余熱發電DCS & DEH控制系統改造

李俊

我公司5 000t/d水泥熟料生產線配套的余熱發電機組DCS控制系統采用的是西門子PCS 7系統，DEH 控制系統采用的是歐陸NETWORK 6000+和iFIX 架構。自2011 年余熱發電機組并網發電以來，受卡件逐漸老化、總體性能下降等因素影響，近年來DCS控制系統和DEH控制系統存在運行不穩定的情況，公司決定對其進行改造。

原DCS控制系統采用的是PCS7 7.1版本，該系統軟件適用于Windows XP 操作系統，但不適用于目前主流的Windows 7 或Windows 10 操作系統。DCS 控制系統和DEH 控制系統軟硬件各自獨立，若僅對DCS控制系統上位機進行簡單的升級改造，則改造后DCS控制系統和DEH控制系統各自獨立運行的狀況仍將存在。為此，從發電機組長期穩定運行、人機界面操作友好及維護方便快捷等方面綜合考慮，決定對發電機組DCS 控制系統和DEH 控制系統進行一體化改造。

1 余熱發電控制系統現狀及存在的主要問題

1.1 原有控制系統配置情況

圖1為余熱發電原有控制系統配置圖。

圖1 余熱發電原有控制系統配置圖

（1）DCS 控制柜配置。汽輪機輔機配置2 臺控制柜，含1 對冗余西門子S7-400 控制器；PH/AQC鍋爐配置1臺控制柜（從站），機柜均放置于汽輪機房三樓控制室內。

（2）DEH控制柜配置。DEH/ETS配置1臺控制柜，控制器均獨立配置，含3 對冗余控制器（歐陸T2550），機柜放置于汽輪機房三樓控制室內。

（3）網絡配置。DCS 控制系統及DEH 控制系統網絡均采用環形冗余設計，系統網絡各自獨立，中控室與汽輪機房控制室之間通過光纖通訊。

（4）工程師站及操作員站配置。DCS控制系統配置1臺工程師站、2臺操作員站；DEH控制系統配置2臺操作員站。

1.2 存在的主要問題

（1）控制系統卡件老化，不利于發電系統連續安全運行及維護。尤其是DEH控制系統中的汽輪機電液調節系統專用控制卡件，生產廠家已停止生產，無庫存備貨。備件需定制加工，采購周期較長且費用較高。

（2）DCS控制系統PCS7 7.1軟件的安裝運行受限于Windows XP 操作系統，僅進行DCS 上位機升級改造，費用需要約30 萬元，從長遠考慮，性價比不高。

（3）DEH 控制系統的3 對控制器，彼此之間的通訊程序量較大，通訊程序占用控制器內存負荷高。實際運行過程中，T2550 控制器經常出現卡頓、死機、退同步等問題，且柜內控制卡件和組件均存在不同程度的老化問題。

（4）操作員站已運行多年，計算機老化嚴重。隨著生產歷史數據的增長，操作員站計算機運行緩慢，其性能已無法滿足正常生產需要，亟待進行整合優化。

（5）DCS 控制系統采用Windows XP 操作系統，DEH 控制系統采用Windows 2000 操作系統，目前主流計算機供應商均已停止供應支持此操作系統的計算機，采購渠道較窄，配置低且價格高。

（6）DCS 控制系統與DEH 控制系統相互獨立，非一體化設計，給操作員日常操作和系統運行維護帶來較多不便。

（7）DCS 控制系統軟件組態方式復雜，不易掌握，程序邏輯控制過程傳輸路線不清晰，對DCS 系統維護人員技術水平要求高。

2 NT6000 V4控制系統優勢

為了保障DCS控制系統與DEH控制系統一體化改造項目的成功實施，我公司對余熱發電控制系統升級改造后的機組運行情況、機柜內部卡件設計排布、內部接線施工效果、DCS運行界面、程序設計風格及系統后續運行維護等進行了詳細交流研討。意向使用的NT6000 V4 新控制系統可實現DCS 控制系統和DEH 控制系統完全一體化的操作和控制。NT6000 V4控制系統的主要特點如下：

