CN108536111B - 避免热控dcs中控制单元重启后指令归零的处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了避免热控DCS中控制单元重启后指令归零的处理方法，在原有组态逻辑的基础上，引入了选择器以及或门逻辑器，通过控制单元的初始化状态信号控制操作器进入跟踪状态，使操作器输出的控制指令等于被控设备的位置反馈信号，避免了控制单元初始化后控制指令归零，影响机组的安全运行，同时也保留了系统的原有功能。本发明同时还通过引用置数器、非门逻辑器、计时器、比较器和与门逻辑器，提出了三种获取控制单元初始化状态信号的方法。

Description

避免热控DCS中控制单元重启后指令归零的处理方法

技术领域

本发明涉及一种基于DCS系统应用软件组态技术的方法，主要应用于发电厂热控等领域。

背景技术

发电机组DCS系统由控制单元根据控制组态发出控制指令，经AO卡输出（通常为4-20mA控制信号），控制现场被控设备。当被控设备的位置反馈信号（简称阀位）与控制指令相等时，被控制设备进入静止状态、保持位置不变，此时指令与反馈平衡，被控设备处于受控目标位置。

发电机组DCS控制系统通常配置双重分散控制单元，也称作双DPU，主控DPU与副控DPU互为热备用。但是由于某些原因，主、副控DPU同时重启后，会处于初始化的状态，此时控制指令归零。具体情况为：当双重DPU发生故障或处于初始化过程中，DPU与AO卡通讯断开，此时AO卡输入端没有信号输入，AO卡中数字寄存器存储的数字就一直保持在DPU重启开始时前一时刻的数值，此时AO卡输出的模拟量数值就是DPU重启开始时前一时刻的控制指令，并保持不变。如果AO卡件不断电，就会一直保持输出这一控制指令，被控设备不改变位置，不影响工况。如果AO卡件断电，输出为自然零，即0mA，此时被控设备就会启动自身特有的断信号保位功能，位置不发生变化，对工况同样没有影响。当DPU初始化结束后，AO卡就会接收到DPU发出的零指令通讯信号，此时AO卡输出指令为4mA工程零，所述零指令即为工程零，即控制单元直接输出归零的控制指令，被控设备将在这个指令的作用下进入关闭状态。如果该DPU的控制对象是送风调节、引风调节或者给水调节等重要模拟量调节系统，就会改变机组工况甚至造成停机等问题，对机组的安全运行产造成非常严重的后果。因此，在正常的热力控制过程中，是不允许DCS系统的双重DPU发生初始化的。

如图5系统原架构示意图所示，在某一工况时，操作器TS端收到跟踪控制信号时，操作器Y端的输出自动跟踪来自TR端的信号，作为控制指令信号输出。跟踪功能的作用是，当被控设备处于备用状态时，跟踪运行设备的状态。在被控设备处于工作状态时，该控制回路不启动跟踪功能，而是根据工况输出控制指令。

针对上述问题，现有技术主要靠提高供电电源的可靠性、牢固接线、减少DPU的运行负荷、改善工作环境、对DPU进行相关设置以及避免重启时争抢主控等等措施，来避免控制单元初始化。虽然这些措施十分必要，但并不能完全避免双重DPU发生初始化，系统仍然存在上述指令归零引发事故的隐患。

发明内容

本发明提出了避免热控DCS中控制单元重启后指令归零的处理方法，其目的在于：在初始化发生、控制指令归零时，启动跟踪功能，使操作器最终的输出指令与实际工况相衔接，避免引发事故。

本发明技术方案如下：

避免热控DCS中控制单元重启后指令归零的处理方法，控制单元的组态中设有操作器，所述操作器具有跟踪信号端、跟踪开关端和输出端，所述跟踪信号端用于接收被跟踪信号，操作器的输出端用于输出控制指令，所述跟踪开关端用于设置操作器的输出端是否跟踪所述跟踪信号端的信号，其特征在于：组态中还设置有选择器以及或门逻辑器；

所述选择器具有第一输入端、第二输入端、选择控制端和输出端；所述选择控制端用于设置输出端选择输出第一输入端或第二输入端的信号；所述选择器的第一输入端用于输入被控制设备的位置反馈信号；所述选择器的第二输入端用于输入DCS控制单元的原控制回路工况信号；所述选择器的选择控制端用于输入控制单元的初始化状态信号；所述选择器的输出端与操作器的跟踪信号端相连接；

