馬鋼熱電廠#3汽輪機組DCS控制系統(tǒng)應(yīng)用

陳兵 喻忠武

摘 要：我廠六爐四機分散控制系統(tǒng)由于設(shè)備老化，我們已逐步更新?lián)Q代新系統(tǒng)，目前以#3汽輪機組DCS控制系統(tǒng)改造為例，詳細(xì)介紹DCS控制系統(tǒng)在我廠改造中的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：DCS；控制系統(tǒng)；熱電廠；控制系統(tǒng)

馬鋼熱電廠六爐四機分散控制，采用南京科遠(yuǎn)的歐陸network6000系統(tǒng)投運已達(dá)十年以上了，目前控制系統(tǒng)老化嚴(yán)重，控制器、頭模塊、卡件及網(wǎng)絡(luò)的故障頻繁，嚴(yán)重影響生產(chǎn)安全，DCS控制系統(tǒng)改造我廠采用科遠(yuǎn)自主開發(fā)NT6000控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)穩(wěn)定，可靠實現(xiàn)了全廠中央集控和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)共享，以下對#3機的改造應(yīng)用作簡要介紹。

1.DCS控制系統(tǒng)改造的前期準(zhǔn)備

1.1 I/O點數(shù)的初步統(tǒng)計

不管是選擇哪一家的DCS控制系統(tǒng)，在改造之前你要對老系統(tǒng)需保留的設(shè)備和測點要有一個初步了解，對老系統(tǒng)端子接線要進(jìn)行梳理排查，并且對設(shè)備需改造和換型的部分也要清楚，并初步統(tǒng)計后提供給DCS廠家。對于不清楚的I/O部分可以在設(shè)計聯(lián)絡(luò)會中具體確定。確定好I/O點數(shù)的同時還要考慮新機柜設(shè)計，應(yīng)與老機柜保持一致性。

1.2備件材料預(yù)先準(zhǔn)備

設(shè)備需改造換型和設(shè)備換新的部分要提前準(zhǔn)備備品備件，尤其是供貨周期長的備品備件，同時也要考慮消耗材料的準(zhǔn)備。

1.3 DCS控制系統(tǒng)的確定

結(jié)合本廠實際，在進(jìn)行廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上選擇合適的DCS控制系統(tǒng)。我廠選擇的是科遠(yuǎn)NT6000控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)尤其對小機組DCS控制十分成熟穩(wěn)定，我廠原先控制系統(tǒng)本身就是科遠(yuǎn)的產(chǎn)品，我們對科遠(yuǎn)情況也比較清楚，新系統(tǒng)也進(jìn)行過考察了解，軟件部分比原先老系統(tǒng)更加智能化、人性化。

1.4具體的控制方案

設(shè)計聯(lián)絡(luò)會上與DCS廠家、設(shè)計院就DCS改造問題從控制的原理及改造方案、設(shè)備增減及選型、測點安排、畫面布置、網(wǎng)絡(luò)機構(gòu)及通訊、工藝邏輯說明、具體施工等多方面進(jìn)行交流，達(dá)成共識！同時培訓(xùn)人員的培訓(xùn)要深入徹底，并共同參與具體的畫面、組態(tài)和網(wǎng)絡(luò)的檢查和驗收工作。

1.5改造方案統(tǒng)籌布置

各專業(yè)要列出具體的大修標(biāo)準(zhǔn)項目和非標(biāo)準(zhǔn)項目，對各項目的施工單位及負(fù)責(zé)人要有具體的安排規(guī)劃，要有大修施工具體的網(wǎng)絡(luò)圖。

2.#3機DCS控制系統(tǒng)改造過程

2.1老機柜拆除

拆除3#機老的電源盤、控制柜，拆除線纜時保留老系統(tǒng)線標(biāo)，并對電纜信號用白布帶做好標(biāo)識，標(biāo)注新機柜端子位置及名稱。

全部拆除電纜后要對電纜進(jìn)行整理歸類，具備新機柜就位后電纜直接可順至對應(yīng)機柜。

每個機柜拆線后的電纜總數(shù)量在拆除老機柜之前必須提前編號統(tǒng)計數(shù)量，新機柜安裝后順上來的電纜先確認(rèn)一下數(shù)量是否一致，不一致的需要根據(jù)編號查找。實際改造中經(jīng)常會碰到電纜找不到甚至懷疑老系統(tǒng)是否有這個電纜。

2.2控制系統(tǒng)電源改造

電源有外部供電電源和內(nèi)部機架、卡件和繼電器的冗余電源。

2.2.1外部電源：

（1）機柜電源：電源柜提供三路220交流電源和一路22O直流電源。其中DCS控制系統(tǒng)需要逆變柜提供A路220VAC電源，臨機提供B路220VAC電源。不間斷電源柜供電電路圖，可實現(xiàn)電源逆變輸出無擾動切換，故障狀態(tài)下可手動切至旁路運行。

