不停控制系統將PLC升級為DCS

柳德志

（南京華得瑞科技有限責任公司，江蘇 南京 210015）

0 引言

在某些連續生產型企業（如火力發電廠）由于自動化發展史的原因，輔助系統往往是由各PLC集成商完成的，主控系統使用DCS控制，隨著工業自動化控制技術的變化革新，很多生產企業的管理模式也發生了嶄新變化。以前許多由各PLC集成商完成的輔助系統，都需要集中管理。原PLC系統有些年限已到，需要進行系統的升級改造，由于目前集中管理的趨勢，新改造的PLC系統都將納入DCS控制系統進行統一管理控制，所以老的PLC系統要更新為DCS系統已經變成一種趨勢。

1 原系統結構

某火力發電廠輔助控制系統采用的PLC品牌為Schneider Quantum系列，PLC上位機采用Intouch軟件，PLC 控制系統已經進入衰老期，后期故障率逐年提高，售后維修成本大；且因硬件產品年代過長已經退市，備件采購困難。

系統結構如下圖

現場電子設備間并排放置6臺機柜，其中控制系統使用4臺，控制器機柜中放置一套Schneider Quantum的67160冗余CPU和一個I/O機架，2～4號柜內放置I/O機架，現場信號電纜分別進入控制器柜至4號柜。

控制室內放置兩臺操作員站，通過兩根100M以太網連接現場PLC控制器。

2 技術分析

一個系統的升級分為軟件升級和硬件升級兩個部分。

2.1 軟件升級

軟件升級主要完成原控制邏輯平臺的遷移，其中又包括兩部分：一部分是由原PLC控制邏輯轉換到DCS控制邏輯；另外一部分是監視平臺由PLC平臺升級到DCS監視平臺。

控制邏輯的升級需要保證原控制邏輯的執行正確性，消化理解原控制邏輯并轉化到DCS系統中，這里主要注意由于年代久遠原設計文檔已經發生變更，所有的控制思路以PLC里當前運行的為準。

監視平臺的升級是要保證操作界面風格的統一，DCS的操作界面要與PLC的操作界面基本一致，減少運行人員過渡的困難，降低誤操作的風險。

2.2 硬件的升級

硬件的升級包括控制系統和現場設備，一般來說為了降低成本都是現場設備不動，包括控制電纜也不做改動，只更換控制系統的硬件，將原PLC控制柜更換為DCS控制柜。

綜合以上技術路線對本項目進行分析：

（1）軟件升級：本項目的控制軟件為unity pro 畫面軟件為Intouch，兩者均有原始工程和原有設計文件，只要花費一定的人工將軟件進行轉換就能完成軟件的升級。

（2）硬件升級：本項目的硬件升級與一般項目類似，現場控制設備和控制電纜不做改動，只更新控制系統的硬件。

通過查看現場，發現電子設備間布局很局促，沒有條件增加其他機柜，要想改造只能在原位置將PLC機柜拆除更換為新的DCS機柜，現場設備電纜利舊。

綜上分析本項目的技術難點在于PLC機柜的更換上。

PLC機柜拆除必須將現場設備停運，而且還要斷電，這樣會造成整廠的減產甚至停產，通過跟運行人員的認真分析，發現系統中一部分設備是具有就地手動控制運行的可能性，還有一部分設備屬于間斷運行，中間可以有20天左右的間斷期。利用這個現象采用控制系統測點充分運用的方式，制定了一個可行的改造方式。

具體分析，4個機柜中，每個機柜都存在可以暫時停運的設備，也都存在不可以停運的設備。通過測點的梳理發現如果將停運設備全部拆除，那么空出來的測點可以控制全部不能停運的設備。

所以初步制定大的方向是把能切換到就地運行的設備和間斷運行設備拆除，利用拆除的測點控制必須運行的設備。

3 具體實施方案

要減少現場的時間，就必須在項目前期做好充足的準備，因此改造方案是重中之重，改造方案是否細致決定了項目改造是否成功。

最重要的原則就是減少現場改造的時間，在改造之前充分做好方案，能夠提前做的工作全部提前做好，一旦機柜開始拆除就像開弓之箭，沒有回頭路可以走，要么改造成功，要么改造失敗影響現場運行。