所述或门逻辑器具有第一输入端、第二输入端和输出端；所述或门逻辑器的第一输入端用于输入原控制回路跟踪开关控制信号，所述或门逻辑器的第二输入端用于输入控制单元的初始化状态信号；所述或门逻辑器的输出端与操作器的跟踪开关端相连接。

进一步的，本发明提供了三种获取控制单元的初始化状态信号的方法：

方法一：

所述控制单元的初始化状态信号通过以下方法获取：组态中设置置数器和计时器，控制单元初始化完成后，通过置数器驱动所述计时器计时，计时器输出初始化状态信号，将所述计时器的输出端分别与选择器的选择控制端以及或门逻辑器的第二输入端相连接。

作为方法一的进一步限定：如果将置数器设置为控制单元初始化完成后置数器置“0”，则将置数器的输出端信号通过非门逻辑器取反后输送到所述计时器的输入端。

如果将置数器设置为控制单元初始化完成后置数器置“1”，则将置数器的输出端信号直接输送到所述计时器的输入端。

方法二：

所述控制单元的初始化状态信号通过以下方法获取：通过判断控制单元的若干模拟量控制指令是否同时归零来判断控制单元是否初始化。

作为方法二的进一步限定：选择控制单元的若干模拟量控制信号端，在组态中设置若干与所述若干模拟量控制信号端一一对应的比较器，将各模拟量控制信号端与对应的比较器的输入端相连接，所述比较器用于将模拟量控制信号与零相比较，若模拟量控制信号归零则输出“1”；设置与门逻辑器，将各比较器的输出端分别与所述与门逻辑器的输入端相连接；设置计时器，将与门逻辑器的输出端与计时器的输入端相连接；将所述计时器的输出端分别与选择器的选择控制端以及或门逻辑器的第二输入端相连接。

方法三：

所述控制单元的初始化状态信号通过以下方法获取：组态中设置第一比较器、第二比较器和与门逻辑器；

所述第一比较器的第一输入端用于输入被控制设备的位置反馈信号，第一比较器的第二输入端与操作器的输出端相连接，第一比较器的输出端与所述与门逻辑器的第一输入端相连接；所述第一比较器用于判断被控制设备的位置反馈信号与操作器输出的控制指令之间的差值是否大于预设阈值，如果大于预设阈值则输出端输出“1”，否则输出“0”；

所述第二比较器的第一输入端与操作器的输出端相连接，第二比较器的第二输入端设置为零，即当操作器的输出为零时，第二比较器输出“1”，第二比较器的输出端与所述与门逻辑器的第二输入端相连接；

所述与门逻辑器用于输出所述控制单元的初始化状态信号。

相对于现有技术，本发明具有以下积极效果：（1）本发明实现了控制单元DPU重启初始化后的输出指令与实际工况的衔接，不会导致输出控制指令归零，提高了热力控制过程对DCS系统稳定性和可靠性的容忍度；（2）跟踪在瞬间完成，之后运行操作人员可以随时根据需要任意进行加、减指令操作，不受任何限制，既达到了避免指令归零的目的，又保留了原控制系统的功能，不影响正常操作；（3）本发明还提供了三种获取初始化状态信号的方法，各方法不仅能够准确、及时捕获初始化状态，而且在跟踪后可以自动、或根据指令操作情况退出跟踪状态，不影响正常的指令操作。

附图说明

图1为本发明的基本架构示意图。

图2为实施例一的架构示意图。

图3为实施例二的架构示意图。

图4为实施例三的架构示意图。

图5为系统原架构示意图。

图6为实施例一涉及的给水自动调节的原组态示意图。

图7为实施例一涉及的给水自动调节的改进后组态示意图。

图8为实施例三涉及的给水自动调节的原组态示意图。

图9为实施例三涉及的给水自动调节的改进后组态示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的技术方案：

如图1，避免热控DCS中控制单元重启后指令归零的处理方法，该方法的实现基于图5所示的现有技术常用架构改进而来：控制单元的组态中设有操作器，所述操作器具有跟踪信号端、跟踪开关端和输出端，所述跟踪信号端用于输入被跟踪信号，操作器的输出端用于输出控制指令，所述跟踪开关端用于设置操作器的输出端是否跟踪所述跟踪信号端的信号。

