余熱發(fā)電DCS & DEH控制系統(tǒng)改造

李俊

我公司5 000t/d水泥熟料生產(chǎn)線(xiàn)配套的余熱發(fā)電機(jī)組DCS控制系統(tǒng)采用的是西門(mén)子PCS 7系統(tǒng)，DEH 控制系統(tǒng)采用的是歐陸NETWORK 6000+和iFIX 架構(gòu)。自2011 年余熱發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電以來(lái)，受卡件逐漸老化、總體性能下降等因素影響，近年來(lái)DCS控制系統(tǒng)和DEH控制系統(tǒng)存在運(yùn)行不穩(wěn)定的情況，公司決定對(duì)其進(jìn)行改造。

原DCS控制系統(tǒng)采用的是PCS7 7.1版本，該系統(tǒng)軟件適用于Windows XP 操作系統(tǒng)，但不適用于目前主流的Windows 7 或Windows 10 操作系統(tǒng)。DCS 控制系統(tǒng)和DEH 控制系統(tǒng)軟硬件各自獨(dú)立，若僅對(duì)DCS控制系統(tǒng)上位機(jī)進(jìn)行簡(jiǎn)單的升級(jí)改造，則改造后DCS控制系統(tǒng)和DEH控制系統(tǒng)各自獨(dú)立運(yùn)行的狀況仍將存在。為此，從發(fā)電機(jī)組長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行、人機(jī)界面操作友好及維護(hù)方便快捷等方面綜合考慮，決定對(duì)發(fā)電機(jī)組DCS 控制系統(tǒng)和DEH 控制系統(tǒng)進(jìn)行一體化改造。

1 余熱發(fā)電控制系統(tǒng)現(xiàn)狀及存在的主要問(wèn)題

1.1 原有控制系統(tǒng)配置情況

圖1為余熱發(fā)電原有控制系統(tǒng)配置圖。

圖1 余熱發(fā)電原有控制系統(tǒng)配置圖

（1）DCS 控制柜配置。汽輪機(jī)輔機(jī)配置2 臺(tái)控制柜，含1 對(duì)冗余西門(mén)子S7-400 控制器；PH/AQC鍋爐配置1臺(tái)控制柜（從站），機(jī)柜均放置于汽輪機(jī)房三樓控制室內(nèi)。

（2）DEH控制柜配置。DEH/ETS配置1臺(tái)控制柜，控制器均獨(dú)立配置，含3 對(duì)冗余控制器（歐陸T2550），機(jī)柜放置于汽輪機(jī)房三樓控制室內(nèi)。

（3）網(wǎng)絡(luò)配置。DCS 控制系統(tǒng)及DEH 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)均采用環(huán)形冗余設(shè)計(jì)，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)各自獨(dú)立，中控室與汽輪機(jī)房控制室之間通過(guò)光纖通訊。

（4）工程師站及操作員站配置。DCS控制系統(tǒng)配置1臺(tái)工程師站、2臺(tái)操作員站；DEH控制系統(tǒng)配置2臺(tái)操作員站。

1.2 存在的主要問(wèn)題

（1）控制系統(tǒng)卡件老化，不利于發(fā)電系統(tǒng)連續(xù)安全運(yùn)行及維護(hù)。尤其是DEH控制系統(tǒng)中的汽輪機(jī)電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)專(zhuān)用控制卡件，生產(chǎn)廠(chǎng)家已停止生產(chǎn)，無(wú)庫(kù)存?zhèn)湄洝浼瓒ㄖ萍庸ぃ少?gòu)周期較長(zhǎng)且費(fèi)用較高。

（2）DCS控制系統(tǒng)PCS7 7.1軟件的安裝運(yùn)行受限于Windows XP 操作系統(tǒng)，僅進(jìn)行DCS 上位機(jī)升級(jí)改造，費(fèi)用需要約30 萬(wàn)元，從長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮，性?xún)r(jià)比不高。

（3）DEH 控制系統(tǒng)的3 對(duì)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(nèi)存負(fù)荷高。實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，T2550 控制器經(jīng)常出現(xiàn)卡頓、死機(jī)、退同步等問(wèn)題，且柜內(nèi)控制卡件和組件均存在不同程度的老化問(wèn)題。

（4）操作員站已運(yùn)行多年，計(jì)算機(jī)老化嚴(yán)重。隨著生產(chǎn)歷史數(shù)據(jù)的增長(zhǎng)，操作員站計(jì)算機(jī)運(yùn)行緩慢，其性能已無(wú)法滿(mǎn)足正常生產(chǎn)需要，亟待進(jìn)行整合優(yōu)化。

