鎮(zhèn)海9E燃機DCS操作臺改造

謝培嚴（浙江鎮(zhèn)海發(fā)電有限責任公司，浙江 寧波 315208）

分散控制系統(tǒng)（DCS）以其高度的可靠性、強大的功能、靈活的配置在火電廠熱控系統(tǒng)中獲得了廣泛的應(yīng)用。它的可靠性直接關(guān)系到機組運行的安全性和經(jīng)濟性。隨著DCS 使用年限的增加，由DCS故障引起的事故比例有逐年上升的趨勢，同時也使為數(shù)較多的DCS用戶面臨DCS改造升級問題。本文以鎮(zhèn)海燃氣-蒸汽聯(lián)合發(fā)電機組DCS操作員站改造為例，介紹DCS操作員站改造的解決方案及經(jīng)驗。

1 項目概況

浙江鎮(zhèn)海聯(lián)合發(fā)電有限公司（以下簡稱鎮(zhèn)海聯(lián)合）300MW聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組于1996年開始建設(shè)，整個工程由英國John Brown公司設(shè)計。機組于1998年正式投產(chǎn)，該工程的DCS控制系統(tǒng)采用ABB公司的INFO-90系統(tǒng)，原DCS操作臺由三臺OIS25.3系列操作站組成。經(jīng)過長期運行，故障率逐步上升，經(jīng)常發(fā)生操作臺死機及部件損壞現(xiàn)象，同時存在維護費用高，備品備件采購困難等問題。2003年進行操作臺第一次升級改造，采用ABB的Conductor NT 方案：將3臺OIS25中的一臺升級成Conductor NT，換下來的OIS25設(shè)備作為另外2臺的備件。2007年采用ABB的Power Generation Portal 方案對操作臺進行第二次全面升級改造，目前操作員站采用3臺Power Generation Portal服務(wù)器，3臺Power Generation Portal客戶機。

2 DCS操作員站改造方案確定

原DCS操作員站（OIS25）從投產(chǎn)至2003年，差不多已運行8年多，操作員站的主要部件由于老化已多次發(fā)生死機等故障，而且部分部件已停止生產(chǎn)，導(dǎo)致備件難以購買且價格很高，例如原用于操作員站數(shù)據(jù)備份的專用備份工具沒辦法采購到，造成操作員站數(shù)據(jù)無法進行備份，這不但是一個極大的安全隱患，同時也制約著今后DCS完善和擴展。DCS操作員站升級改造勢在必行。

由于運行機組不像新建機組一樣有較長的改造工期和較長的調(diào)試、試運行時間，操作臺改造必須利用機組大修短短一個月時間內(nèi)完成，工期相對比較緊張。另外，改造完成后機組立即需要商業(yè)化運行，必須確保改造一次性成功，安全上的壓力也比較大，對于運行人員，由于缺少足夠的學習時間和適應(yīng)過度期，同樣也存在各種不安全的因素。因此，筆者采用的升級策略是對操作員站進行分步改造，即，將3臺OIS25中的一臺進行升級，換下來的OIS25設(shè)備作為另外2臺的備件。這樣既解決了原OIS25備品備件問題，又能使運行人員獲得較長時間的學習、適應(yīng)時期。

2003年對操作員站進行第一次改造，當時可選的方案不多，為了兼顧改造的安全系數(shù)及今后的技術(shù)支持，采用ABB的Conductor NT。ABB貝利公司為解決其傳統(tǒng)操作員站問題，1997年以剛被兼并的FISCHER&PORTER公司S6000監(jiān)控軟件和自己開發(fā)的90通信驅(qū)動軟件為基礎(chǔ)開發(fā)了Conductor NT。Conductor NT連在PLANTLOOP和INFINET的接口上，可通過串行接口或SCSI接口進行數(shù)據(jù)交換，增加了許多功能，裝入工程師站程序還可實現(xiàn)工程師站的功能。

