朱樓

[摘? ? 要]隨著我國經濟的快速發(fā)展，對于電力能源的需求也日益增加。DCS控制系統(tǒng)作為火力發(fā)電廠自動發(fā)電的控制核心，其穩(wěn)定性對于火電廠發(fā)電機組安全、穩(wěn)定運行愈發(fā)重要。隨著DCS運行年限的增加，勢必會出現(xiàn)設備故障，性能下降，備件缺失等問題，無法滿足機組自動化控制的要求，因此需要對DCS進行升級改造。文章就某9F燃機電廠的DCS控制系統(tǒng)升級改造實例進行介紹。

[關鍵詞]DCS;自動控制;升級改造

[中圖分類號]TM73 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）05–00–03

Case Analysis of Upgrading DCS System in a Gas Turbine Power Plant

Zhu Lou

[Abstract]With the rapid development of China's economy， the demand for power resources is also increasing. As the control core of automatic power generation in thermal power plants， the stability of DCS control system becomes more and more important for the safe and stable operation of thermal power plants. With the increase of the operation life of DCS system， it is bound to have equipment failure， performance degradation， lack of spare parts and other problems， which can not meet the requirements of unit automation control， so it is necessary to upgrade the DCS system. This paper introduces the upgrading of DCS control system in a 9F gas turbine power plant.

[Keywords]DCS ; auto-Control; upgrading

1 項目概述

1.1 項目背景

DCS是電廠自動化生產的控制核心，其是否能夠正常穩(wěn)定運行直接關系到電廠機組的運行安全，同時也會影響電廠的生產效率和經濟效益。

張家港華興電廠2號機組采用的是艾默生公司的Ovation2.3.1控制系統(tǒng)，其系統(tǒng)硬件配置見表1。

系統(tǒng)已經連續(xù)運行超過14年，各工作站的穩(wěn)定性明顯下降，多次出現(xiàn)電腦風扇故障、硬盤故障、電腦不明情況的死機、重啟等故障。目前電廠所有的備件均已投入使用，但是還會經常出現(xiàn)各種故障，讓維護人員疲于應對，且當下使用的工作站均已停產多時，市面上已經很難采購到備件，即使可以買到庫存?zhèn)浼泊嬖趦r格昂貴、數量有限且性能難以保障的問題。

工作站的操作系統(tǒng)為Windows Server 2003和Windows XP，目前微軟公司已停止對這兩個系統(tǒng)的維護，無法安裝更新和補丁，系統(tǒng)安全問題突出，這也是業(yè)主的一大痛點。

現(xiàn)場使用的是Ovation OCR161控制器硬件以及Ovation2.3.1的軟件，使用年限也已超過14年，控制器性能在逐漸下降，軟件容量也難以滿足越來越復雜的控制要求，對現(xiàn)場的技術改造和擴容產生了制約，且控制器同樣存在著硬件老化以及缺少備件的困擾，因此此次升級改造項目迫在眉睫。

通過此次升級改造解決了以下主要問題：①戴爾工作站的硬件老化以及備件匱乏已經給系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全帶來了風險，通過此次升級改造可以解決此問題，提高整個DCS的穩(wěn)定性、安全性和可維護性;②通過此次升級改造解決了操作系統(tǒng)存在的安全漏洞，采用最新的操作系統(tǒng)并安裝相應的補丁以及殺毒軟件，進一步提高系統(tǒng)的安全性，以應對越來越嚴格的網絡安全挑戰(zhàn);③歷史站DROP160不在Ovation網絡中，安裝的歷史軟件是EDB，歷史數據只能夠保存一年左右的時間，且調取歷史趨勢不方便;④控制器硬件由OCR161升級到OCR1100，Ovation軟件由2.3.1升級到3.6.0，提高系統(tǒng)運算速度，擴大了系統(tǒng)容量;⑤改進系統(tǒng)的開放性能，使系統(tǒng)能夠通過標準的通信協(xié)議，如Modbus，OPC等，與第三方進行數據交換。

