熱網DCS系統軟件優化

宋 戈

（大慶油田熱電廠熱工分廠，黑龍江 大慶 163000）

1 系統現狀

油田熱電廠熱網DCS控制系統采用SIEMENS公司的產品SIMATIC PCS7版本5.0開發的 基于windows NT 4.0英文版系統運行 屬于典型的服務器/客戶機模式的DCS控制系統。硬件采用雙總線通訊上掛2個DPU（分散控制單元）實現過程測量和控制功能，配備三臺操作員站，分別放置在三臺機組的單元控制室內，每個站均可對熱網實現全面監控操作，起到相互備用的作用，1個工程師站。1：1冗余的通訊接口卡設計有傳輸出錯檢測技術，一條網絡故障，系統會自動切換到另一條網絡上進行通訊，保證通訊的可靠性。熱網DCS控制系統自2003年改造至今，已經歷6年連續運行。

熱網2005年5月供熱面積達416萬平方米，截止2006年5月供熱面積達560萬平方米，截止2007年12月供熱面積達660萬平方米。根據大慶市供熱辦的要求，2008年龍鳳地區新增的供熱面積124.1萬平方米，東風新村地區新增的供熱面積113.43萬平方米以及2007年已建待供的116.67萬平方米由油田熱電廠承擔供熱任務。

2009年底油田熱電廠需要承擔的供熱任務為1014.2萬平方米。自從2003年系統調試到正常使用頭三年期間，DCS系統運行情況良好，而且大大提高了生產效率。 自2006年開始隨著供熱面積逐年增加，DCS控制系統的I/O點數量也隨之增加，累計I/O點數量將近2000點。在I/O點數增加的過程中發現，原配置的硬件的負荷率最高達到96%，在這樣的情況下，系統不僅常常出現死機，當達到90%以上的時候，系統延遲較大，嚴重時系統容易崩潰，這樣對現場設備的安全運行造成很大的威脅。

同時熱網DCS控制系統運行至今，還暴露出一些其他問題，如總線通訊故障、操作員站死機、模件電源開關過熱、總線冗余故障、ET200M子站總線冗余故障、DCS控制系統程序編制不規范導致程序丟失、設備誤動以及系統出現低電壓是導致控制癱瘓等諸多問題。

1.1 通過對上述問題的研究和詳細分析后找出系統存在這些問題的主要原因：

1.1.1 限于熱網DCS系統改造初期技術條件的限制以及系統軟硬件運行多年，其技術水平已不能滿足現場的運行維護要求，如控制系統運行在微軟的NT操作系統環境，不能對系統程序進行必要的安全備份。

1.1.2 在windows NT 4.0英文版操作系統的制約下很多新的硬件無法使用，例如操作員站及工程師站操作系統無法升級新硬件，不支持該USB設備等問題亟待解決。

1.1.3 現場站及硬件地址點數相對過多，地址配置參數需調整，CUP參數設置不當。

1.1.4 SIMATIC PCS7版本5.0基于SyBase的數據庫自身的效率，廠網MIS通訊任務過重。

這些問題已嚴重影響了熱網系統的安全運行。

2 系統優化

2008年利用熱網大修的有利時機，對控制系統進行一次全面優化改進造，同時包括新增的熱網計費系統。

2.1 熱網DCS軟件優化的主要內容：

(1)采用SIEMENS公司的最新產品，全集成新一代SIMATIC PCS7版本6.0自動化過程控制系統，對現有熱網DCS控制系統進行軟件升級，它是基于windows 2000操作系統，OS基于WinCC6.0以上版本，用的是Microsoft SQL Server for WinCC數據庫，通過OPC、SQL等技術使得不同系統之間的準確、高速、大量的數據交換得以實現全集成，一體化的解決方案，其集成的核心是統一的過程數據庫和唯一的數據庫管理軟件，所有的系統信息都存儲于一個數據庫中而且只需輸入一次，這樣就大大增強了系統的整體性和信息的準確性。

(2)在原有熱網DCS控制邏輯的基礎上，重新編制熱工檢測系統、自動控制系統軟件并進行軟件優化，增加部分I/O卡件和相關軟件邏輯編制包括順序控制（SCS）和數據采集（DAS）等功能。

(3)在現有熱網控制室內，對現有熱網控制系統增加計費系統。

(4)在控制方式不變的情況下，同時整合2006年～2008年的新增的控制系統，及2009年新增熱網計費系統使之同原有熱網系統能夠作為一個完整的DCS控制系統，在完成軟件組態、整套系統安裝調試后，保證優化后的熱網DCS系統安全、可靠、經濟運行。

2.2 熱網DCS軟件優化的技術關鍵點：

由于，PCS7 V5.0的OS應是WinCC5.0，用的是SyBase的數據庫，而PCS7 V6.0及以上版本基于WinCC6.0以上版本，用的是Microsoft SQL Server for WinCC數據庫；由于數據庫之間無法轉換，為此，優化過程所有軟件全部重新自行編制。

2.3 熱網DCS軟件優化后達到的技術指標：

(1)在熱網控制室內實現熱網機組的啟停；

(2)在熱網控制室內實現113套設備正常運行的開關操作控制和調整；

(3)在熱網控制室內實現異常工況和緊急事故處理。

(4)在熱網控制室內實現正常運行工況的監視，模擬量顯示精度達到0.25。

(5)變頻泵閉環控制等17回路，均實現自動控制。

3 效果對比

與優化前相比，現有熱網DCS系統擁有10項獨特的技術優勢：

(1)基于優秀的SIMATIC PCS7 V6.0平臺。

(2)遵循全集成自動化理念，可完成過程工業領域的所有控制任務。

(3)系統所有組件都采用基于TIA架構的標準硬件和軟件，可通過西門子公司完成一站式采購。

(4)通過PROFIBUS實現真正的分散結構，易于與FF儀表的集成。

(5)包括網絡通訊、控制器、I/O、PA 儀表在內的所有層次的冗余。

(6)非常靈活的可伸縮性，從小型，可控制100個I/O點的PCS 7 Box，一直到控制100000點，基于客戶機/服務器架構的大型系統。

(7)高性能的設計與工程工具，可顯著降低工程成本，縮短工程周期。

(8)集成過程安全技術，獨特的安全矩陣技術可減少人為誤差。

(9)強大的資產管理功能可集成傳統的非智能設備

4 應用

本次優化改進完成后，熱網增加計費等系統與現有熱網系統能夠作為一個完整的系統，自動化水平、系統穩定性、安全性有了很大提高，從本質上避免了熱網DCS系統軟件的不安全隱患。

由于前期進行大量試驗、探索了很多許多成熟經驗，系統軟件優化改進后運行一直比較穩定，沒有出現保護誤動或拒動事故。熱網大修后一次啟動成功。

[1]張 虹，王林涵，徐用懋.Fuzzy-PI復合控制在電站鍋爐過熱蒸汽溫度控制中的應用.自動化儀表，1999；20(11)：28～31

[2]鄭德忠，楊宇濤，劉立偉.實現鍋爐優化燃燒的新型控制方案.自動化儀表，1998；19(3)：28～30