呂四港電廠1號機組脫硫DCS系統改造

王雷

【摘 要】近年來環保要求越來越高，對脫硫系統的穩定提出更高要求，特別是脫硫旁路擋板封閉后漿液循環泵全停作為鍋爐MFT的保護條件，但目前脫硫PLC控制系統問題較多，特別是電源系統問題、通訊問題和歷史數據存儲等問題較為突出。本文通過介紹呂四港電廠1號機組脫硫DCS改造的情況，對改造前PLC控制系統存在的問題進行分析，論述改造方案的優缺點，改造中出現的問題及解決方法。

【關鍵詞】火電廠；脫硫；DCS改造

【Abstract】Requirements of environmental protection in recent years，more and more high，the stability of desulfurization system put forward higher requirements，especially the desulfurization slurry circulating pump full stop after the bypass damper closed as a condition of the boiler MFT protection，but at present many problems of desulfurization PLC control system，especially the power supply system，communication problems and historical data storage and other issues.In this paper，by introducing the lusi port power plant unit 1 desulfurization DCS transformation，before to transform the problem of the PLC control system analysis，discusses the advantages and disadvantages of retrofit scheme，the reform in the light of problems and solutions.

【Key words】Heat-engine plant；Desulfurization；Transformation of DCS

0 引言

脫硫系統是作為火力發電廠外圍設備進行的設計與施工的，在投入生產和管理之后，國家不斷提出更高的減排標準和要求，其中主要包括：旁路擋板鉛封、旁路煙道拆除、近零排放改造等，脫硫系統的安全穩定運行已經等同甚至高于機組。在此過程中，脫硫控制PLC控制系統的缺陷和弊端逐漸暴露，已經危及的機組的安全穩定運行和環保工作管理。

1 原PLC控制系統的基本情況

呂四港電廠脫硫控制系統采用施耐德昆騰67160PLC以實現控制功能。整個系統分為七個子系統，包括1號脫硫控制系統（FGD1）、2號脫硫控制系統（FGD2）、3號脫硫控制系統（FGD3）、4號脫硫控制系統（FGD4）、脫硫公用制漿系統（COM12）、脫硫公用脫水系統（COM34）、脫硫公用廢水系統（WW）。其中1號、2號機組脫硫，公用的制漿、廢水、石膏脫水控制系統機柜布置在1、2號除灰脫硫綜合樓電子設備間；3號、4號機組脫硫控制系統機柜布置在3、4號除灰脫硫綜合樓電子設備間。脫硫7套PLC子系統均配置了一塊NOE網絡模塊組成單一以太網，通過脫硫網絡交換機進行數據交換，實現在輔控網統一操作。

脫硫控制系統的人機界面、歷史數據存儲等功能采用IFIX軟件實現，歷史數據的存儲獨立于PLC控制系統。網絡架構采用客戶端、服務器架構，網絡結構和數據流向見圖1。

圖1 原PLC控制系統網絡架構圖

2 原PLC控制系統存在的問題

2.1 PLC控制器HALT存在故障

2012年11月20日3號機組因控制器HALT故障造成控制器停止運行，進而導致機組停運，廠家分析為警戒時鐘溢出，具體原因未查明。

2.2 PLC無法實現復雜運算及節能降耗等高級功能

PLC是由繼電器邏輯發展而來，雖然能夠實現部份模擬量的計算和控制，但是不能實現復雜算法，不能實現節能降耗等優化高級功能。并且PLC本身無歷史數據存儲，數據未做到全局統一管理，容易出現變量名沖突，數據不同步等問題；邏輯分析需在線進行，存在安全隱患。

2.3 脫硫控制系統妨礙設備異常處理與分析

脫硫控制系統歷史記錄不全，歷史曲線不方便調閱。報警信息少。系統運行狀況、CPU運行狀況、硬件信息等系統日志不全，不方便維護，且給設備異常處理與分析造成障礙。

2.4 PLC系統網絡不穩定造成操作員畫面數據丟失

1號機組脫硫系統在生產過程中經常出現操作員畫面數據丟失現象，經過分析是由于PLC系統網絡不穩定而造成的。操作員站的正常運行要依托于SCADA服務器的正常運行，如果服務器出現問題會導致操作員站全部癱瘓。

