于淑慧

（華電青島發(fā)電有限公司熱工車間，山東 青島 266031）

青島發(fā)電公司3#機(jī)組DCS系統(tǒng)改造關(guān)鍵問題探討

于淑慧

（華電青島發(fā)電有限公司熱工車間，山東 青島 266031）

本文針對青島發(fā)電公司3#機(jī)組DCS系統(tǒng)由XDPS400型升級為XDC800系統(tǒng)改造，從系統(tǒng)特性、設(shè)計(jì)方案、具體實(shí)施幾個(gè)方面入手，分析了DCS升級過程的關(guān)鍵因素，并闡述了所涉及的細(xì)節(jié)問題及處理方法。

分散控制系統(tǒng)；DCS系統(tǒng)；升級

華電青島發(fā)電有限公司3#機(jī)組DCS系統(tǒng)使用的是原上海新華公司生產(chǎn)的XDPS400型分散控制系統(tǒng)，2005年投產(chǎn)至今已連續(xù)運(yùn)行了10多年。由于卡件老舊以及為早期版本等原因，DPU（分散式處理器）和I/O卡件尤其是BCNET卡、RTD端子板及IOHUB等電子設(shè)備元件使用壽命降低，陸續(xù)出現(xiàn)控制器故障、控制器通訊故障、交換機(jī)端口故障、電源模塊普遍供電不足、機(jī)柜超溫引起控制器瞬間故障等問題。另外，控制器卡件已經(jīng)無法滿足冗余分散布置整改要求。2017年利用機(jī)組檢修機(jī)會(huì)，3#機(jī)組DCS系統(tǒng)進(jìn)行了升級改造。改造采用原XDPS-400系統(tǒng)的升級產(chǎn)品XDC800系統(tǒng)，即硬件升級，軟件兼容并優(yōu)化。XDC800充分繼承了新華產(chǎn)品系列結(jié)構(gòu)緊湊、系統(tǒng)簡潔、操作友好等特點(diǎn)，功能更豐富、性能更優(yōu)良、系統(tǒng)更安全可靠。

1 XDC-800系統(tǒng)特性

XDC-800系統(tǒng)與XDPS-400系統(tǒng)比較主要優(yōu)點(diǎn)有以下幾點(diǎn)。

（1） DPU、I/O模件等全部采用SMT（貼片技術(shù)）生產(chǎn)：低功耗，卡件功耗為1W左右，DPU功耗僅為5W左右，功耗極低，運(yùn)行溫度也很低，板卡溫度只有28攝氏度左右。整套系統(tǒng)柜內(nèi)無需風(fēng)扇運(yùn)行，卡件的使用壽命更長。

（2） I/O模件分散度進(jìn)一步提高，其中AI模件全部調(diào)整為8點(diǎn)/卡；DI模件全部調(diào)整為16點(diǎn)/卡；減少因模件故障對運(yùn)行造成的影響，使故障風(fēng)險(xiǎn)分散，更加安全可靠。

（3） DPU、I/O模件加裝全封閉式外殼，無需灰塵吹掃；避免因?qū)щ娀覊m引起I/O模件的故障和誤動(dòng)。

（4） I/O模件的每個(gè)通道具有防誤接AC/DC220V保護(hù)，具有通道故障和狀態(tài)指示，便于熱工巡檢和檢修維護(hù)。

（5）增加系統(tǒng)供電可靠性，所有交直流電源采用雙路AC220V電源供電（寬輸入電壓范圍：AC85V 至AC264V）；DPU、交換機(jī)、通訊模塊、I/O模件等均采用雙路DC24V電源供電；同時(shí)IO交換機(jī)采用工業(yè)等級的產(chǎn)品。

（6）軟件方面：在原有功能的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)和提高，并提高操作的方便性，比如對原有的DCS系統(tǒng)配置文件采用統(tǒng)一界面管理，使用更加簡潔、方便。

