分散控制系統(tǒng)OC6000e在XDPS－400升級(jí)中的應(yīng)用

張鈞瑋，李勇康

(新疆華電紅雁池發(fā)電有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊 830047)

0 引言

新疆華電紅雁池發(fā)電有限責(zé)任公司(以下簡稱紅雁池發(fā)電公司)為4×200 MW機(jī)組，原#1機(jī)組分散控制系統(tǒng)(DCS)為XDPS－400系統(tǒng)，該系統(tǒng)于1998年制造、1999年出廠，電氣設(shè)計(jì)保留了大量硬手操設(shè)備和盤裝表計(jì)未進(jìn)入DCS控制。從機(jī)組投運(yùn)至今，尤其是近幾年已發(fā)生多次硬件故障。#1機(jī)組DCS通訊網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷率在機(jī)組停運(yùn)、大部分設(shè)備未經(jīng)過DCS操作的情況下，瞬時(shí)數(shù)據(jù)通信總線的負(fù)荷率高達(dá)34%;#1機(jī)組DCS還存在人機(jī)接口站設(shè)備老化、操作響應(yīng)慢、歷史采集容量小、歷史數(shù)據(jù)刻錄備份容易死機(jī)的問題。DPU出現(xiàn)的主要故障有:DPU脫雙網(wǎng)，DPU停機(jī)燈閃爍不能自動(dòng)恢復(fù);DPU脫雙網(wǎng)后，又自動(dòng)恢復(fù)跟蹤狀態(tài);跟蹤DPU自動(dòng)初始化，拷貝輔控后正常;雙DPU仿真試驗(yàn)時(shí)，硬關(guān)閉重啟后顯示初始化，Type:INIT不能通過Track;RTD端子板超差;LVDT值跳變。

基于以上原因，紅雁池發(fā)電公司經(jīng)過可行性分析，決定采用 GE能源集團(tuán)最新的 DCS產(chǎn)品OC6000e對(duì)#1機(jī)組DCS進(jìn)行全面升級(jí)改造。此次改造在#1機(jī)組大修期間完成，并把電氣控制系統(tǒng)(ECS)、旁路系統(tǒng)、磨煤機(jī)潤滑油程控系統(tǒng)、熱網(wǎng)系統(tǒng)加入到新的DCS中，取消硬手盤控制，采用DCS控制。

1 系統(tǒng)配置與分析

1.1 網(wǎng)絡(luò)配置

(1)OC6000e控制層網(wǎng)絡(luò)和I/O網(wǎng)絡(luò)通過以太網(wǎng)直接通信，減少中介和延時(shí)。同時(shí)，I/O網(wǎng)絡(luò)基于IEC1588協(xié)議，所有I/O模塊間同步可以達(dá)到1 ms的精度。DPU間網(wǎng)絡(luò)采用星形網(wǎng)，均為通過網(wǎng)線建立的局域以太網(wǎng)，采用標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議，傳輸速率為100 Mbit/s。

(2)MCI通信模塊提供了各種與其他系統(tǒng)通信的接口，包括 RS－232C，RS－485，RS－422和以太網(wǎng)通信接口。支持通用的通信協(xié)議如Modbus和IEC60870－5－104等。

(3)UDH網(wǎng)絡(luò)為星形網(wǎng)絡(luò)采用工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，I/O網(wǎng)絡(luò)為星形網(wǎng)絡(luò)采用工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)。