3 DCS改造的目標

新的DCS系統與PLC系統相比具有以下優點：FGD控制功能與老系統一致，并完善了報警及歷史查詢功能；脫硫控制系統的安全性和穩定性提高；可靠的冗余電源，系統卡件供電電源冗余；獨立的操作員站，不依托于SCADA服務器可獨立運行，安全性高；穩定的網絡通訊，保證數據傳輸穩定。

4 DCS改造方案的內容

1號機組脫硫DCS改造采用OVATION分散控制系統。作為當代最先進的DCS系統之一，它提供了可靠、完整的過程控制，具有強大的過程控制策略。此外ovation分散控制系統還具有強大的歷史功能，保證用戶對過程數據、報警、SOE、操作等所有信息進行查詢和檢索。

4.1 DCS系統結構

OVATION系統的重要特點之一是具有一套完整、可靠、開放的通訊系統。通訊設備采用市場上通用的CISCO公司的快速以太網交換機，艾默生過程控制有限公司的網絡結構克服了服務器/客戶機這種主從依賴關系的網絡結構，采用的是單層的，點對點的對等結構的冗余的100Mbps的一體化的快速以太網，系統中不需要任何網關。同時OVATION系統采用的是ORACLE全嵌入式、分散形的關系數據庫，系統能將數據管理分散嵌入到網絡上的對應的站點中，任何站點的工作均不需要彼此依賴。使得系統在數據管理上真正做到了徹底地分散。改造后的系統網絡結構見圖2。

4.2 DCS系統改造硬件配置

4.2.1 過程控制單元DPU

過程控制單元是DCS電廠控制的核心，具有重要的作用。實現DCS保護，模擬調節，順序控制，數據采集等與工藝過程和設備直接相關的功能。

過程控制單元DPU中的主要部件包括：

1）過程控制器

《火電廠熱控系統可靠性配置和事故預控》中對控制器的配置有如下要求：

（1）單元機組分散控制系統控制器應采用冗余配置，其對數應嚴格遵循機組重要保護和控制分開的獨立性原則配置，不應以控制器能力提高為理由，減少控制器的配置數量，從而降低系統配置的分散度。

（2）為防止一對控制器故障導致機組被迫停運事件的發生，重要的并列或主/備運行的輔機（輔助）設備控制應分別配置在不同的控制器中。

根據以上要求，1號機組脫硫DCS系統需配置兩對冗余控制器。控制器將布置在電子設備間，通過交換機等網絡設備與位于中控室的人機接口站進行通訊。與控制機柜布置在一起的有DCS電源分配柜和交換機柜。交換機柜則為控制器和人機接口MMI提供通訊工具。

2）I/O模件配置

根據用量和裕量15%的要求，配置相關的I/O模件。具體I/O模件配置及數量見表1。

3）電源系統及接地

DCS系統配置1面電源分配柜用于脫硫DCS系統設備的供電。電源分配柜布置于相應的電子設備間，用于分配用戶提供的兩路交流220VAC電源。通過其內部的分配、保護、開關回路將它們分配給所有的DCS設備：其中每個過程控制單元DPU接受相應側電源分配柜來的兩路交流電源，其內部的模件化電源以冗余的方式為柜內的所有模件及相應的現場變送器供電。正常工作時，每一個模件柜的二路電源同時工作，各帶50%負荷，當一路電源故障后，另一路電源自動帶100%負荷。

機柜已配有信號地和安全地接地銅排，采用信號地和安全地分開連結方式，最終以單點接地方式接入用戶提供的接地網。

4.2.2 控制室/工程師室設備

新增控制室/工程師室設備：2臺操作員站：布置于集控室；1臺數據庫服務器/工程師站：布置于脫硫DCS工程師室；2臺歷史站：采用冗余歷史站配置，布置于脫硫DCS工程師室；1臺OPC站：布置于1號機組DCS工程師室。