如图1，改进之处在于：组态中还设置有选择器以及或门逻辑器；

所述选择器具有第一输入端、第二输入端、选择控制端和输出端；所述选择控制端用于设置输出端选择输出第一输入端或第二输入端的信号；所述选择器的第一输入端用于输入被控制设备的位置反馈信号；所述选择器的第二输入端用于输入DCS控制单元的原控制回路工况信号；所述选择控制端用于输入控制单元的初始化状态信号，当初始化状态信号到来时，所述选择器接收第一输入端的信号，即被控制设备的位置反馈信号，此时所述选择器的输出信号为被控制设备的位置反馈信号；所述选择器的输出端与操作器的跟踪信号端相连接；

所述或门逻辑器具有第一输入端、第二输入端和输出端；所述或门逻辑器的第一输入端用于输入原控制回路跟踪开关控制信号，所述或门逻辑器的第二输入端用于输入控制单元的初始化状态信号；所述或门逻辑器的输出端与操作器的跟踪开关端相连接。

当DCS的控制单元即DPU初始化完成之后，组态得到初始化状态信号，一方面通过或门逻辑器控制操作器进入跟踪状态，另一方面驱使选择器输出AI1端的被控设备的位置反馈信号（即阀位信号），使操作器最终输出的控制指令等于被控设备的阀位信号，保证DPU发生初始化之后，不会出现控制指令归零的问题。

跟踪发生后，控制指令恢复正常状态，初始化状态信号消失，跟踪结束，控制系统进入正常状态，操作器可以随时接受运行人员的正常操作。本发明通过引入选择器以及或门逻辑器，既达到了避免指令归零的目的，又保留了如图5所示的原控制系统的功能，不影响正常操作。

某些情况下，由于无法直接获取到控制单元的初始化状态信号，需要通过组态判断初始化是否发生，本发明提供了如下三个实施例，各自分别通过不同的方法获取初始化状态信号：

实施例一（方法一）：

本实施例中，所述控制单元的初始化状态信号通过以下方法获取：组态中设置置数器和计时器，控制单元初始化完成后，通过置数器驱动所述计时器计时，计时器输出初始化状态信号，将所述计时器的输出端与选择器的选择控制端以及或门逻辑器的第一输入端分别相连接。

控制单元初始化后即正常工作后，组态中的各个功能模块开始工作，此时置数器的输出状态自动变为预先设置的逻辑状态。具体的，如图2，置数器可以预先通过参数设置在控制单元初始化后置“0”或置“1”。如果设置当控制单元初始化完成后，置数器置“0”，则将置数器的输出端信号通过非门逻辑器取反后为“1”输送到所述计时器的输入端。如果设置为控制单元初始化完成后置数器置“1”，则将置数器的输出端信号直接输送到所述计时器的输入端。

组态中逻辑信号皆为正逻辑，即逻辑“1”为有效。所述控制单元的初始化状态信号用逻辑“1”表示。

当控制单元初始化后，开始工作时，通过捕获置数器的状态，发出初始化状态信号。所述计时器的计时时间即所述初始化状态信号的保持时间，可根据实际情况进行设置。该时间如果过长，将使操作器长时间处于跟踪状态，影响后续的正常操作。如果时间过短，则TS端输入的跟踪脉冲宽度过窄、小于组态页扫描周期，导致操作器捕捉不到跟踪控制信号，无法实现跟踪。因此，计时时间不应低于控制器的组态页扫描周期。

本实施例以设置为3秒为例描述：当控制单元初始化后，置数器状态发生变化，计时器输入“1”时，即刻输出“1”，选择器输出阀位信号，操作器的输出将跟踪阀位信号，避免控制指令归零。3秒钟后，计时器复位、输出“0”，操作器的跟踪触发信号消失，如果操作器没有其它操作，输出指令将保持不变。由于操作器跟踪触发信号在3秒钟后已消失，因此并不会影响任何后续的操作。

如图6和图7，在图6基础上改进为图7所示架构，当控制单元发生初始化后，通过置数器DSET置“0”、非门置“1”，得到初始化原始信号，然后该信号通过计时器计时后，作为控制单元初始化信号，分别进入或门逻辑器和选择器后，将阀位信号送至操作器的跟踪信号端，作为操作器的输出指令，从而实现了控制单元初始化后，输出指令等于阀位的目的，同时不会影响原图6的正常功能。图7中，或门逻辑器的第一输入端和第二输入端根据具体的组态，调整为或门逻辑器的第四输入端用于输入原控制回路跟踪开关控制信号，所述或门逻辑器的第三输入端用于输入控制单元的初始化状态信号，其它输入端为“0”，不影响所述功能。