（5）DCS 控制系統(tǒng)采用Windows XP 操作系統(tǒng)，DEH 控制系統(tǒng)采用Windows 2000 操作系統(tǒng)，目前主流計(jì)算機(jī)供應(yīng)商均已停止供應(yīng)支持此操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)，采購(gòu)渠道較窄，配置低且價(jià)格高。

（6）DCS 控制系統(tǒng)與DEH 控制系統(tǒng)相互獨(dú)立，非一體化設(shè)計(jì)，給操作員日常操作和系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)帶來(lái)較多不便。

（7）DCS 控制系統(tǒng)軟件組態(tài)方式復(fù)雜，不易掌握，程序邏輯控制過(guò)程傳輸路線(xiàn)不清晰，對(duì)DCS 系統(tǒng)維護(hù)人員技術(shù)水平要求高。

2 NT6000 V4控制系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

為了保障DCS控制系統(tǒng)與DEH控制系統(tǒng)一體化改造項(xiàng)目的成功實(shí)施，我公司對(duì)余熱發(fā)電控制系統(tǒng)升級(jí)改造后的機(jī)組運(yùn)行情況、機(jī)柜內(nèi)部卡件設(shè)計(jì)排布、內(nèi)部接線(xiàn)施工效果、DCS運(yùn)行界面、程序設(shè)計(jì)風(fēng)格及系統(tǒng)后續(xù)運(yùn)行維護(hù)等進(jìn)行了詳細(xì)交流研討。意向使用的NT6000 V4 新控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)DCS 控制系統(tǒng)和DEH 控制系統(tǒng)完全一體化的操作和控制。NT6000 V4控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)如下：

（1）NT6000 V4 系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)大型火力發(fā)電、孤網(wǎng)運(yùn)行等項(xiàng)目的應(yīng)用業(yè)績(jī)多，安全穩(wěn)定性較高。

（2）南京汽輪機(jī)配套使用的DEH 控制系統(tǒng)和DCS 控制系統(tǒng)一體化設(shè)計(jì)，目前均采用NT6000 V4系統(tǒng)硬件，系統(tǒng)硬件質(zhì)量有保障。

（3）系統(tǒng)電源分配、OPC及ETS、繼電器等組件均以模塊化方式設(shè)計(jì)，機(jī)柜內(nèi)部布置清晰，故障查詢(xún)方便。

（4）系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)簡(jiǎn)單明了，軟件編程簡(jiǎn)單易掌握，運(yùn)行維護(hù)方便。

3 控制系統(tǒng)技改范圍

對(duì)原有DCS 控制系統(tǒng)控制站（鍋爐站、汽輪機(jī)站、DEH站）、控制網(wǎng)絡(luò)、操作站（工程師站、操作員站）進(jìn)行更換技術(shù)改造。

采用目前余熱發(fā)電廣泛采用的DCS及DEH設(shè)備，配置1 臺(tái)工程師站、3 臺(tái)操作員站；其中，2 臺(tái)操作員站設(shè)置于目前的汽輪機(jī)房控制室內(nèi)，1臺(tái)操作員站設(shè)置于目前的中央控制室內(nèi)。技改后，控制器配置情況見(jiàn)表1，IO卡件配置情況見(jiàn)表2，DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置見(jiàn)圖2。

圖2 DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置

表1 控制器配置情況

表2 系統(tǒng)IO卡件配置情況

4 控制系統(tǒng)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(zhǔn)備工作，全面綜合考慮、科學(xué)合理安排施工工期，利用檢修時(shí)間進(jìn)行技改突擊施工、調(diào)試，采用分片同時(shí)施工方法，保證一次投運(yùn)成功。

4.2 技改原則

保證系統(tǒng)運(yùn)行安全、可靠，最大限度減少項(xiàng)目投資。

4.3 技改方案

通過(guò)購(gòu)置設(shè)備，確定施工工程量，綜合考慮系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)等工作，采用新型NT6000 V4 控制系統(tǒng)。整個(gè)DCS 控制系統(tǒng)的硬件技改和軟件升級(jí)改造思路如下。

4.3.1 硬件技改

（1）配置1 套鍋爐系統(tǒng)DCS 現(xiàn)場(chǎng)控制站，置于汽輪機(jī)房控制室；配置1臺(tái)機(jī)柜，柜內(nèi)配置1對(duì)冗余的DPU分散處理單元，帶本地I/O站。設(shè)備主要用于控制PH、AQC鍋爐的生產(chǎn)過(guò)程。

（2）配置1 套汽輪機(jī)系統(tǒng)DCS 現(xiàn)場(chǎng)控制站，置于汽輪機(jī)房控制室；配置2臺(tái)機(jī)柜，柜內(nèi)配置1對(duì)冗余的DPU分散處理單元，帶本地I/O站。設(shè)備主要用于控制真空系統(tǒng)、汽輪機(jī)油系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、凝汽器水位、凝結(jié)水泵、閃蒸器、鍋爐給水泵、旁路系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)等生產(chǎn)操作單元。

