基于PCS7的滄東電廠DEH控制系統換型改造

【摘 要】為了解決國華滄東電廠一期SIMATIC PCS7型DEH控制系統存在的安全隱患問題，尤其表現為EXM448-1卡件故障率高且備件已經停產，在線處理風險大。本文通過對SIMATIC PCS7型DEH控制系統各部件功能的深入研究，提出了一種取消EXM448-1卡件，利用總線電纜將FM458通過PROFIBUS DP接口直接連接至ADDFEM的解決方案。該方法減少了控制架構環節，優化了通訊結構。工程量小且具備快速恢復能力，風險要素可控。系統測試表明其對提高系統的可靠性具有積極意義。

【關鍵詞】DEH控制系統；換型改造

0.引言

滄東電廠一期工程兩臺660MW亞臨界汽輪機組的DEH系統采用西門子公司生產的SIMATIC PCS7系統進行控制。自2006年6月兩臺機組陸續投產以來，PCS7系統相繼發生了十幾次不同類型的系統故障，給機組的安全穩定運行帶來了極大的風險和隱患。同時，國華系統內其他采用PCS7系統作為DEH、MEH等系統控制平臺的多臺600MW級機組，自系統投運以來，也相繼發生了若干起由于EXM448-1故障而引發的機組強停的重大安全事件，嚴重威脅了機組的安全穩定運行。鑒于PCS7系統自身存在的問題，國華公司在2012年5月，將其列為了國華公司級的重大安全隱患。目前采取的解決辦法，徐州華潤、元寶山、北侖、惠州、準格爾等廠的DEH采用運行良好的GE新華 DEH-V型；國華錦界1-4號機組采用艾默生OVATION系統，穩定可靠性高。但以上兩種方法均表現為換型成本非常高、工期長，不符合短期升級的目的。相比較而言，本文提出了一種簡捷有效的升級改造方案，即摒棄了故障率較高的EXM448-1卡件，改為FM458與ADDFEM直連的方式。利用FM458自帶的PROFIBUS DP通信端口與ADDFEM卡通信，并對ADDFEM版本升級，該方法減少了控制架構環節，優化了通訊結構。工程費用較低，解決了目前EXM448-1卡件故障率高和無備件的問題，軟硬件改動少，工程量小，安裝調試時間短，費用低。

1.PCS7型DEH控制系統分析

1.1 DEH系統網絡結構

1.2各部件功能簡要介紹

（1）電源模件：電源模件為冗余配置，每側CPU及其通訊卡件各由一塊PS 405電源模件供電。接入電壓為DC24V，同時，內配置有兩塊3.6V的鋰電池，防止電源模件失電后，造成CPU內部代碼丟失。

（2）CPU模件：DEH系統使用的是S7-417H型CPU，一旦主CPU故障停運，會自動切至備用側CPU運行。

（3）通訊模件：CP443-1是連接控制器和工業以態網的通訊卡件，用一根雙絞線連接到TXP的工廠總線OSM的端口上，使用TCP/IP協議進行通訊。

（4）FM458模件：FM458模件為DEH系統所特有，稱之為伺服模件，模件中主要運行的是DEH系統的閉環控制邏輯，相關信號通過CPU處理后送至伺服模件，再由伺服模件通過閉環控制閥門的開度。

（5）EXM448-1模件：EXM448模件是FM458的通訊模件，連接 ADDFEM模件進行數據交換。

（6）ADDFEM模件：DEH系統所特有，共4個，也叫做高速I/O卡，處理的信號都是相對重要的，負責LVDT閥位、發電機功率、汽機轉速以及發電機并網，汽機掛閘信號的采集。

（7）ET200M功能模件：常用到的功能模件SM321、SM322、SM331、SM332。通過IM153通訊模件和CPU進行通訊。

2.系統軟硬件升級改造

系統軟硬件升級改造在系統全部備份完畢之后進行，以便出現問題時能夠及時恢復。

2.1硬件改造

進入電子間，找到相應控制柜。硬件升級操作步驟如下：

①控制器左右側機架完全停電，分別拆除左右側機架上的EXM448-1，將與其相聯接的PROFI-BUS接頭連接在FM458的X3接口上。

②拆除第一塊ADDFEM的電源接線，接線端子及PROFIBUS電纜接頭，移除舊版本 6DL3100-8AA型ADDFEM卡件；安裝6DL3100-8AC型的ADDFEM卡件，恢復所有端子及PROFIBUS 電纜接頭，接電源接線。重復以上操作，完成對其余ADDFEM卡件的更換。

③左右側機架上電，重啟CPU417及FM458控制器。

④設置新ADDFEM的通訊地址。

2.2軟件升級

①在SIMATIC管理器中裝載6DL3100-8AC型ADDFEM卡件對應庫函數GSD文件。然后刪除FM448-1通訊卡件。

②建立FM458控制器的PROFIBUS 通訊接口，裝載ADDFEM 8AC型16版本卡件。

③對ADDFEM進行硬件配置，保存及編譯。

④修改FM458組態圖表（包括PROFIBUS DP通訊輸入、輸出及初始化）。

進行相應的硬件配置軟件升級之后將程序編譯下裝至CPU，下裝至FM458，重啟CPU417及FM458控制器。操作完畢。

3.改造后測試與試驗

換型改造之后的DEH控制系統通過在SIMATIC管理器中強制信號或者在輸入端加信號同時在卡件輸出端測量輸出值的方法實現對66個通道逐一測試。組態完成后對系統進行了靜態仿真、動態仿真、系統所有功能的試驗。包括CPU模件S7-417H在線冗余功能切換試驗、FM458在線冗余功能切換試驗、CP443通信模件在線切換試驗。結果表明A、B側各卡件狀態顯示準確、DEH監控畫面狀態正常、調門無異常動作。轉速控制、負荷控制、閥門管理及在線實驗、OPC超速等所有DEH系統功能性實驗正常。

4.結論

本文提出的換型改造方案工期較短、費用較低。故障率高的EXM448-1卡件被取消，減少了PCS7系統中間通訊環節，優化了通訊結構，大幅降低了DEH系統的硬件故障發生率。同時，降低了EXM448-1通訊卡件對S7-417H型CPU和FM458控制器的影響程度，減少了在線處理風險。改造后的DEH系統備件采購和儲備得到有效改善，也避免了系統故障造成的機組非停，對機組安全穩定運行意義重大。該方案在國華系統內同類機組已進行實施，目前運行正常。但是這種改造方案也存在一定局限性，表現為不能從本質上解決原系統設計不足的缺點。長遠看來，還需要尋求更有效的解決辦法。

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