王 玨 余忠喜

上海外高橋第二發(fā)電有限責(zé)任公司

0 原灰渣系統(tǒng)概況

1)系統(tǒng)概況

外高橋第二發(fā)電廠灰渣程控系統(tǒng)分為除灰PLC、石子煤PLC、除渣PLC及電除塵A、B側(cè)共5套PLC系統(tǒng)。2007年，灰渣系統(tǒng)進(jìn)行了第一次改造，將除灰與除渣合并，且各控制系統(tǒng)通過以太網(wǎng)組成灰渣輔控網(wǎng)絡(luò)。除灰、除渣為AB-ControLogixL62系列PLC，其他為施耐德Modicon-Quantum系列。

2)存在問題

原灰渣系統(tǒng)存在以下幾個(gè)問題：

(1)2007年進(jìn)行輔網(wǎng)改造后，雖然各子系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)了通信，方便了運(yùn)行人員畫面操作，但各子系統(tǒng)所采用的PLC品牌不一，通信協(xié)議不一，從而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)通信經(jīng)常發(fā)生故障。

(2)PLC已運(yùn)行多年，系統(tǒng)可靠性及安全性大幅下降，硬件報(bào)警增加，影響了系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

(3)PLC通信模塊沒有冗余配置，通信質(zhì)量不穩(wěn)定,故障率較高。

(4)PLC許多核心硬件面臨淘汰，甚至停產(chǎn)問題，備品備件采購不易，維護(hù)困難。

(5)PLC來自多家供應(yīng)商，增加了維護(hù)量和備品備件費(fèi)用，且市場(chǎng)上配置WindowsXP的工控機(jī)已停產(chǎn)，系統(tǒng)面臨著軟、硬件無法維護(hù)的困境。

綜上所述，控制系統(tǒng)的改造刻不容緩。

1 DCS改造

1)DCS控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

DCS控制系統(tǒng)可靠性高[1]。DCS一般采用冗余電源、冗余CPU、冗余網(wǎng)絡(luò)模塊配置方案[2]，當(dāng)某一節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障時(shí)，能迅速無擾切換至備用節(jié)點(diǎn)，從而保證了系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。

DCS控制系統(tǒng)擴(kuò)展性和兼容性強(qiáng)[3]。各品牌DCS之間雖然內(nèi)部通信協(xié)議不同，但外部操作平臺(tái)均采用TCP/IP協(xié)議，從而提高了系統(tǒng)的擴(kuò)展性。

DCS控制系統(tǒng)采用統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫[4]。系統(tǒng)軟件功能強(qiáng)大，人機(jī)界面友好，方便用戶組態(tài)、調(diào)用趨勢(shì)及查看報(bào)表等。

DCS控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)。數(shù)據(jù)采樣周期短、速度快、精度高[5]，且在模擬量控制和函數(shù)運(yùn)算等方面有著PLC無法比擬的優(yōu)勢(shì)。

DCS控制系統(tǒng)所具備的這些優(yōu)點(diǎn)解決了PLC所存在的問題,改造將大幅提升灰渣控制系統(tǒng)運(yùn)行水平。

2)改造的可行性

2017年對(duì)主廠房鍋爐島和汽機(jī)島進(jìn)行了DCS控制系統(tǒng)一體化改造，選用艾默生公司的Ovation控制系統(tǒng)，故灰渣系統(tǒng)改造同樣采用該系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)主輔控制系統(tǒng)的一致性。

硬件方面：由于與主控制系統(tǒng)一致，故備品備件可相互通用，無需額外購買，節(jié)約了采購成本和原采購困難的問題。

軟件方面：Ovation控制系統(tǒng)使用方便，且運(yùn)行、維護(hù)人員對(duì)該系統(tǒng)已較熟悉，大大縮短了適應(yīng)時(shí)間和培訓(xùn)工作量。

項(xiàng)目人員配置：現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)工程師和施工人員都參與過主DCS改造，經(jīng)驗(yàn)豐富，可確保改造的順利進(jìn)行。

2 改造過程

1)改造方案

根據(jù)外二發(fā)電廠實(shí)際情況，艾默生公司給出了灰渣系統(tǒng)獨(dú)立組網(wǎng)的改造方案。根據(jù)該方案，灰渣輔控網(wǎng)獨(dú)立于主DCS網(wǎng)，配置了電除塵、除渣、除灰、石子煤4對(duì)控制器。