3.1 控制邏輯和上位機升級

改造之前完成新系統的控制邏輯和畫面的組態，將原有的PLC控制邏輯和Intouch上位機軟件消化理解，在公司測試大廳完成移植到DCS系統內。

DCS控制器內完成原PLC邏輯的組態，DCS上位機畫面完成原Intouch軟件的全部功能。充分的進行邏輯的驗證，保證改造過程中不因為邏輯的錯誤造成設備誤動。

3.2 規劃DCS機柜的卡件布置

因為是改造項目所有的信號電纜必須利舊，而且電纜中間不允許有接頭，所以新DCS機柜內的測點要原PLC機柜內的測點一一對應，保證信號電纜不穿機柜，而且考慮電纜長度，原機柜低處接線在新機柜也要在低處接線，一定要避免按照經驗布置測點，造成同一個設備的電纜分布到不同的機柜當中。

3.3 現場DCS系統搭建

現場實施過程系統不停運，因此PLC系統到DCS系統之間有一個過渡的過程，過渡過程中兩個系統同時運行，因此先在現場進行DCS系統的搭建，兩套系統同時運行，搭建后的系統如下：

3.4 現場PLC機柜設備挪動

利用設備可以切到就地控制，間斷運行的停運間隙，將原控制器柜和2號柜的部分設備切換到就地，部分間斷運行設備停運。將這些切換到就地運行和停運設備的線從機柜拆除，空出部分測點，電纜接頭用絕緣膠帶處理好，電纜上的舊標號保留。將3號和4號機柜需要長時間運行的設備信號電纜用暫時短連線連接到控制器柜和2號柜的空余測點，在線修改PLC邏輯，使PLC用2個機柜控制原4個機柜的設備。

具體實施細節步驟：

（1）協調工藝等待間斷運行設備運行結束（這樣就有20天的改造時間）；

（2）將間斷運行設備停運，控制器柜和2號柜能夠切換到就地長時間運行的設備切換到就地運行；

（3）將間斷運行設備和已經切換到就地的設備電纜拆除；

（4）將3號和4號柜需要長期運行的設備切到就地運行（或暫時停運10分鐘）；將這些設備的控制信號用短連線連接到控制器柜和2號柜的空余測點（不要將電纜抽到控制器柜和2號柜，因為將來還要恢復）；

（5）同時在線更改PLC控制邏輯的對應測點，使這些設備用原有邏輯就可以控制。

3.5 3號4號柜拆除

這樣3號和4號柜所有電纜都已經拆除，機柜可以拆除，新的DCS控制機柜到位。

3.6 1號和2號DCS機柜就位和PLC的控制器柜、2號柜拆除

將1號和2號DCS控制機柜放入原3號和4號PLC機柜的位置。1號DCS機柜含有DCS控制器，將網線插入控制器，DCS系統可以恢復網絡，將運行部分設備從PLC的1號和2號機柜挪動至DCS機柜中，用DCS的兩個機柜控制整個系統。然后將PLC的1號和2號柜拆除。