2 升級改造設(shè)計(jì)方案

2.1 軟件改造

采用原XDPS-400控制組態(tài)和人機(jī)界面進(jìn)行轉(zhuǎn)換移植，控制畫面、控制邏輯完全符合原有習(xí)慣。

2.2 硬件改造

因改造不同于新建機(jī)組，本次改造系統(tǒng)設(shè)計(jì)和柜內(nèi)布置充分考慮原有電纜走向，盡量減少接線改動(dòng)和電纜對接。

（1）3#機(jī)組分散控制系統(tǒng)原有控制器29對，包括DCS系統(tǒng) 25 對DPU；循環(huán)水系統(tǒng)1對DPU；熱網(wǎng)首站3對DPU。利用DCS系統(tǒng)改造，二次濾網(wǎng)、電動(dòng)濾水器系統(tǒng)、新增兩臺空壓機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)入DCS系統(tǒng)控制，增加2對XCU。優(yōu)化現(xiàn)有測點(diǎn)配置，將不參與保護(hù)聯(lián)鎖的一般監(jiān)視測點(diǎn)從負(fù)荷率較高的控制器移出，重新安裝配置新控制器（如風(fēng)粉在線監(jiān)視測點(diǎn)、低氮燃燒監(jiān)視測點(diǎn)等），共計(jì)5對控制器。

（2）原XDPS-400系統(tǒng)的控制機(jī)柜全部拆除（包括開關(guān)箱、I/O卡箱及卡件、DPU控制器、393A集線器、電源等全部設(shè)備）；安裝XDC800新系統(tǒng)的控制柜，含控制器、雙5口工業(yè)用交換機(jī)、通訊卡、底座、I/O模件及通訊、供電、接地電纜等。

（3）原端子機(jī)柜內(nèi)XDPS-400端子板全部拆除，在相同位置安裝新系統(tǒng)用的轉(zhuǎn)接端子板，原現(xiàn)場機(jī)柜和端子接線位置保持不變，平移轉(zhuǎn)接到新的轉(zhuǎn)接端子板上。

（4）端子機(jī)柜內(nèi)轉(zhuǎn)接端子板和控制柜內(nèi)I/O模件通過37芯預(yù)制電纜連接。

（5）DCS系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)重要系統(tǒng)保護(hù)、聯(lián)鎖、自動(dòng)信號物理分散、相對獨(dú)立、相互冗余的功能，以滿足行業(yè)內(nèi)反事故技術(shù)措施及相關(guān)文件要求。

（6）配合完成與其他控制系統(tǒng)接口的調(diào)試工作。與DCS通訊的控制系統(tǒng)和設(shè)備主要有汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)（DEH）、廠級實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)（SIS）等其他輔助控制系統(tǒng)。

3 改造中解決的問題

3.1 熱電偶輸入模件冷端補(bǔ)償增加外補(bǔ)償電阻提高精度

改造前，原XDPS-400系統(tǒng)的熱電偶環(huán)境溫度補(bǔ)償電阻設(shè)置在端子板后面，與接線端子溫差較小，基本可以補(bǔ)償熱電偶接線端子環(huán)境溫度。

本次改造使用XDC800系統(tǒng)的8路熱電偶輸入模件xAI（xAI-81-27），熱電偶輸入模件xAI-81-27是一塊隔離型熱電偶信號采集模塊，使用雙路冗余24V電源供電。每個(gè)模件可接入8路模擬量信號，適配各類熱電偶，并自帶冷端補(bǔ)償。自帶的環(huán)境溫度補(bǔ)償電阻設(shè)置在卡件上，卡件是封閉的，且與端子板不在同一個(gè)柜內(nèi)，造成補(bǔ)償偏高。

現(xiàn)場檢測發(fā)現(xiàn)熱電偶輸入模件自帶的冷端補(bǔ)償測量偏高，進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，使用標(biāo)準(zhǔn)表測量的補(bǔ)償溫度與熱電偶輸入模件自帶的冷端補(bǔ)償溫度相差較大，導(dǎo)致熱電偶測點(diǎn)測量值不準(zhǔn)確。

采用在端子柜內(nèi)增加外補(bǔ)償熱電阻測溫元件來替代熱電偶輸入模件的自帶冷端補(bǔ)償?shù)姆桨附鉀Q以上問題。在端子柜內(nèi)增加2個(gè)外補(bǔ)償電阻，并進(jìn)行邏輯組態(tài)。當(dāng)2個(gè)外補(bǔ)償電阻均為好點(diǎn)時(shí)，選擇2個(gè)外補(bǔ)償電阻的低值為最終補(bǔ)償；當(dāng)一個(gè)外補(bǔ)償電阻為壞點(diǎn)時(shí)，選擇另一個(gè)為好點(diǎn)的補(bǔ)償電阻；當(dāng)2個(gè)外補(bǔ)償電阻均為壞點(diǎn)時(shí)，選擇補(bǔ)償電阻保持上一時(shí)刻數(shù)值。