2007年進行操作臺第二次升級改造，但沒有沿用采用Conductor NT的方案，而是采用ABB的Power Generation Portal 方案，其原因為：

（1）ABB的Conductor NT原操作員站圖形和標簽不能轉(zhuǎn)換升級，改造時必須人工重做，工程量大易造成錯誤，各種細節(jié)問題無法考慮周全，從幾年的運行操作反映情況看，相對于原OIS25，報警管理比較亂，操作可靠性差；

（2）ABB的Conductor NT自身的缺陷：歷史數(shù)據(jù)管理功能不夠強，數(shù)據(jù)只能存一周左右，開放性不夠好等；

（3）ABB公司2003年后又推出新式操作員站，故其軟件已不再開發(fā)升級，今后將較早的面臨備品備件和技術(shù)支持問題。

而ABB的Power Generation Portal是ABB公司2003年在Tenore軟件基礎(chǔ)上推出的新一代DCS操作員站，也可替代90系統(tǒng)操作員站。其采用全方位冗余的服務(wù)器/客戶機結(jié)構(gòu)；具有的數(shù)據(jù)庫內(nèi)核特性使其有強大的歷史數(shù)據(jù)和事件的采集、儲存能力，又可同時作為歷史站和工程師站使用；信息高度集成，標簽容量大，完全開放性的界面，易于使用，支持畫面和標簽數(shù)據(jù)庫的轉(zhuǎn)換導(dǎo)入；采用完全開放的OPC、MODBUS、ODBC、TCP/IP等標準通信協(xié)議和應(yīng)用標準化技術(shù)，支持第三方軟件和標準接口，可發(fā)展成為多種信息匯總的公用平臺，并且因其推出較晚還在不斷升級完善。

3 DCS操作員站改造實施

3.1 全方位冗余的服務(wù)器/客戶機結(jié)構(gòu)實現(xiàn)

鎮(zhèn)海聯(lián)合廠配置了3臺PGP Server和3臺PGP Client，6臺操作站及其互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)全面實現(xiàn)冗余配置。

圖1 環(huán)網(wǎng)圖

如圖1所示，每臺操作站都安裝冗余的以太網(wǎng)網(wǎng)卡，通過RJ45電纜連接到交換機上，2臺交換機通過跨接線實現(xiàn)冗余。任何一臺Client操作員站可以連接到任意一臺Server操作站，其中一臺Server操作站故障時，連接在其下面的Client操作員站能自動切換到其他Server操作站，切換時間很短，不影響任何操作，這樣只要有一臺Server操作站正常工作，就能保障3臺Client的正常運行，從而保障系統(tǒng)的正常操作。

3.2 歷史站的實現(xiàn)

PGP的Server正常的標簽庫容量是15000點，其中歷史庫容量1000點，但PGP作為歷史站，其歷史庫容量可以擴展至15000點，歷史站與普通的PGP Server的區(qū)別僅僅是軟件的LISENCE的不同，歷史站同樣也是一臺PGP Server。本廠配置的3臺PGP Server中包括一臺歷史站。由于本廠總共標簽庫不大，所有DCS標簽都設(shè)計成用歷史庫保存。PGP系統(tǒng)每天定期將報警信息和趨勢自動歸檔。正常情況下，PGP上能查看1周的數(shù)據(jù)，超過一周的數(shù)據(jù)需要通過PGP的程序HISTORY回復(fù)歷史數(shù)據(jù)后才能查看。PGP的存貯時間只受操作臺硬盤容量的限制，完全能夠滿足歷史站的要求。

3.3 原OIS25畫面和標簽數(shù)據(jù)庫的轉(zhuǎn)換導(dǎo)入

原OIS25畫面和標簽數(shù)據(jù)庫是通過工程師軟件COMPOSER進行轉(zhuǎn)換。標簽數(shù)據(jù)庫可以從操作臺或原工程師站中導(dǎo)出。由于本廠缺少原操作臺數(shù)據(jù)備份工具，數(shù)據(jù)是從原工程師站中導(dǎo)出，而工程師站的標簽庫與操作臺標簽庫未完全同步，增加了一定的工作量。從原工程師站中導(dǎo)出標簽格式和內(nèi)容與PGP不完全相同，部分內(nèi)容需要手動輸入或通過工具軟件進行轉(zhuǎn)換。

