟手动站的输出包括模拟量输出AO、设定值输出SP和手自动标志MA；

模拟手动站的中间参数包括输出上限OutHigh、输出下限OutLow、设定值输出上限SpHigh、设定值输出下限SpLow和切换变化率Rate。

输入端子板F将采集的4-20mA模拟量信号发送给模拟量输入模件E，模拟量输入模件E将采集的模拟量信号转换成数字信号发送给控制器D；控制器D根据工程应用的配置和连接关系将这些信号赋给模拟手动站的对应输入；

控制器执行完成模拟手动站的方法后，将模拟手动站的输出发送给模拟量输出模件G,模拟量输出模件G将该数字信号转换成模拟信号，通过输出端子板H完成4-20mA模拟量信号的输出；

模拟手动站有三种工作方式，分别是跟踪方式、手动方式和自动方式；三种工作方式有不同的优先级，其中跟踪方式优先级最高，其次为手动方式，然后为自动方式；

当输出值跟踪开关STR＝1时，模拟手动站处于跟踪方式；当强制手动MRE＝1，强制自动ARE＝0时，模拟手动站处于手动方式；当通过控制组态调试操作和监控画面的操作面板设置为手动方式时，模拟手动站处于手动方式，此时MRE＝1，ARE＝0；当强制手动MRE＝0，强制自动ARE＝1时或者通过控制组态调试操作和监控画面的操作面板设置为自动方式时，模拟手动站处于自动方式。

模拟手动站根据控制器D设定的运算周期执行运算，每个运算周期需要判定设定值输出SP、模拟量输出AO和手自动标志MA；

(1)设定值输出SP的判定方法

每个运算周期，首先判断设定值跟踪开关SPSTR，当设定值跟踪开关SPSTR＝1时，设定值输出SP＝设定跟踪值SPTR；当设定值跟踪开关SPSTR≠1时，设定值输出SP＝上周期的设定值输出；

设定值输出SP支持通过控制组态调试操作和监控画面的操作面板进行手动操作；

(a)控制组态手动操作分为：SP增、SP减、SP直接输出三种方式；

(b)监控画面手动操作：按下增减按钮时，首先设定值输出SP直接按照设定增减幅值增减，如果按下时间大于2秒时，在已实现增减幅值的基础上进一步按照设定的增减速率增减设定值输出SP；

设定值输出SP同时受到设定值输出上限SpHigh、设定值输出下限SpLow的限制；当SP>SpHigh时，为确保设备安全，使SP＝SpHigh；当SP<SpLow时，为确保设备安全，使SP＝SpLow；

(2)模拟量输出AO的判定方法

每个运算周期，首先判断输出值跟踪开关STR，当输出值跟踪开关STR＝1，模拟手动站处于跟踪方式，模拟量输出AO＝输出跟踪值TR；

当输出值跟踪开关STR≠1时，需要进一步判断模拟手动站工作方式，当模拟手动站工作在自动方式时，模拟量输出AO＝模拟量输入AI；

控制器D重启后模拟手动站初次运行时的模拟量输出AO具有保位的功能，即模拟量输出AO等于设备位置反馈FB，即AO＝FB；

当模拟手动站处于手动方式时，通过控制组态调试操作和监控画面的操作面板对模拟量输出AO进行手动操作，模拟量输出AO按照如下方法输出：

(a)控制组态的调试操作分为模拟量输出AO增操作、模拟量输出AO减操作和模拟量输出AO直接输出操作三种方式，增减操作按照用户设置的增减值进行增减，按照用户的给定值直接输出到模拟量输出AO；

(b)监控画面手动操作向用户提供手动设置模拟手动站模拟量输出AO的方法，监控画面的操作面板提供增按钮、减按钮和直接输出按钮，按照如下方法进行，当按下增按钮或者减按钮时，模拟手动站模拟量输出AO直接按照设定的增减幅值增减一次，如果按下时间大于2秒时，按照设定的增减速率增减模拟量输出AO，当按直接输出按钮时，模拟手动站模拟量输出AO的值等于直接输出按钮提供的输出值；

在自动方式或者手动工作方式下、模拟量输出AO受切换变化率Rate的限制，每个周期模拟量输出AO采用如下方法计算：

当(AOCurrent-AOLast)/dt>Rate,模拟量输出AO＝AOLast+Rate*dt；

当(AOLast-AOCurrent)/dt<Rate，模拟量输出AO＝AOLast-Rate*dt；

其中AOLast表示上个计算周期模拟量输出AO的值，AOCurrent表示本计算周期模拟量输出AO的计算输出值，Rate表示切换变化率Rate,dt表示控制器D设定的运算周期；

模拟量输出AO同时受到输出上限OutHigh和输出下限OutLow的限制；当AO>OutHigh时，为确保设备安全，使AO＝OutHigh；当AO<OutLow时，为确保设备安全，使AO＝OutLow；