（3）配置1 套DEH/ETS 系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)控制站，置于汽輪機(jī)房控制室；配置1臺(tái)機(jī)柜，柜內(nèi)配置2對(duì)冗余的DPU分散處理單元，帶本地I/O站。設(shè)備主要用于控制汽輪機(jī)的啟動(dòng)、運(yùn)行、保護(hù)等。所用控制系統(tǒng)與DCS 控制系統(tǒng)相同，與DCS 為一體化設(shè)計(jì)，其作為一個(gè)獨(dú)立的子站接入到工廠(chǎng)的DCS控制系統(tǒng)，通過(guò)與汽輪機(jī)控制系統(tǒng)的共同整合，系統(tǒng)數(shù)據(jù)的監(jiān)控可與DCS控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)完全共享。

（4）配置1 臺(tái)工程師站、3 臺(tái)操作員站，其中，2臺(tái)操作員站設(shè)置于目前的汽輪機(jī)廠(chǎng)房控制室內(nèi)，1臺(tái)操作員站設(shè)置于目前的中央控制室內(nèi)。

4.3.2 軟件升級(jí)

采用國(guó)內(nèi)知名品牌DCS系統(tǒng)軟件，該軟件基于Win7 64位操作系統(tǒng)。應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)以海螺信息工程公司為主，山東魯碧公司技術(shù)人員參與設(shè)計(jì)和調(diào)試。

5 技改方案實(shí)施

5.1 統(tǒng)籌資源，成立余熱發(fā)電技改小組

為確保技改過(guò)程順利有序推進(jìn)，我廠(chǎng)專(zhuān)門(mén)成立了余熱發(fā)電技改小組，統(tǒng)籌項(xiàng)目技改中電氣、工藝、機(jī)械專(zhuān)業(yè)的組織、施工及協(xié)調(diào)，確保項(xiàng)目順利實(shí)施。

5.2 做好技改前材料、程序、設(shè)備、施工等各項(xiàng)準(zhǔn)備工作

（1）材料準(zhǔn)備。統(tǒng)一采購(gòu)施工中所需的材料。

（2）程序優(yōu)化。整理、消化系統(tǒng)現(xiàn)有資料，重點(diǎn)梳理優(yōu)化原系統(tǒng)各設(shè)備保護(hù)聯(lián)鎖、工藝聯(lián)鎖關(guān)系。

（3）現(xiàn)場(chǎng)控制柜及網(wǎng)絡(luò)檢查。對(duì)原有控制柜接線(xiàn)進(jìn)行檢查確認(rèn)，確定每個(gè)信號(hào)的接線(xiàn)，確定電源、中繼和模件的功能及作用并作標(biāo)記。同時(shí)，檢查系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行情況，確保網(wǎng)絡(luò)暢通。

（4）施工準(zhǔn)備。整理核實(shí)新舊施工點(diǎn)表格，打印施工點(diǎn)表格，打印套號(hào)（與新標(biāo)簽一致），打印新控制柜模塊標(biāo)簽，準(zhǔn)備施工器具。

5.3 在停機(jī)檢修期間進(jìn)行施工

利用生產(chǎn)線(xiàn)停機(jī)檢修的時(shí)機(jī)，對(duì)原控制機(jī)柜進(jìn)行拆線(xiàn)，將新控制機(jī)柜就位，做好接線(xiàn)工作；做好現(xiàn)場(chǎng)新增設(shè)備的安裝以及電源、網(wǎng)絡(luò)和控制器的冗余確認(rèn)；測(cè)試系統(tǒng)程序，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備打點(diǎn)調(diào)試、單機(jī)試車(chē)、聯(lián)動(dòng)試車(chē)、負(fù)荷生產(chǎn)等。施工工期計(jì)劃如表3所示。

表3 施工工期計(jì)劃表

6 技改效果

（1）技改后，余熱發(fā)電系統(tǒng)已穩(wěn)定運(yùn)行一年多，實(shí)現(xiàn)了“零故障”運(yùn)行。

（2）軟硬件系統(tǒng)得到升級(jí)，系統(tǒng)運(yùn)行更加流暢，軟件可移植性增強(qiáng)，國(guó)產(chǎn)軟硬件維護(hù)簡(jiǎn)單方便，解決了無(wú)備件、維護(hù)難、運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)高的問(wèn)題。

（3）DCS 控制系統(tǒng)和DEH 控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了一體化，操作人員日常操作和現(xiàn)場(chǎng)人員系統(tǒng)維護(hù)更加方便高效。

（4）余熱發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行安全穩(wěn)定，不僅提高了發(fā)電量，而且保障了回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。