1.2 項目方案

為了解決上述問題，保證DCS高效穩(wěn)定安全運行，確保電廠的生產正常進行，通過與電廠熱工自動化工程師進行充分調研和討論后，得出結論：由于項目工時和經費的限制，無法實現(xiàn)整個系統(tǒng)的全部替換，本次升級改造針對主要矛盾進行，保持原系統(tǒng)各種卡件，與各設備以及系統(tǒng)網絡架構不變，保持系統(tǒng)機柜組成，電源系統(tǒng)不變，保持原系統(tǒng)各畫面，控制邏輯SAMA圖，各算法參數不變，而將控制器，交換機，操作站進行必要的升級改造，并安裝最新的操作系統(tǒng)和Ovation軟件。這樣既能提高DCS的穩(wěn)定性、安全性、開放性和可維護性，解決當下的矛盾焦點，又能減少硬件設備的更換，大大降低了改造難度和成本，節(jié)省了改造時間。綜合以上考慮，最終確定了此次升級改造的方案。

（1）更換所有的上位機，安裝最新的操作系統(tǒng)，殺毒軟件以及Ovation軟件，新增一臺OPC站，作為OPC Server，與廠級SIS系統(tǒng)進行通信。

（2）增加一臺歷史站DROP160，安裝最新的OPH軟件包，擴大了歷史數據存儲空間，由過去的1年增加到5年，且增加了單位時間內的采樣點數量，使得歷史趨勢圖更貼近現(xiàn)場實際情況。

（3）更換所有交換機為最新版本的CISCO 2960Plus，新增一臺路由器作為OPC通信的網絡隔離。

（4）更換所有的控制器為OCR1100，無需更換電源模塊以及各類IO卡件。

升級改造后的系統(tǒng)硬件配置見表2。升級后的系統(tǒng)總貌圖如圖1所示。

2 項目歷程

#2機組DCS升級改造由張家港華興電力有限公司生產技術部牽頭，會同維護部、運行部、艾默生公司以及施工單位一起制定了施工實施方案和步驟。

2.1 升級前的準備工作

（1）為了保證升級過程中各數據的準確性，保證升級前后的一致性，由艾默生公司工程師對2號機組原DCS中的重要數據進行了備份，備份的內容包括全數據庫，分數據庫，畫面，邏輯，算法參數，字體庫，系統(tǒng)結構，第三方通信參數，邏輯執(zhí)行順序，控制器信息以及重要畫面的截屏等。

（2）為保證升級前后系統(tǒng)各IO卡件的狀態(tài)無異常，提前對卡件的狀態(tài)進行記錄，記錄各卡件的型號，位置，是否有E燈或者I燈報警等。

（3）由于升級后，控制器更換，點的強制信息會丟失，因此在升級前，整理并記錄原系統(tǒng)的所有強制點信息，形成清單，與廠里的熱控工程師進行逐一比對確認，對于無需強制的點及時解除強制，對于升級后仍需強制的點比照清單進行逐步恢復強制。

（4）為防止控制器在上電初始化的過程中會誤動設備，需要整理出所有DO指令的信號狀態(tài)，對于采用常閉觸點和常為1信號的DO指令要整理出相應的設備清單，做好停運后的安全措施。

（5）考慮到系統(tǒng)恢復后，系統(tǒng)初始化對模擬量的輸出指令不確定的影響，在升級開始前，對相關設備做停電，停氣，切斷信號等操作，確?，F(xiàn)場設備安全。

（6）與運行部溝通，升級期間所有需要運轉的設備全部切換到就地操作和監(jiān)視，并安排巡檢。

（7）新的服務器取電做開機測試，并導入數據庫和邏輯，畫面，比照之前記錄的各算法參數進行逐一核對，確保升級前后參數不變，尤其是模擬量控制的相關PID參數，f（x）函數等。

2.2 升級過程

由于現(xiàn)場升級工期比較緊張，設備到貨之后，按照系統(tǒng)布置（圖2）和網絡結構（圖3），將此次需要更換的上位機，顯示器，交換機以及網線等放置到位，待準備工作完成，機組停機后立即進行更換。