3.2 電纜利舊，平移轉(zhuǎn)接到新端子板

本次改造為了減少機(jī)柜安裝和電纜拆除、電纜重新敷設(shè)的工作量，采用原系統(tǒng)的所有電纜保持不變，保持原接線位置不變，將原端子板更換為新系統(tǒng)的轉(zhuǎn)接端子板的方案。

端子柜改造只需拔出IO接線端子板旁邊的整個(gè)接線端子，更換原有卡件接線端子板，升級為新的接線轉(zhuǎn)接端子板，然后將整個(gè)現(xiàn)場來線的接線端子插回對應(yīng)的接線端子板插槽，新端子板到新卡件通過37芯電纜連接。

原XDPS-400端子板及模件現(xiàn)集成在XDC800系統(tǒng)一塊模件內(nèi)，轉(zhuǎn)接端子板只是負(fù)責(zé)信號轉(zhuǎn)接，并不進(jìn)行任何信號處理。通過此連接方式可以保持原電纜接線不變。原XDPS-400系統(tǒng)AI端子板（16通道/卡）對應(yīng)XDC800系統(tǒng)2塊AI模件（8通道/卡）；原XDPS-400系統(tǒng)DI/SOE端子板（32通道/卡）對應(yīng)XDC800系統(tǒng)2塊DI/SOE模件（16通道/卡）；原XDPS-400系統(tǒng)和XDC800系統(tǒng)的AO、DO端子板通道數(shù)一樣（AO 8通道/卡、DO 16通道/卡），可一一對應(yīng)替換。

這樣使系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)更分散，同時(shí)，提高了系統(tǒng)的可靠性與可維護(hù)性等特點(diǎn)。為了保證適應(yīng)原來端子板和接線的布置，以DI端子板為例，端子板繼續(xù)保持左右兩側(cè)帶接線端子，并定義左邊16通道為一個(gè)卡件通道，右邊則為另一卡件所屬通道。

3.3 新增網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)柜

原XDPS-400系統(tǒng)無網(wǎng)絡(luò)柜，交換機(jī)分散布置在主機(jī)柜內(nèi)。本次改造新增網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)柜，每對XCU有A、B網(wǎng)口各兩個(gè)，設(shè)置赫斯曼交換機(jī)(A1，A2，A3，A4，B1，B2，B3，B4)共 8臺，A網(wǎng) 交 換機(jī)A1，A2，A3，A4通過多模跳線環(huán)接，B網(wǎng)交換機(jī)B1,B2,B3,B4同理。配置24V魏德米勒電源（PS11，PS12，PS21，PS22，PS31，PS32，PS41，PS42）共8臺，將220V轉(zhuǎn)換為24V，為每臺交換機(jī)提供2路24V電源，減少因電源模塊損壞導(dǎo)致交換機(jī)損壞的幾率。設(shè)置C網(wǎng)D-Link交換機(jī)1臺，電源由電源切換箱B路輸出。光電收發(fā)器A5，B5通過光纜連接3#機(jī)循環(huán)水系統(tǒng)，電源分別由電源切換箱A路、B路輸出提供，配置終端盒1臺。同時(shí)，將GPS系統(tǒng)集成在網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)柜中，設(shè)置GPS MAT-3000 100米天線1臺。

4 結(jié)語

青島發(fā)電有限公司3#機(jī)組DCS分散控制系統(tǒng)由XDPS400型升級為XDC800系統(tǒng)。改造后從系統(tǒng)運(yùn)行的情況來看，系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，使用最新的、先進(jìn)可靠的硬件，軟件兼容并優(yōu)化，性能大大提升，解決了原來DCS系統(tǒng)老舊的問題，同時(shí)通過DCS整體升級改造增加了設(shè)備的穩(wěn)定性，為長時(shí)間的穩(wěn)定連續(xù)生產(chǎn)打下良好的基礎(chǔ)，達(dá)到了很好的效果。本次改造解決了XDPS400型升級為XDC800系統(tǒng)中的若干問題，具有一定的推廣價(jià)值。

[1]李莉.談熱工自動(dòng)化控制在火電廠的應(yīng)用及發(fā)展[J].科學(xué)中國人,2014.

[2]馬駿.基于XDC800的火電機(jī)組DCS改造[J].自動(dòng)化應(yīng)用，2016,7:140.

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1671-0711（2017）12（上）-0073-02