(4)控制層網(wǎng)絡(luò)采用GE標(biāo)準(zhǔn)EGD協(xié)議。

1.2 控制器(UCSA)配置

OC6000e系統(tǒng)是一個(gè)高性能、高可靠性的集成控制平臺(tái)，其新型控制器和I/O模塊設(shè)計(jì)采用高性能667MHz控制器 UCSA，控制器軟件平臺(tái)采用QNX實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，達(dá)到高速邏輯操作和毫秒級(jí)時(shí)鐘同步功能。GE能源集團(tuán)OC6000e系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)控制器按系統(tǒng)劃分并兼顧DCS功能分布配置，實(shí)行硬件物理分散布置、信息集中管理的設(shè)計(jì)原則。所有處理器模件均冗余配置，一旦某個(gè)工作的處理器模件發(fā)生故障，系統(tǒng)能自動(dòng)無擾快速切換至與其冗余配置的處理器模件，并在操作員站報(bào)警。冗余配置的處理器模件與系統(tǒng)設(shè)并行的接口，均能接受系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行的組態(tài)和組態(tài)修改。處于后備狀態(tài)的處理器模件能不斷更新自身獲得的信息，并保持與工作模件數(shù)據(jù)同步。

單元機(jī)組UCSA(DPU)處理器配置為鍋爐2對(duì)、鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)(FSSS)2對(duì)、汽輪機(jī)4對(duì)、電氣2對(duì)，公用CPU處理器配置為電氣公用系統(tǒng)及熱控公用l對(duì)，893前端、循環(huán)水系統(tǒng)分別采用虛擬的VDPU。

1.3 I/O 卡件類型

I/O模塊和端子板結(jié)合為一個(gè)整體部件，現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)線直接連接到I/O部件的端子上，I/O網(wǎng)絡(luò)和I/O模塊支持熱插拔功能。

MAI10:模擬量輸入，mA/V類型，16通道;

MAI20:模擬量輸入，TC/RTD類型，16通道;

MAO10:模擬量輸出，mA/V類型，8通道;

MDI10:開關(guān)量輸入，16通道;

MDO10:開關(guān)量輸出，16通道;

MCI10:串口通信，7路 RS－485和1路 RS－485/RS－422;

MCI11:串口通信，隔離的3路RS－485和1路RS－485/RS－422;

MCI12:串口通信，隔離的7路 RS－485和1路RS－485/RS－422;

MCI20:串口和以太網(wǎng)通信，2路以太網(wǎng)和3路RS－232C。

1.4 機(jī)柜配置

GE能源集團(tuán)OC6000e系統(tǒng)機(jī)柜按功能配置，包括控制柜、電源柜、網(wǎng)絡(luò)柜和繼電器柜共25個(gè)機(jī)柜。控制柜內(nèi)正面安裝1個(gè)220 V AC電源回路和開關(guān);1對(duì)24V直流電源模塊;1對(duì)24V直流電源高選模塊;1對(duì)冗余控制器UCSA;2個(gè)I/O網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，供正面模塊使用;2個(gè)I/O網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，供背面使用，其余位置安裝端子板和I/O模件。DO由于DCS模件工作電壓為24 V DC，而控制對(duì)象的驅(qū)動(dòng)電壓為220 V AC，故DCS的控制驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)繼電器柜輸出，繼電器柜內(nèi)24 V控制電源分別來自DO信號(hào)所屬的DPU柜。

1.5 人機(jī)接口配置

用于過程監(jiān)視的人機(jī)接口站包括6套操作員站(其中3臺(tái)操作員站配有音箱，具備語音報(bào)警功能)、1套工程師站、1套歷史數(shù)據(jù)站(配備1臺(tái)激光打印機(jī))、1套循環(huán)水系統(tǒng)、1套893系統(tǒng)、1套管理信息系統(tǒng)(MIS)、1套大屏幕操作站。工程師站為1個(gè)數(shù)據(jù)庫支持的全圖形系統(tǒng)，采用了統(tǒng)一的現(xiàn)代化圖形系統(tǒng)和用戶接口，使控制系統(tǒng)的操作快速、安全、方便。工程師站可為所有子系統(tǒng)組態(tài)，該工程師站功能強(qiáng)大，無需編程語言，可對(duì)UCSA在線修改邏輯組態(tài)，對(duì)操作員站的配置可以下裝和上裝至任意一臺(tái)操作員站。該工程師站還具有系統(tǒng)故障跟蹤分析、事故追憶功能分析、DPU超溫報(bào)警等特殊功能。