3.4 報警系統(tǒng)完善

報警系統(tǒng)是人機界面的重要組成部分，報警系統(tǒng)的設(shè)計是目前DCS應(yīng)用（特別是老機組DCS改造項目）的薄弱環(huán)節(jié)。DCS最基本的“列表報警”功能也因“不實用”而被冷落。目前比較常用的是采用“光字牌”輔助鍵盤，由一些DCS設(shè)計了形式類似的報警畫面——“軟光字牌”，形式比較貼近運行人員，對運行操作有一定幫助。但“軟光字牌”設(shè)置較多，運行人員過分倚重，“列表報警”中的其它信息（如時間、報警回歸等）易遭忽略。筆者認為PGP的報警系統(tǒng)只要組態(tài)得當，“光字牌”的所有優(yōu)勢PGP都能實現(xiàn)，并且具有“光字牌”無法替代的優(yōu)勢。

鎮(zhèn)海聯(lián)合廠將所有信號按信號所在區(qū)域劃分成16個大的報警組，每個報警組下面再設(shè)4個子報警組，子報警組實際上是按報警等級劃分。前面3級按信號的重要性依次定義，普通報警（如測量上的故障）定義為3級，影響某整個系統(tǒng)正常運行的（如自動調(diào)節(jié)、電源、重要輔機跳閘等）定義為2級，直接威脅機組安全運行的定義為1級。而4級只是機組正常運行的事件，不作報警，定義是將所有4級從報警列表上過濾掉，但在歷史庫中歸檔，以方便事故分析。前面3級報警信號觸發(fā)時采用不同的聲音報警。表1為報警組組態(tài)實例，表中數(shù)字為標簽的報警組定義。

表1 報警組組態(tài)實例

PGP的即時報警系統(tǒng)有2種方式，一個是最小報警窗口，在PGP畫面下方可以顯示3條最新的報警（顯示的數(shù)量也可以通過定義注冊表修改），另一個是報警列表，功能比較豐富，該系統(tǒng)以報警組為內(nèi)容的樹型結(jié)構(gòu)，類似WINDOWS的資源管理器，支持報警內(nèi)容按組分別瀏覽。報警組菜單項不展開時能顯示該組下面最高級別的報警信號狀態(tài)，類似“光字牌”功能，非常直觀。

光字牌只具有提醒鍵盤作用，在大量報警信號同時出現(xiàn)時，光字牌只包括一些重要報警，并且不能區(qū)分報警前后，故障診斷還是需要依賴DCS進行，而PGP將報警按系統(tǒng)分組，報警內(nèi)容顯示全面，精確顯示報警觸發(fā)時間，既避免了因報警數(shù)量過多運行區(qū)分難的問題，又有利于故障的快速診斷。另外，PGP還有報警篩選、過濾等其它一些功能也是光字牌無法實現(xiàn)的。

PGP的報警系統(tǒng)關(guān)鍵是DCS標簽庫的正確定義，雖然這項工作還是比較復(fù)雜，但由于PGP的標簽庫是DBF格式文件，支持離線組態(tài)，所以可以對標簽庫進行逐步完善。

3.5 PGP與第三方軟件通訊的應(yīng)用

DCS與第三方軟件PGP采用完全開放的OPC、MODBUS、ODBC、TCP/IP等標準通信協(xié)議和應(yīng)用標準化技術(shù)，支持第三方軟件和標準接口，可發(fā)展成為多種信息匯總的公用平臺。