（1）NT6000 V4 系統在國內大型火力發電、孤網運行等項目的應用業績多，安全穩定性較高。

（2）南京汽輪機配套使用的DEH 控制系統和DCS 控制系統一體化設計，目前均采用NT6000 V4系統硬件，系統硬件質量有保障。

（3）系統電源分配、OPC及ETS、繼電器等組件均以模塊化方式設計，機柜內部布置清晰，故障查詢方便。

（4）系統網絡架構簡單明了，軟件編程簡單易掌握，運行維護方便。

3 控制系統技改范圍

對原有DCS 控制系統控制站（鍋爐站、汽輪機站、DEH站）、控制網絡、操作站（工程師站、操作員站）進行更換技術改造。

采用目前余熱發電廣泛采用的DCS及DEH設備，配置1 臺工程師站、3 臺操作員站；其中，2 臺操作員站設置于目前的汽輪機房控制室內，1臺操作員站設置于目前的中央控制室內。技改后，控制器配置情況見表1，IO卡件配置情況見表2，DCS系統網絡配置見圖2。

圖2 DCS系統網絡配置

表1 控制器配置情況

表2 系統IO卡件配置情況

4 控制系統技改思路及技改方案

4.1 技改思路

作好充分的前期技改準備工作，全面綜合考慮、科學合理安排施工工期，利用檢修時間進行技改突擊施工、調試，采用分片同時施工方法，保證一次投運成功。

4.2 技改原則

保證系統運行安全、可靠，最大限度減少項目投資。

4.3 技改方案

通過購置設備，確定施工工程量，綜合考慮系統運行、維護等工作，采用新型NT6000 V4 控制系統。整個DCS 控制系統的硬件技改和軟件升級改造思路如下。

4.3.1 硬件技改

（1）配置1 套鍋爐系統DCS 現場控制站，置于汽輪機房控制室；配置1臺機柜，柜內配置1對冗余的DPU分散處理單元，帶本地I/O站。設備主要用于控制PH、AQC鍋爐的生產過程。

（2）配置1 套汽輪機系統DCS 現場控制站，置于汽輪機房控制室；配置2臺機柜，柜內配置1對冗余的DPU分散處理單元，帶本地I/O站。設備主要用于控制真空系統、汽輪機油系統、冷卻水系統、凝汽器水位、凝結水泵、閃蒸器、鍋爐給水泵、旁路系統、發電機等生產操作單元。

（3）配置1 套DEH/ETS 系統現場控制站，置于汽輪機房控制室；配置1臺機柜，柜內配置2對冗余的DPU分散處理單元，帶本地I/O站。設備主要用于控制汽輪機的啟動、運行、保護等。所用控制系統與DCS 控制系統相同，與DCS 為一體化設計，其作為一個獨立的子站接入到工廠的DCS控制系統，通過與汽輪機控制系統的共同整合，系統數據的監控可與DCS控制系統實現完全共享。

（4）配置1 臺工程師站、3 臺操作員站，其中，2臺操作員站設置于目前的汽輪機廠房控制室內，1臺操作員站設置于目前的中央控制室內。

4.3.2 軟件升級

采用國內知名品牌DCS系統軟件，該軟件基于Win7 64位操作系統。應用軟件的設計以海螺信息工程公司為主，山東魯碧公司技術人員參與設計和調試。

5 技改方案實施

5.1 統籌資源，成立余熱發電技改小組

為確保技改過程順利有序推進，我廠專門成立了余熱發電技改小組，統籌項目技改中電氣、工藝、機械專業的組織、施工及協調，確保項目順利實施。

5.2 做好技改前材料、程序、設備、施工等各項準備工作

（1）材料準備。統一采購施工中所需的材料。

（2）程序優化。整理、消化系統現有資料，重點梳理優化原系統各設備保護聯鎖、工藝聯鎖關系。

（3）現場控制柜及網絡檢查。對原有控制柜接線進行檢查確認，確定每個信號的接線，確定電源、中繼和模件的功能及作用并作標記。同時，檢查系統的網絡運行情況，確保網絡暢通。

（4）施工準備。整理核實新舊施工點表格，打印施工點表格，打印套號（與新標簽一致），打印新控制柜模塊標簽，準備施工器具。

5.3 在停機檢修期間進行施工

利用生產線停機檢修的時機，對原控制機柜進行拆線，將新控制機柜就位，做好接線工作；做好現場新增設備的安裝以及電源、網絡和控制器的冗余確認；測試系統程序，進行現場設備打點調試、單機試車、聯動試車、負荷生產等。施工工期計劃如表3所示。

表3 施工工期計劃表

6 技改效果

（1）技改后，余熱發電系統已穩定運行一年多，實現了“零故障”運行。

（2）軟硬件系統得到升級，系統運行更加流暢，軟件可移植性增強，國產軟硬件維護簡單方便，解決了無備件、維護難、運行風險高的問題。

（3）DCS 控制系統和DEH 控制系統實現了一體化，操作人員日常操作和現場人員系統維護更加方便高效。

（4）余熱發電系統運行安全穩定，不僅提高了發電量，而且保障了回轉窯系統的穩定運行。