1.6 電源及接地

#1機(jī)組DCS設(shè)1個(gè)DCS電源柜，DCS電源一路來自UPS段220 V AC，另一路來自保安段220 V AC，2路電源互相冗余。

DCS不單獨(dú)設(shè)置接地網(wǎng)，集控室電子間內(nèi)DCS各機(jī)柜設(shè)備按照布置位置分組分別接地至設(shè)置于電纜夾層的總接地箱，再由總接地箱統(tǒng)一接至電廠接地網(wǎng)。

2 DCS安裝調(diào)試內(nèi)容及結(jié)果

紅雁池發(fā)電公司#1機(jī)組DCS改造后的調(diào)試分為單體調(diào)試、分系統(tǒng)調(diào)試和整套啟動(dòng)調(diào)試3部分。GE能源集團(tuán)現(xiàn)場(chǎng)人員負(fù)責(zé)原#1機(jī)組DCS設(shè)備的拆除和新DCS設(shè)備的安裝以及現(xiàn)場(chǎng)分系統(tǒng)調(diào)試和整套系統(tǒng)啟動(dòng)調(diào)試，并負(fù)責(zé)編寫調(diào)試技術(shù)方案、制訂技術(shù)措施。

各控制系統(tǒng)的調(diào)試及調(diào)試中出現(xiàn)的問題如下:

(1)DCS的硬件/軟件恢復(fù)、送電及I/O通道測(cè)試。紅雁池發(fā)電公司#1機(jī)組于2010年9月8日開臺(tái)大修，對(duì)舊設(shè)備進(jìn)行拆除，新機(jī)柜就位，敷設(shè)新電纜，整理舊電纜。按照新端子圖接線，過長的電纜要截短，不夠長的電纜要進(jìn)行焊接處理。2010年10月5日，端子接線工作完畢，DCS基本具備送電條件，電子設(shè)備間的環(huán)境條件基本達(dá)到系統(tǒng)送電要求，按照調(diào)試方案的要求，嚴(yán)格檢查DCS的電源系統(tǒng)、接地系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，均符合規(guī)程的要求后進(jìn)行系統(tǒng)送電，先送UCSA，HMI和部分I/O電源。DCS送電后，對(duì)所有卡件的每1個(gè)通道進(jìn)行測(cè)試，在通道檢查中發(fā)現(xiàn)了一些問題，如部分4～20 mA信號(hào)供電方式設(shè)置不對(duì)、外部接線錯(cuò)誤，部分通道量程設(shè)置不對(duì)、部分通道內(nèi)部接線錯(cuò)誤等，組態(tài)內(nèi)設(shè)置點(diǎn)而未有接線的模件就會(huì)報(bào)警，發(fā)現(xiàn)問題后都已及時(shí)處理好，I/O通道合格率為100%。

(2)DCS調(diào)試及出現(xiàn)的問題。DCS擔(dān)負(fù)著生產(chǎn)過程中水、汽、煤、油、風(fēng)煙系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)及整個(gè)單元機(jī)組的負(fù)荷控制任務(wù)，包括機(jī)爐協(xié)調(diào)控制、順序控制等。

1)系統(tǒng)靜態(tài)調(diào)試。新疆電力科學(xué)研究院人員做DPU切換試驗(yàn)、電源切換試驗(yàn)及通信負(fù)荷率試驗(yàn)。

2)組態(tài)檢查與修改。對(duì)DCS自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制原理、手/自動(dòng)切換邏輯、順控邏輯進(jìn)行詳細(xì)的檢查和修改。

