Ovation系统单点温度保护算法分析及验证

蒙映峰，高所林，蒋先，郝宏

摘要：本文对Ovation DCS（Distributed Control System，集散控制系统）中的温度保护算法TEMPHIGH的内部逻辑进行了理论分析，发现在温度保护设定值低于环境温度时，保护信号无法触发，算法功能失效。文章依据现场实际控制要求，通过逻辑组态仿真试验验证了理论分析和仿真结果的一致性，提出了在准确使用该算法时应注意的问题。

关键词：Ovation；温度保护算法；组态；仿真试验

1引言

工业控制过程中，低温测量传感器主要采用热电阻，逻辑保护一般通过冗余测点的“与”或者“2/3逻辑”判断从而提高连锁保护的可靠性。实际工程中由于各种原因，无法对同一个参数安装多个测点，只能通过单点进行保护，如某燃煤机组其风扇磨配套液力耦合器，支撑和推力轴承温度共9点，均是单点启动跳闸。

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2Ovation中带速率限制的温度保护算法TEMPHIGH

2.1算法的内部逻辑

该算法是一个“宏”，即DCS厂家根据最基本的功能块搭建出来的一个“程序段”，组态时当作一个标准功能块来使用。其内部逻辑如图1所示。

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图1  TEMPHIGH算法内部逻辑

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2.2算法说明

2.2.1温度保护回路：当温度点品质不坏，且变化率在允许范围内时（上升速率不超过限值，一般为3～5℃/S，下降无速率限制），温度保护算法正常工作。此时温度超过保护限值经延时后保护动作，输出为1。

信号流程:IN→高限监视HIGHMON→延时TDON→第一个AND→OUT为1。

2.2.2静态闭锁及报警回路：当温度测点品质坏时，温度保护输出自动禁止，并通过ALM发出报警信号（注：需要时可接至光字牌报警），直至测点品质恢复后重新进行逻辑判断。

闭锁流程：IN→品质判断QUAL（此时因BAD置1）→或门OR→RS触发器置位→取反NOT→第一个AND→OUT为0。

本算法品质判断检查的项目是：BAD、FAIR、NOT GOOD、GOOD，当传感器故障（备注：可能超上、下限量程）时BAD置位。

在GE新华公司的OC4000型DCS中，慢信号保护模块SAIPro可以设定HH和LL值（备注：HH和LL必须在测点量程范围之内）。当输入信号坏、速率大会闭锁保护。另外当信号超过H或者L触发保护，但在保护动作的延时时间内，即便速率不超，只要测量值超过HH或者LL时，也会闭锁保护。

2.2.3动态（即：速率）闭锁及报警回路：当温度变化率超过限值时，温度保护输出自动禁止，并通过ALM发出报警信号。

闭锁流程:IN→功能块TRANSPORT（信号延时1s）→差值比较DBEQUAL（此时差值大置1）→或门OR→RS触发器置位→取反NOT→第一个AND→OUT为0。

2.2.4保护自动投入回路：当测点品质好，直到测量值低于保护限值（注：保护限值设死区，一般为1℃），同时温度变化率在允许范围内时，保护禁止自动解除，恢复正常判断运算。

2.3算法的数学描述

对于该算法，有如下的数学描述。

2.3.1保护动作

同时满足以下3个条件时保护输出开关量为1（即：条件AND。）

1In≥ HighLimit,或“【(HighLimit-DeadBand)

2In品质非Bad

3(In-LastIn)≤RateLimit

2.3.2保护被禁止

满足以下4个条件中的任何一个条件时保护输出开关量为0（即：条件OR）

1In≤( HighLimit-DeadBand)

2“(HighLimit-DeadBand)

3In品质Bad

4(In-LastIn)>RateLimit

3使用TEMPHIGH算法的组态实例及问题

3.1控制要求及组态

设某电动机的三相线圈温度各用1支热电阻测量，控制要求：A、任一线圈温度小于10℃启动电加热器以防止绝缘降低或者凝露，大于15℃则停止电加热器；B、当线圈温度高于135℃时报警，高于140℃跳闸。部分组态见图2。

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图2   根据控制要求做出的部分组态

Fig.2 Part of the configuration made according to control requirements

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3.2发生的问题及分析

对组态进行测试，某些情况下停止电加热器的指令DO15不会发出,原因是温度保护算法TEMPHIGH的问题。部分信号仿真的趋势图见图3。

从趋势图中可以看到，第一次温度缓慢上升超过15℃时，DO15翻转为真。当温度突然增大而速率起作用时，DO15为假。当温度下降到环境温度25℃时，DO15无法为真。只有当温度继续下降并小于15℃，然后再缓慢超过定值15℃后，DO15才能再次为真。

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3.3问题的处理

当环境温度会高于温度设定值时，建议不要使用TEMPHIGH算法。可以使用高限监视HIGHMON做定值判断，如果需要的话可以“与”上以下两个信号：A、速率监视模块RATEMON输出的“非”；B、测点品质判断输出的“非”。但要注意RATEMON扫描周期的问题。

4总结

通过分析TEMPHIGH的内部逻辑，以及仿真试验，确认在低于环境温度的设定值联锁保护回路中，该算法不适用，原因是速率闭锁功能。

多个DCS系统都有带速率的温度保护算法，其基本功能和内部组态大同小异，但安全可靠是组态设计的第一要求，因此在组态中，应吃透各算法/功能块的作用，以及相应的特点，才能做到组态与要求一致，联锁保护可靠、正确的要求。

参考文献

[1]李海洋.DCS系统中几种常见温度信号处理方式[J].自动化博览.2020,(07):76-78.

[2]国家能源局.火力发电厂热工自动化系统可靠性评估技术导则:DL/T 261—2012［S］.北京,中国电力出版社,2012:7.

[3]刘国华.热工单点防误动逻辑的分析与优化[J].东北电力技术,2019,40(07):35-37+40.

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