实施例二（方法二）：

本实施例中，所述控制单元的初始化状态信号通过以下方法获取：通过判断本控制单元中的若干模拟量控制指令是否同时归零来判断控制单元是否初始化。

具体的，如图3，选择控制单元的若干模拟量控制信号端，在组态中设置若干与所述若干模拟量控制信号端一一对应的比较器，将各模拟量控制信号端与对应的比较器的输入端相连接，所述比较器用于将模拟量控制信号与零相比较，若模拟量控制信号归零则输出1；设置与门逻辑器，将各比较器的输出端分别与所述与门逻辑器的输入端相连接；设置计时器，将与门逻辑器的输出端与计时器的输入端相连接；将所述计时器的输出端分别与选择器的选择控制端以及或门逻辑器的第一输入端相连接。

控制单元DPU初始化后，基于DPU所有的控制指令都归零的特性，对该DPU所有归零的模拟量控制指令（AO）进行“与”逻辑处理，如图3所示，比较器的功能为：当模拟量控制指令AO等于“零”时，比较器输出“1”，即可以认定控制单元完成初始化。然后将信号送至计时器，其后的工作过程同实施例一，不作赘述。

该方法占用控制单元系统资源较多，尤其是当控制单元中的模拟量控制回路过多时，应用该方法可能会影响控制单元的运算速度。具体还要以满足实际工况为原则。

实施例三（方法三）：

所述控制单元的初始化状态信号通过以下方法获取：如图4，组态中设置第一比较器、第二比较器和与门逻辑器；

所述第一比较器的第一输入端用于输入被控制设备的位置反馈信号，第一比较器的第二输入端与操作器的输出端相连接，第一比较器的输出端与所述与门逻辑器的第一输入端相连接；所述第一比较器用于判断被控制设备的位置反馈信号与操作器输出的控制指令之间的差值是否大于预设阈值，如果大于预设阈值则输出端输出“1”，否则输出“0”。该阈值需要根据实际情况确定，如果过小会将正常的减指令操作当作初始化归零，导致误判；如果过大会导致被控设备在阀位值低于阈值运行时，即使控制单元出现初始化也不能满足比较条件，导致漏判。本实施例中，设置为当位置反馈信号与操作器输出的控制指令之间的差值大于10%时，第一比较器输出“1”。

所述第二比较器的第一输入端与操作器的输出端相连接，第二比较器的第二输入端设置为“0”，即当操作器的输出为零时，第二比较器输出“1”，第二比较器的输出端与所述与门逻辑器的第二输入端相连接；

所述与门逻辑器用于输出所述控制单元的初始化状态信号，分别与选择器的选择控制端以及或门逻辑器的第二输入端相连接。

当第一比较器和第二比较器的条件都满足、与门逻辑器输出“1”时，说明此时控制指令相对于阀位信号出现了突发的大幅下降，并且此时的控制指令为零，从而判断出控制单元发生了初始化。初始化状态信号送入选择器以及或门逻辑器之后，即可实现操作器的阀位跟踪，使输出的控制指令恢复到与阀位信号相等的状态。同时进入跟踪状态后，第一比较器和第二比较器的条件将不再满足，跟踪解除，此后操作器可接受其它操作控制，不影响控制系统的原有功能。

实现本方法有两个前提：一是被控设备工作在10%以上的区域里才有效，在10%以内工作时，触发条件永远达不到；但是被控设备特别是重要设备一般不会工作在10%以下区域内，并且即使某一设备在10%以下工作，发生初始化后指令归零，对系统造成的的影响也是微小的；二是要求人工操作指令时不能将指令由10%以上直接减至零，使位置反馈大于控制指令10%以上，否则会启动跟踪触发条件；实际操作中，对重要的设备操作通常不允许有如此大的操作幅度。因此，本方法虽有其理论上的局限性，但并不影响其实际应用，能够满足工程要求。

如图8和图9，在图8基础上改进为图9所示架构后，比较器3490在阀位与指令偏差大于某个数值时输出“1”，同时比较器3491在指令等于零时输出“1”。当比较器3490和比较器3491同时输出“1”时，说明控制单元发生了初始化，此时操作器跟踪阀位信号。操作器执行了跟踪后，此时阀位信号与控制指令相等，比较器3490条件不再满足，跟踪解除。同样，本方法在避免指令归零的同时，保留了原有功能，不影响系统的正常操作，操作人员可以根据需要任意进行手动加、减指令操作。