具體實施細節步驟：

（1）協調工藝將運行設備切到就地運行（或暫時停運10分鐘）；

（2）原本屬于此DCS機柜的信號線優先恢復到本機柜，做永久接線，臨時的短接線可以拆除；

（3）利用已拆除的短接線將PLC控制器柜和2號柜的設備轉接到DCS 1號2號柜；

（4）修改DCS的邏輯，使DCS能夠控制整個系統。

3.7 DCS的3號和4號柜就位

原PLC控制器柜和2號柜全部電纜已經拆除，PLC系統可以停運，將PLC控制器柜和2號柜拆除，將DCS的3號和4號柜就位，PLC的原操作員站拆除。

3.8 信號電纜恢復

所有DCS機柜就位后，優先恢復原切換到就地和間斷運行的設備信號，因為這部分信號電纜在電子設備間的地面放置，清理完這些信號線后地面就會清潔，便于后期工作。

然后將原PLC控制器柜和2號柜的信號從短接線解開，恢復到DCS柜正常位置，做永久接線。

1號和2號DCS機柜信號電纜也可以恢復做永久接線。系統信號線全部恢復，邏輯同時更改。

改造后的系統結構

仍然保持控制室兩臺操作員站，因為改造順序，所以控制器機柜放到了最右邊，網絡電纜位置調整，整個電子設備間只是調整了機柜的序號。

3.9 系統聯調

系統恢復后，原長期運行的設備一直處于運行狀態，需要調試的是切換到就地運行和間斷運行設備，優先調試間斷運行設備，因為經歷這些改造20天的時效已經所剩不多。這些設備調試后需要與長期運行設備進行連鎖調試，不具備條件的可以等待以后調試，但一定要做好記錄，避免沒有調試的邏輯長期運行。

4 實施原則

總的實施原則就是充分利用機柜備用測點，保證每個時期都有控制系統運行，每次更換兩個機柜，用剩余兩個機柜完成整個系統的控制，將可以切換到就地運行的設備切換到就地，利用間斷運行的設備的停止間隙進行改造。

5 經驗總結

（1）需要多次調整設備運行狀態，企業方需要全力配合改造，工藝上充分利用間斷運行設備的停止間隙，改造方案與運行工藝緊密結合；

（2）前期方案一定要準備充分，方案的失誤很可能會造成整個系統的停運；

（3）DCS機柜的測點布置要與PLC機柜一致，防止原信號電纜長度不夠，測點信號按原柜布置，不可以隨便調整信號所在柜；信號電纜原分布在兩側的仍然分配在兩側，原測點在高處的仍然分配在高處，總之測點分配充分考慮原信號電纜的長度；

（4）設備進行分類，分成可以就地運行設備和必須運行設備；必須運行設備再分類，分成不能停止設備和可以間斷運行設備。可以就地運行的設備切到就地運行，最后恢復信號；可以間斷運行的設備利用停機時間進行信號接線；長期運行的設備先切到就地運行，然后進行信號接線，接完驗證邏輯后切回到DCS運行；

（5）同一個信號電纜要經過多次拆接，一定要做好標記，防止接線錯誤；

（6）原信號電纜上的號碼套管不要丟棄，保留在電纜上，方便調試時查找錯誤。

6 實施難點

此方案的實施難點有兩點：

（1）在于信號的調整，不管是原PLC系統還是DCS系統，都需要修改邏輯，將邏輯的通道號改成現在接線的位置，這個一定要有規劃，信號線的調整和邏輯的修改是同步的，提前規劃好，電子設備間的工作和控制室的工作兩部分人員同步執行，信號線的調整按照設備來處理，每完成一個設備調試一個。

（2）長期運行設備電纜經過多次拆接，每個長期運行的設備均經歷拆、短接到其他柜、拆短接、接入本柜這么一個過程，所以電纜的標號一定要做好標記，并建立一個表格，要知道這個信號短接到哪個信號中，使用的是哪根電纜等。

參考表格

7 項目總結

此方案經過前期與企業一起編寫，企業批準，現場實施等一系列過程，20天內完成設備的改造，順利結束，完成了既定的目標，沒有因為改造影響企業正常的生產，得到了企業的好評。

PLC系統設備停產，廠內PLC的維護人員較缺，DCS維護人員較多，企業方迫切想改造這個系統，但根據現場情況，企業方認為這個項目難度較大，不具備實施條件。經過雙方深入的討論方案，方案上得到了企業的認可，并得到了企業的大力支持。通過此項目的實施為企業后期其他系統的改造積累了經驗，有利于推進不具備停運條件的控制系統的升級改造，提高生產企業的系統可靠性，降低企業運行風險。