(3)手自动标志MA的判定方法

当模拟手动站处于手动方式时，手自动标志MA＝1，当模拟手动站处于自动方式时，手自动标志MA＝0；模拟手动站初始化工作方式为手动方式，手自动标志MA＝1；每个运算周期，首先判断强制自动ARE和强制手动MRE的状态，当强制自动信号ARE＝1时，手自动标志MA＝0；当强制手动信号MRE＝1时，手自动标志MA＝1。

本实用新型和现有技术相比，具有如下优点：

1、模拟手动站工作方式多，用户可以根据需求选择合适的工作模式。

2、模拟量输出AO同时受到输出上限和输出下限的限制，使得模拟手动站的模拟量输出更加安全。

3、模拟量输出AO受到输出变化率的限制，使得模拟手动站对模拟量的控制更加平稳，并且在各种工作方式切换时，输出模拟量能够通过设定的安全速率进行变化，不会出现剧烈的变化。

4、模拟手动站具有重启控制器后模拟量输出AO保位的功能，即控制器重启后模拟量输出AO等于设备位置反馈FB，而不会出现控制器重启后模拟手动站模拟量输出AO初始化为0。

附图说明

图1是一种火电机组模拟手动操作站组成及连接结构示意图。

图2是一种火电机组模拟手动操作站逻辑模型图。

图3是电厂模拟手动站应用示意图。

具体实施方式

以下结合附图以及工程中的应用实例，对本实用新型做进一步详细描述。

如图1所示，本实用新型一种火电机组模拟手动站结构，包括工程师站A、操作员站B、交换机C、控制器D、模拟量输入模件E、输入端子板F、模拟量输出模件G和输出端子板H；所述工程师站A和操作员站B分别与交换机C之间通过以太网线连接，控制器D和交换机C之间通过以太网线连接，模拟量输入模件E与控制器D之间通过标准的CAN总线连接,模拟量输出模件G与控制器D之间通过标准的CAN总线连接，输入端子板F和模拟量输入模件E通过标准的DB37线连接，模拟量输出模件G和输出端子板H通过标准的DB37线连接。

所述输入端子板F包含8个输入通道，每个输入通道包含两个接线柱，一个为正极接线柱,一个为负极接线柱，提供4-20mA的两线制模拟量信号接入。

所述输出端子板H包含8个输出通道，每个输出通道包含两个接线柱，一个为正极接线柱,一个为负极接线柱，对外提供4-20mA两线制模拟量信号输出。

工程师站A和操作员站B提供模拟手动站的操作接口，包括执行在线命令和离线配置两种操作；在线命令通过控制组态调试操作和监控画面操作两种方式执行,其中控制组态调试操作仅运行在工程师站A，监控画面操作在工程师站A和操作员站B同时运行；

工程师站A和操作员站B具有不同的权限，其中工程师站A的权限最高，操作员站B的权限次之；工程师站A具有执行在线命令和离线配置两种操作的权限，能够执行在线命令操作和离线配置操作；操作员站B具有执行在线命令操作的权限，并且只能通过监控画面的操作面板执行在线命令操作，不能通过控制组态调试操作执行在线命令操作，并且不能进行离线配置操作；

控制器D按照设定的运算周期执行计算，控制器的运算周期必须为50毫秒的整数倍，用户通过工程师站A设置控制器D的运算周期；

输入端子板F采集4-20mA模拟量信号，模拟量输入模件E将采集的模拟量信号转换成数字信号发送给控制器D；控制器D将需要输出的数字信号发送给模拟量输出模件G，模拟量输出模件G将该数字信号转换成模拟信号，通过输出端子板H完成4-20mA模拟量信号的输出。

如图2所示，本实用新型所述的一种火电机组模拟手动站结构的工作方法：

模拟手动站，符号表示为M/A，模拟手动站的输入包括过程变量PV、设备位置反馈FB、模拟量输入AI、输出跟踪值TR、输出值跟踪开关STR、设定跟踪值SPTR、设定值跟踪开关SPSTR、强制自动ARE和强制手动MRE；

模拟手动站的输出包括模拟量输出AO、设定值输出SP和手自动标志MA；

模拟手动站的中间参数包括输出上限OutHigh、输出下限OutLow、设定值输出上限SpHigh、设定值输出下限SpLow和切换变化率Rate。

模拟手动站有三种工作方式，分别是跟踪方式、手动方式和自动方式；三种工作方式有不同的优先级，其中跟踪方式优先级最高，其次为手动方式，然后为自动方式；

当输出值跟踪开关STR＝1时，模拟手动站处于跟踪方式；当强制手动MRE＝1，强制自动ARE＝0时，模拟手动站处于手动方式；当通过控制组态调试操作和监控画面的操作面板设置为手动方式时，模拟手动站处于手动方式，此时MRE＝1，ARE＝0；当强制手动MRE＝0，强制自动ARE＝1时或者通过控制组态调试操作和监控画面的操作面板设置为自动方式时，模拟手动站处于自动方式。

模拟手动站根据控制器D设定的运算周期执行运算，每个运算周期需要判定设定值输出SP、模拟量输出AO和手自动标志MA；

(1)设定值输出SP的判定方法

每个运算周期，首先判断设定值跟踪开关SPSTR，当设定值跟踪开关SPSTR＝1时，设定值输出SP＝设定跟踪值SPTR；当设定值跟踪开关SPSTR≠1时，设定值输出SP＝上周期的设定值输出；