由图9实例中根据具体的组态，调整所述或门逻辑器的第一输入端用于输入原控制回路跟踪开关控制信号，所述或门逻辑器的第四输入端用于输入控制单元的初始化状态信号，其它输入端为“0”，不影响所述功能。

Claims (6)

1.避免热控DCS中控制单元重启后指令归零的处理方法，控制单元的组态中设有操作器，所述操作器具有跟踪信号端、跟踪开关端和输出端，所述跟踪信号端用于接收被跟踪信号，操作器的输出端用于输出控制指令，所述跟踪开关端用于设置操作器的输出端是否跟踪所述跟踪信号端的信号，其特征在于：组态中还设置有选择器以及或门逻辑器；

所述选择器具有第一输入端、第二输入端、选择控制端和输出端；所述选择控制端用于设置输出端选择输出第一输入端或第二输入端的信号；所述选择器的第一输入端用于输入被控制设备的位置反馈信号；所述选择器的第二输入端用于输入DCS控制单元的原控制回路工况信号；所述选择器的选择控制端用于输入控制单元的初始化状态信号；所述选择器的输出端与操作器的跟踪信号端相连接；

所述或门逻辑器具有第一输入端、第二输入端和输出端；所述或门逻辑器的第一输入端用于输入原控制回路跟踪开关控制信号，所述或门逻辑器的第二输入端用于输入控制单元的初始化状态信号；所述或门逻辑器的输出端与操作器的跟踪开关端相连接。

2.如权利要求1所述的避免热控DCS中控制单元重启后指令归零的处理方法，其特征在于所述控制单元的初始化状态信号通过以下方法获取：组态中设置置数器和计时器，控制单元初始化完成后，通过置数器驱动所述计时器计时，计时器输出初始化状态信号，将所述计时器的输出端分别与选择器的选择控制端以及或门逻辑器的第二输入端相连接。

3.如权利要求2所述的避免热控DCS中控制单元重启后指令归零的处理方法，其特征在于：如果将置数器设置为控制单元初始化完成后置数器置“0”，则将置数器的输出端信号通过非门逻辑器取反后输送到所述计时器的输入端；

如果将置数器设置为控制单元初始化完成后置数器置“1”，则将置数器的输出端信号直接输送到所述计时器的输入端。

4.如权利要求1所述的避免热控DCS中控制单元重启后指令归零的处理方法，其特征在于所述控制单元的初始化状态信号通过以下方法获取：通过判断控制单元的若干模拟量控制指令是否同时归零来判断控制单元是否初始化。

5.如权利要求4所述的避免热控DCS中控制单元重启后指令归零的处理方法，其特征在于：选择控制单元的若干模拟量控制信号端，在组态中设置若干与所述若干模拟量控制信号端一一对应的比较器，将各模拟量控制信号端与对应的比较器的输入端相连接，所述比较器用于将模拟量控制信号与零相比较，若模拟量控制信号归零则输出“1”；设置与门逻辑器，将各比较器的输出端分别与所述与门逻辑器的输入端相连接；设置计时器，将与门逻辑器的输出端与计时器的输入端相连接；将所述计时器的输出端分别与选择器的选择控制端以及或门逻辑器的第二输入端相连接。

6.如权利要求1所述的避免热控DCS中控制单元重启后指令归零的处理方法，其特征在于所述控制单元的初始化状态信号通过以下方法获取：组态中设置第一比较器、第二比较器和与门逻辑器；

所述第一比较器的第一输入端用于输入被控制设备的位置反馈信号，第一比较器的第二输入端与操作器的输出端相连接，第一比较器的输出端与所述与门逻辑器的第一输入端相连接；所述第一比较器用于判断被控制设备的位置反馈信号与操作器输出的控制指令之间的差值是否大于预设阈值，如果大于预设阈值则输出端输出“1”，否则输出“0”；

所述第二比较器的第一输入端与操作器的输出端相连接，第二比较器的第二输入端设置为零，即当操作器的输出为零时，第二比较器输出“1”，第二比较器的输出端与所述与门逻辑器的第二输入端相连接；

所述与门逻辑器用于输出所述控制单元的初始化状态信号。