（1）機組停機，確定各項安全措施實施到位后，斷開網絡電源柜到各控制柜的電源空開，更換控制器。

（2）斷開交換機的電源，更換新的交換機，并安裝路由器支架以及新增加的路由器。

（3）按照圖3所示的網絡結構圖，將各網線插到相對應的端口上。

（4）DCS升級后送電。①網絡電源柜送電。由電廠電氣專業(yè)人員分別將廠用電和UPS電源送到網絡電源柜，并檢查電源質量是否符合要求，合上電源總空開，確保網絡電源柜電源正常，檢查其他設備狀態(tài)是否正常以及交換機各端口指示燈是否正常。②操作臺送電。逐個將操作臺的電源空開合閘，確保操作臺兩路電源正常。服務器和各操作站取電開機，接入新的Ovation系統(tǒng)，數據初始化，并判斷數據庫是否全部分配完畢，各站的功能是否正常。③控制柜送電。首先確定各控制器底板上的開關是處在關閉狀態(tài)，然后逐個將控制柜的電源空開合閘，測量送到控制柜的電源質量，符合要求的，將控制柜內的電源空開合閘，此時控制柜得電，柜內各卡件指示燈點亮，用萬用表測量A17，A18端子是否有DC24 V電壓。④控制器送電。合上控制器底板上的開關，在服務器上打開Error Log軟件，讀取控制器MAC地址，并寫入系統(tǒng)，待出現(xiàn)“Ready to be downloaded”語句時，對控制器進行Download，Reboot，Clear，Load操作，直至在系統(tǒng)狀態(tài)圖上可以看到控制器的狀態(tài)。

（5）確定網絡設備連接狀態(tài)，I/O卡件，交換機以及操作站的工作狀態(tài)。

（6）與電廠的熱控工程師一起審核升級后的邏輯，完成對于新舊邏輯圖，數據庫，I/O清冊等核對工作，并逐項簽字確認。

（7）完成升級后Ovation系統(tǒng)的電源切換，網絡切換以及控制器切換，確保各冗余功能正常。

（8）與維護部、運行部一起逐一對設備進行操作，確保所有設備可操可控，并完成相應的聯(lián)鎖保護試驗、順控試驗以及機組大聯(lián)鎖試驗，確保升級后的系統(tǒng)安全可靠。

2.3 改造工作內容

2.3.1 DCS與GE系統(tǒng)通信

應業(yè)主要求，在此次DCS升級期間完成與GE燃機的MARK Ⅵ操作系統(tǒng)的通信改造。系統(tǒng)新增加了兩臺Field Router作為與GE系統(tǒng)通信的路由，兩臺Field Router一端連著GE的交換機，一端連接DCS的交換機，可以實現(xiàn)數據通信的冗余。具體結構如圖4所示。

同時，在DCS側的控制器中選擇CTRL1/51作為與GE系統(tǒng)燃機側數據進行通信，CTRL3/53與GE系統(tǒng)汽機側進行通信。

2.3.2 OPC通信

由于電廠原SIS系統(tǒng)使用年限太久，軟件無法維護，所以此次DCS升級的同時，廠級SIS系統(tǒng)也進行了改造，為了配合SIS改造，新增了一臺DMZ Router，作為DCS與SIS之間的物理隔離。

此次OPC改造由DCS側作為Server，SIS側作為Client，統(tǒng)一用戶名和密碼。具體信息見表3。

3 升級改造效果

（1）通過此次DCS的升級改造，實現(xiàn)了人機操作界面的更新，使得工藝控制過程更加安全、高效和靈活。并且，將SIS系統(tǒng)與DCS連接起來，提高了DCS的擴展性和兼容性。

（2）最新的Ovation系統(tǒng)為用戶提供更多的工具和功能，也提供了更大的擴展空間，為以后的技改項目提供容量。最后，解決了用戶一直擔心的備件問題，消除了由于DCS老化帶來的不穩(wěn)定運行所可能導致的非計劃停機的風險，改造升級后，DCS安全穩(wěn)定，運行維護工作量大大減少，備件采購難度減少，實現(xiàn)了設備安全，經濟效益的雙贏目標。

參考文獻

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