4.2.3 網絡通訊系統

1號機組脫硫DCS系統配置1面電網絡柜，用于布置網絡交換機。1號機組脫硫DCS系統配置1對冗余交換機，采用單層的、點對點的對等結構的冗余的100Mbps的一體化的快速以太網，系統中不需要任何網關。該網絡系統用于單元脫硫系控制器，操作員站，工程師站等的通訊。

5 DCS改造方案的實施

在1號機組超低排放改造期間，工作人員進行了1號機組脫硫DCS系統的改造工作，涉及到的設備包括：原PLC系統設備、DCS系統設備、電源系統、通訊系統、工程師站、操作員站等。

5.1 舊系統拆除

在布置完停機運行措施后開始拆除電子間涉及改造的機柜、電纜及舊的計算機柜。

拆除電纜時，根據圖紙和電纜標識牌，進行分類拆除，在線芯剪斷處用自粘膠帶將膠頭號纏好；拆除舊計算機柜時，將原系統的盤間聯絡電纜抽出，并運到指定存放位置。

5.2 新系統安裝

根據轉接柜圖紙，將已拆下的電纜連接至新的中間端子柜。

根據轉接柜圖紙和停機前所做的電纜標識（不同的系統，標識的顏色不同），將電纜穿到相應的轉接柜。

5.3 系統上電

OVATION各機柜就位并固定良好；機柜與底座之間絕緣良好；網絡總線及交換機等檢修測試完畢，接地線安裝完畢并驗收合格。各控制器（站）的數據總線連接完畢，接線正確，復核無誤。各控制器、操作員站、歷史站、OPC站、打印機等硬件設備安裝就位完畢，電源接線正確，電纜絕緣良好。

5.4 控制器檢查

控制器檢查內容包括：卡件是否插到位；電源風扇是否插好。

5.5 分支檢查

分支檢查內容主要包括：各分支的BASE板是否有松動；所有的BASE連接是否完好，有無松動現象；每個分支的終端器是否固定；連接控制器與卡件的黑色通訊電纜，確認固定螺絲是否固定；上電后，每個分支的BASE的24V輔電是否正常；連接卡件到繼電器柜的電纜是否連接、固定。

5.6 組態、畫面整理

重新整理點目錄，將點目錄按照控制器節點號的順序重新排布，檢查點目錄是否有重復或者錯誤的情況，將重復的點刪除，將錯誤的點更正。

本項目采用WINDOWS操作平臺，并將為本項目提供最新的OVATION 3.5軟件，將重新整理后的點目錄在服務器內進行設置輸入。

根據原系統的邏輯組態，制定邏輯說明，并按照該邏輯說明在服務器進行組態。

5.7 DCS系統的調試

超低排放改造完成后，對脫硫系統進行統一調試，調試過程中對點目錄、報警信息、操作功能、歷史趨勢等進行了再次確認，保證系統改造圓滿完成。

6 展望

本次1號機組脫硫改造采用了最先進的DCS設備，設備的安全性和可靠性大大提高，為機組的穩定運行提供了有力保證，同時有效降低了環保管理風險，可為同類型火電廠DCS系統改造提供借鑒經驗。

【參考文獻】

[1]趙瑞輝.電廠DCS網絡監控系統的設計與實現[D].保定：華北電力大學控制科學與工程系，2013.

[2]宋翔.華潤彭城電廠DCS系統的改造與應用[D].西安：西安科技大學控制工程系，2013.

[3]楊海云，喬澤慧.電廠DCS系統應用分析[J].中國新技術新產品，2011（18）：112.

[4]溫文，趙作明，王俊峰. 脫硫DCS改造提高電廠環保設備自動化水平[J].科技視界，2014（15）：262，298.

[責任編輯：田吉捷]