（2）其他設(shè)備電源：重要設(shè)備采用A路電源供電，不重要的采用本機來廠用電供電模式，取消我廠原先電源冗余切換供電方式；控制系統(tǒng)B路電源采用從臨機400V段供電模式，取消從本機供電。

（3）取消雙直流冗余切換，采用單路直流供電，用于抽氣逆止門和后汽缸噴水電磁閥。

2.2.2內(nèi)部電源

機架卡件和輸出隔離繼電器電源采用冗余的24VDC，通過兩個24VDC電源箱將兩路220VAC電源轉(zhuǎn)變成兩路24VDC電源，在通過兩個二極管將24VDC正端耦合輸出，負(fù)端直接并接輸出，這樣24VDC就具有冗余性。48VDC冗余則要采用48VDC電源箱，耦合輸出端作為輸入隔離繼電器的電源，該部分保留老系統(tǒng)模式，但采用電源板將各電源集中起來，耦合功能也在電源板內(nèi)部實現(xiàn)耦合。

2.3 DCS控制系統(tǒng)改造

選用的科遠(yuǎn)DCS控制系統(tǒng)共有五個機柜：一個電源柜，一個發(fā)電機線圈和鐵芯的溫度采樣柜，兩個采集和控制柜，一個循泵遠(yuǎn)程柜。

2.3.1 I/O卡件及DPU

控制機柜主要是I/O卡件、冗余DPU（KM940）及24V或48V隔離繼電器構(gòu)成。取消以前的頭模塊和I/O卡件各層機架架構(gòu)，I/O單元采用四個分支結(jié)構(gòu)，正面柜A分支和B分支，反面柜C分支和D分支。分支卡件全部串聯(lián)與DPU通訊。如果卡件布置不夠可以再增加擴展柜，最多只能有兩個擴展柜，擴展柜1帶有E～H四個分支，擴展柜2帶有I～L四個分支。DPU與I/O的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

#3機組DCS控制系統(tǒng)升級改造總點數(shù)844個，其中KM940控制器2對，8通道模擬量輸入模件KM221S共16塊，8通道熱電阻輸入模塊KM222S共17塊，8通道熱電偶輸入模塊KM223S共7塊，16通道數(shù)字量輸入模塊KM224S共20塊，16通道數(shù)字量輸出模件KM225S/DO共13塊，4通道模擬量輸出模件KM226S共3塊。

2.3.2網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變化：我廠老系統(tǒng)采用的是服務(wù)器客戶站結(jié)構(gòu)，#3機與#5爐共用一對冗余配置的服務(wù)器，分別叫做3C和3D服務(wù)器，服務(wù)器內(nèi)一般配置四塊網(wǎng)卡兩兩綁定，其中兩塊綁定后與下層I/O和DPU組成的控制網(wǎng)通訊，另兩塊綁定后與上層監(jiān)視的系統(tǒng)網(wǎng)通訊?？刂凭W(wǎng)通訊速率不小于10M波特/秒，以太網(wǎng)不小于100M波特/秒。新系統(tǒng)取消了服務(wù)器，由三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變?yōu)槎泳W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

2.3.3光纜環(huán)網(wǎng)和客戶站環(huán)網(wǎng)：控制網(wǎng)和系統(tǒng)網(wǎng)分別以光纜環(huán)網(wǎng)和客戶站環(huán)網(wǎng)方式實現(xiàn)。

（1）光纜環(huán)網(wǎng)： DPU與服務(wù)器通過控制網(wǎng)進(jìn)行通訊，其通過網(wǎng)絡(luò)交換機ED6008和光纜構(gòu)成一個環(huán)網(wǎng)。

老系統(tǒng)采用一對服務(wù)器C、D，新系統(tǒng)則取消服務(wù)器。5#爐數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)連接器NET-A、NET-B通訊，3#機數(shù)據(jù)通過NET-C、NET-D通訊，并與網(wǎng)絡(luò)交換機NET-E、NET-F構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)環(huán)網(wǎng)，其中NET-A、B、C、D、E、F必須用光纜連接。冗余DPU數(shù)據(jù)在主控DPU中運行，從控DPU備用，從控DPU出現(xiàn)問題不影響數(shù)據(jù)傳輸，主控DPU出現(xiàn)故障會自動切至另一備用DPU作為主控運行。環(huán)網(wǎng)任何一處斷開皆不影響數(shù)據(jù)傳輸；任一個網(wǎng)絡(luò)控制器SWITCH故障都不影響數(shù)據(jù)傳輸；汽機或鍋爐大修時停掉電子間全部電源不影響該網(wǎng)段內(nèi)其他系統(tǒng)數(shù)據(jù)的傳輸。