例如鎮(zhèn)海聯(lián)合廠3臺機組的勵磁系統(tǒng)的報警信息采用PGP的MODBUS RTU功能直接與PGP建立通訊。這種方式相對靈活、低成本，PGP的串口可以通過Nport進行擴展，使PGP的串口可以同時連接多個設(shè)備。連接的一個串口同時連接至不同機組的勵磁系統(tǒng)。PGP中只要定義注冊表和通訊信號的標簽庫就能實現(xiàn)，如圖1所示。本廠PGP與SIS系統(tǒng)通訊也是采用這種方式。

另外，本廠又在今年對MARKVIE（燃機控制系統(tǒng)）和DCS的通訊進行改造，增加環(huán)網(wǎng)節(jié)點，使用ABB的BRC410卡件進行與MARKVIE的通訊，通過MARKVE與DCS COMPOSER的通訊和PGP畫面的組態(tài)，使操作人員可以在DCS界面上同時監(jiān)視MARKVIE。

3.6 PGP安全防護

PGP是基于WINDOWS操作系統(tǒng)，個人電腦上的病毒同樣容易感染到PGP，對整改DCS系統(tǒng)造成極大的危害。由于整個DCS網(wǎng)絡(luò)與外界是隔離的，DCS感染病毒的主要途徑是通過移動存儲介質(zhì)。個人電腦上通常采用WINDOWS安全策略的設(shè)置和安裝防毒軟件手段來提供系統(tǒng)安全。但PGP的Server和各種殺毒軟件不兼容，我們在PGP的Client上安裝殺毒軟件。所有移動存儲介質(zhì)對PGP數(shù)據(jù)的訪問用該臺PGP，通過PGP自身的網(wǎng)絡(luò)對其他PGP操作員站實現(xiàn)。雖然這樣，但是還是要盡量限制移動存儲介質(zhì)的使用以及對移動存儲介質(zhì)使用前進行殺毒。而通過空白光盤刻錄是相對比較安全的PGP拷貝數(shù)據(jù)方式。

為了防止組態(tài)和數(shù)據(jù)丟失，對PGP進行定期數(shù)據(jù)備份非常重要。筆者采用2種方式同時進行備份：

（1）通過PGP自己的網(wǎng)絡(luò)，對PGP整個硬盤進行交叉硬盤克隆備份，這樣的好處是系統(tǒng)崩潰時恢復(fù)很容易。

（2）PGP組態(tài)文件的備份，通過PGP自身的工具SYSTEM SETUP，對組態(tài)文件進行導(dǎo)出。這種方式備份比較容易，但進行數(shù)據(jù)導(dǎo)出時必須將該臺PGP完全停運退出。否則導(dǎo)出工程中容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)出錯無法再導(dǎo)入，這是因為標簽庫定義時有一些缺省項，如果PGP系統(tǒng)不停運，這些缺省項在導(dǎo)出時會將實際運行參數(shù)帶出來，再導(dǎo)入時會因為這些帶出來的參數(shù)不符合格式出錯。

3.7 PGP仿真

PGP在沒有LISENCE的情況下，是可以在普通電腦上安裝。這一點對PGP的學習和熟悉有很大的幫助，但安裝時應(yīng)注意：

（1）安裝PGP的電腦必須英文操作系統(tǒng)環(huán)境，否則運行時容易出錯；

（2）PGP程序在沒有LISENCE的情況下，可以試用1個月，但可以通過修改操作系統(tǒng)日期繼續(xù)使用；

（3）PGP自帶信號模擬程序，可以對單個標簽或全部進行信號模擬，方便查看畫面符號的動態(tài)效果。

4 經(jīng)驗總結(jié)

OIS25轉(zhuǎn)換的畫面中符號不能再進行修改，為了今后方便DCS完善，建議還是重新建立標準的符號庫。

雖然PGP開放性好，但由于組態(tài)自由度大，也大大增加了組態(tài)的工作量，組態(tài)時需要注意的細節(jié)更多，為了更好的使用，需要不停的逐步完善。