设定值输出SP支持通过控制组态调试操作和监控画面的操作面板进行手动操作；

(a)控制组态手动操作分为：SP增、SP减、SP直接输出三种方式；

(b)监控画面手动操作：按下增减按钮时，首先设定值输出SP直接按照设定增减幅值增减，如果按下时间大于2秒时，在已实现增减幅值的基础上进一步按照设定的增减速率增减设定值输出SP；

设定值输出SP同时受到设定值输出上限SpHigh、设定值输出下限SpLow的限制；当设定值输出SP>设定值输出上限SpHigh时，为确保设备安全，使设定值输出SP＝设定值输出上限SpHigh；当设定值输出SP<设定值输出下限SpLow时，为确保设备安全，使设定值输出SP＝设定值输出下限SpLow；

(2)模拟量输出AO的判定方法

每个运算周期，首先判断输出值跟踪开关STR，当输出值跟踪开关STR＝1，模拟手动站处于跟踪方式，模拟量输出AO＝输出跟踪值TR；

当输出值跟踪开关STR≠1时，需要进一步判断模拟手动站工作方式，当模拟手动站工作在自动方式时，模拟量输出AO＝模拟量输入AI；

控制器D重启后模拟手动站初次运行时的模拟量输出AO具有保位的功能，即模拟量输出AO等于设备位置反馈FB，即AO＝FB；

当模拟手动站处于手动方式时，通过控制组态调试操作和监控画面的操作面板对模拟量输出AO进行手动操作，模拟量输出AO按照如下方法输出：

(a)控制组态的调试操作分为模拟量输出AO增操作、模拟量输出AO减操作和模拟量输出AO直接输出操作三种方式，增减操作按照用户设置的增减值进行增减，按照用户的给定值直接输出到模拟量输出AO；

(b)监控画面手动操作向用户提供手动设置模拟手动站模拟量输出AO的方法，监控画面的操作面板提供增按钮、减按钮和直接输出按钮，按照如下方法进行，当按下增按钮或者减按钮时，模拟手动站模拟量输出AO直接按照设定的增减幅值增减一次，如果按下时间大于2秒时，按照设定的增减速率增减模拟量输出AO，当按直接输出按钮时，模拟手动站模拟量输出AO的值等于直接输出按钮提供的输出值；

在自动方式或者手动工作方式下、模拟量输出AO受切换变化率Rate的限制，每个周期模拟量输出AO采用如下方法计算：

当(AOCurrent-AOLast)/dt>Rate,模拟量输出AO＝AOLast+Rate*dt；

当(AOLast-AOCurrent)/dt<Rate，模拟量输出AO＝AOLast-Rate*dt；

其中AOLast表示上个计算周期模拟量输出AO的值，AOCurrent表示本计算周期模拟量输出AO的计算输出值，Rate表示切换变化率Rate,dt表示控制器D设定的运算周期；

模拟量输出AO同时受到输出上限OutHigh和输出下限OutLow的限制；当模拟量输出AO>输出上限OutHigh时，为确保设备安全，使模拟量输出AO＝输出上限OutHigh；当模拟量输出AO<输出下限OutLow时，为确保设备安全，使模拟量输出AO＝输出下限OutLow；

(3)手自动标志MA的判定方法

当模拟手动站处于手动方式时，手自动标志MA＝1，当模拟手动站处于自动方式时，手自动标志MA＝0；模拟手动站初始化工作方式为手动方式，手自动标志MA＝1；每个运算周期，首先判断强制自动ARE和强制手动MRE的状态，当强制自动信号ARE＝1时，手自动标志MA＝0；当强制手动信号MRE＝1时，手自动标志MA＝1。

如附图3为电厂模拟手动站应用示意图，图中模拟手动站的编号为50-3，50-4是模拟量输入，点名为PAI_004010110013，代表1#一级反渗透变频泵反馈值，连接到模拟手动站的FB；04-050-A33表示一个模拟量输入中间点，为一级反渗透变频泵控制指令，连接到模拟手动站的AI；1#一级反渗透启动2、1#一级反渗透启动3和1#一级反渗透运行三个开关量经过50-11或操作后连接到模拟手动站的STR，50-8表示一个常系数功能，其输出为值为15,连接到50-9模拟量输入选择的I2,I1＝0；50-9输出连接模拟量输入选择的TR。模拟量输入选择的AO输出连接50-2,50-2代表AO点PAO_004010110004,是1#一级反渗透变频泵给定值，应用该模拟手动站实现了对1#一级反渗透变频泵的手动控制，自动控制,并且1#一级反渗透变频泵给定值输出受到变化率的限制，当切换开关置1时，1#一级反渗透变频泵给定值输出跟踪TR，通过该模拟手动站实现1#一级反渗透变频泵自动和手动控制器的快速切换，同时可以方便的切换到跟踪方式，保证了1#一级反渗透变频泵的平稳和安全运行。