（2）客戶站網(wǎng)絡(luò)： 客戶站網(wǎng)絡(luò)實質(zhì)上是系統(tǒng)網(wǎng)，它是控制器發(fā)送數(shù)據(jù)如何傳輸至用戶站進(jìn)行監(jiān)控和操作。老系統(tǒng)采用冗余配置的服務(wù)器，光纜環(huán)網(wǎng)數(shù)據(jù)通過交換機NET-E、NET-F先與服務(wù)器通訊，然后由服務(wù)器擴展網(wǎng)絡(luò)再與工程師站、操作員站和歷史站數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)連接。新系統(tǒng)取消服務(wù)器C和服務(wù)器D，工程師站、操作員站和歷史站數(shù)據(jù)直接取自交換機NET-E、NET-F，其中交換機NET-E作為A網(wǎng)數(shù)據(jù)，交換機NET-F作為B網(wǎng)數(shù)據(jù)。

2.3.4控制軟件

科遠(yuǎn)原先的控制系統(tǒng)為T3500系統(tǒng)，它是美國歐陸公司在FIX基礎(chǔ)上針對NETWORK6000開發(fā)的控制軟件?？刂葡到y(tǒng)升級采用的是科遠(yuǎn)公司自主開發(fā)的NT6000系統(tǒng)，整個系統(tǒng)只有二層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，降低了系統(tǒng)運行中由于過多的網(wǎng)絡(luò)接口帶來的通訊堵塞和故障問題，同時軟件更加優(yōu)化、直觀，組態(tài)模式更容易理解。

2.4 DCS與DEH的聯(lián)系

DCS系統(tǒng)與DEH的通訊量較少，只采用硬接線的方式，DCS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與DEH網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之間是相互對立，互不通訊的。對于#3機DCS需要DEH內(nèi)的調(diào)節(jié)級壓力值，采用修改DEH內(nèi)部組態(tài)，選擇合適通道，由AI卡件送出給DCS。DCS需要DEH內(nèi)的OPC是否動作和脫網(wǎng)判斷，也是修改DEH內(nèi)部組態(tài)，選擇合適通道，由DO卡件送出給DCS。取消DEH硬手操盤，該功能通過硬接線模式轉(zhuǎn)入DCS操作。#3機組跳機保護(hù)部分維持原狀，由新華ETS保護(hù)柜完成。

2.5 DCS設(shè)備改造

主要是設(shè)備的增加或換型、換新。

（1）調(diào)門LVDT反饋裝置和電纜全部更換，并重新整定調(diào)門零滿度。

（2）更換主汽門行程開關(guān)及其控制電纜，主汽門關(guān)閉保護(hù)試驗檢查確認(rèn)。

（3）拆除UPS電源柜，更換在線不間斷電源，確保DCS控制系統(tǒng)A路電源的可靠性。

（4）轉(zhuǎn)速探頭5只全部更換；其中DCS控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)速1點，只參與顯示，不參與保護(hù)。

（5）高加水位更換浮球液位計，電纜重新敷設(shè)，高加水位聯(lián)鎖試驗檢查。

（6）支持軸、推力軸回油溫度元件換新，溫度保護(hù)邏輯增加速率和品質(zhì)判斷，試驗驗證。

（7）抽氣逆止門電磁閥直流供電回路檢查。

（8）EH油系統(tǒng)壓力開關(guān)小盤改造。

（9）電源系統(tǒng)重新規(guī)劃，監(jiān)控系統(tǒng)加裝電源分開關(guān)。

（10）取消DEH硬手操盤，該功能轉(zhuǎn)入DCS控制系統(tǒng)。

（11）控制系統(tǒng)升級為NT6000，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)取消服務(wù)器，改為2層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

（12）AST/OPC電磁閥由220VDC更改為220VAC，電磁閥換型，控制回路模式更換。

（13）按要求將保護(hù)地和屏蔽地匯總后接至新接地銅牌，并將銅牌與#1爐總接地連接。

結(jié)語

這次改造達(dá)到了預(yù)期的目的，DCS控制完好，保護(hù)性能可靠。改造中也出現(xiàn)過各種各樣的問題，也都得有了較好的解決。如抽氣逆止門220VDC和24VDC混排在一次，重新進(jìn)行了規(guī)劃。逆變電源模塊不穩(wěn)定已與廠家聯(lián)系，并更換了逆變電源。本次DCS控制系統(tǒng)改造工期緊迫，提前規(guī)劃，統(tǒng)籌安排顯得尤為重要。

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