針對(duì)原有網(wǎng)絡(luò)電源沒有冗余配置問題，新系統(tǒng)增設(shè)2面電源分配柜，用于分配兩路交流220 VAC電源給DCS。每個(gè)過程控制單元DPU接受相應(yīng)側(cè)電源分配柜來的兩路交流電源，經(jīng)內(nèi)部電源模塊后以冗余方式為柜內(nèi)模件及現(xiàn)場(chǎng)變送器供電。正常時(shí)，每一模件柜的二路電源同時(shí)工作，各帶50%負(fù)荷，當(dāng)一路電源故障后，另一路電源自動(dòng)帶100%負(fù)荷。

信號(hào)接地方面，新機(jī)柜利用了原有的信號(hào)地和安全地接地銅排，采用信號(hào)地和安全地分開連結(jié)，最終以單點(diǎn)接地方式接入接地網(wǎng)，保證了信號(hào)的穩(wěn)定性。

灰渣系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示：每臺(tái)機(jī)組配置3臺(tái)操作員站，2臺(tái)布置于主機(jī)集控室,1臺(tái)布置于灰渣系統(tǒng)電子室；配置2臺(tái)工程師站，1臺(tái)服務(wù)器；此外，還配置了1對(duì)冗余交換機(jī)用于控制器、操作員站、工程師站等的通信。

圖1 灰渣系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

2)改造過程

本次改造將原有灰渣輔控各品牌PLC統(tǒng)一為Ovation系統(tǒng)。改造后有4個(gè)主控制器、5個(gè)遠(yuǎn)程I/O及1個(gè)就地I/O。其中，電除塵A、B合并為一個(gè)控制器，但電除塵高頻電源仍保持A、B兩側(cè)控制?；以到y(tǒng)各控制柜的分配情況如表1所示。

表1 改造后灰渣系統(tǒng)控制柜

3)改造工期

本次改造具體工期見表2，時(shí)間為58天，與機(jī)組檢修同時(shí)進(jìn)行。從工期安排來看，機(jī)柜接線和校對(duì)時(shí)間最長，主要是因?yàn)樾聶C(jī)柜端子接線方式和原機(jī)柜有區(qū)別，需重新敷設(shè)電纜或更改，增加了工作量。

表2 改造工期

4)改造實(shí)施過程及工作量

本次改造包括拆除原控制柜、機(jī)架、模塊電源、控制器、原信號(hào)線及I/O端子排（具體I/O點(diǎn)數(shù)見表3）、安裝OVATION機(jī)柜、控制器、模塊電源、卡件等。

表3 灰渣系統(tǒng)I/O點(diǎn)數(shù)

施工過程中以下兩點(diǎn)需特別注意：

（1）新卡件輸出電壓與原系統(tǒng)匹配問題。原PLC閥門指令輸出是220 V交流電，但新系統(tǒng)是24V直流電，故需通過加裝繼電器解決。

（2）接線方式匹配問題。原PLC DI信號(hào)的正端為公共端，而新系統(tǒng)DI的負(fù)端為公共端，因此接線時(shí)需將原負(fù)端移到正端，同時(shí)將負(fù)端短接，以保證信號(hào)的正常。

3 改造效果

通過改造，解決了硬件老化導(dǎo)致系統(tǒng)可靠性及安全性下降問題。改造效果主要體現(xiàn)在以下三點(diǎn):

（1）改造后的DCS系統(tǒng)使用以太網(wǎng)通信，相較于此前的RS-485，信號(hào)抗干擾能力大幅提升，且改造后實(shí)現(xiàn)了通信模塊和網(wǎng)絡(luò)的冗余。

（2）改造后系統(tǒng)統(tǒng)一。相較于改造前系統(tǒng)互不兼容，現(xiàn)日常維護(hù)、系統(tǒng)組態(tài)更加方便。同時(shí)，DCS強(qiáng)大的歷史數(shù)據(jù)查詢、報(bào)警、打印及曲線等功能[6]，為事故分析提供了更加快捷高效的方式。

（3）改造后，采購、維護(hù)、設(shè)備管理更加便利。相較于改造前系統(tǒng)由多家供應(yīng)商供應(yīng)，備品備件種類繁雜，現(xiàn)大幅降低了備品備件費(fèi)用，且由于統(tǒng)一的供應(yīng)商，后續(xù)服務(wù)更加便捷，更利于及時(shí)溝通。

4 結(jié)語

外高橋第二發(fā)電廠針對(duì)原有灰渣輔控網(wǎng)設(shè)備老化導(dǎo)致系統(tǒng)可靠性下降、系統(tǒng)不兼容及網(wǎng)絡(luò)通信故障較多等問題，進(jìn)行了灰渣輔控網(wǎng)DCS改造，解決了原系統(tǒng)隱患，確保了灰渣系統(tǒng)的高效、穩(wěn)定、環(huán)保運(yùn)行。