3)控制系統(tǒng)的開環(huán)試驗(yàn)。根據(jù)機(jī)組運(yùn)行要求，對(duì)控制系統(tǒng)組態(tài)進(jìn)行進(jìn)一步檢查與修改，設(shè)定靜態(tài)參數(shù)的初始值和動(dòng)態(tài)參數(shù)的預(yù)估值，根據(jù)系統(tǒng)工作過程和調(diào)節(jié)原理確定各主、副調(diào)節(jié)器的動(dòng)作方向。用信號(hào)發(fā)生器模擬現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，檢查各調(diào)節(jié)器的作用方向是否符合控制系統(tǒng)的工藝要求，執(zhí)行器的動(dòng)作方向與位置是否與調(diào)節(jié)器輸出相對(duì)應(yīng)。檢查各限幅、報(bào)警功能及各邏輯的動(dòng)作情況，均應(yīng)正確無誤。對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行手動(dòng)、自動(dòng)切換試驗(yàn)，檢查其是否有擾動(dòng)。

4)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)試。執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)安裝正確，閥門能全開、全關(guān)，動(dòng)作靈活、平穩(wěn)、無卡澀、跳動(dòng)現(xiàn)象，各開度和位置發(fā)送器輸出基本保持線性關(guān)系。通過操作員站作操作試驗(yàn)，閥門和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作方向與操作方向一致，且位置反饋與執(zhí)行器位置基本對(duì)應(yīng)。變送器量程范圍與設(shè)計(jì)相符，絕緣良好，檢查其輸出應(yīng)與其工況相對(duì)應(yīng)并與別的表計(jì)對(duì)照檢查。

5)就地設(shè)備操作試驗(yàn)。就地設(shè)備首先由新疆華電發(fā)電檢修有限公司熱工人員在就地操作正常后，再由紅雁池發(fā)電公司熱工人員在DCS上遠(yuǎn)程操作。重要輔機(jī)都在做完其所有保護(hù)試驗(yàn)后才開始試運(yùn)行。工作進(jìn)度依據(jù)紅雁池發(fā)電公司#1機(jī)組大修節(jié)點(diǎn)進(jìn)行，每臺(tái)設(shè)備都在經(jīng)過試運(yùn)行后才投入正式運(yùn)行。

6)DCS調(diào)試中出現(xiàn)的問題及處理。由于紅雁池發(fā)電公司對(duì)該系統(tǒng)的了解還不夠深入，DCS從到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)開始就頻頻發(fā)生各類問題。

①對(duì)大量的DCS畫面錯(cuò)誤進(jìn)行了修改，如測(cè)點(diǎn)名錯(cuò)誤致使測(cè)點(diǎn)顯示壞點(diǎn)、測(cè)點(diǎn)單位不正確、測(cè)點(diǎn)量程不正確及DCS畫面設(shè)備連接的動(dòng)態(tài)不正確等。

②原來輔機(jī)系統(tǒng)的聯(lián)鎖、保護(hù)邏輯過于簡單，對(duì)機(jī)、爐輔機(jī)聯(lián)鎖邏輯進(jìn)行了適當(dāng)?shù)膬?yōu)化，并在整套系統(tǒng)啟動(dòng)前進(jìn)行了組態(tài)修改。

③增加了高、低壓旁路系統(tǒng)的聯(lián)鎖控制組態(tài)和畫面，吹灰系統(tǒng)的邏輯組態(tài)和畫面。

④對(duì)于重要輔機(jī)的跳閘，增加了跳閘首出原因分析畫面，便于運(yùn)行人員分析、查找事故原因。

⑤在DCS畫面手操組里增加可以直接輸入數(shù)值的按鈕。

⑥對(duì)過于簡單、調(diào)節(jié)性能差模擬量控制系統(tǒng)(MCS)的調(diào)節(jié)邏輯進(jìn)行了優(yōu)化，并對(duì)調(diào)節(jié)參數(shù)進(jìn)行了相應(yīng)的改動(dòng)。

⑦UCSA(DPU)死機(jī)現(xiàn)象。其一，DPU在運(yùn)行過程中自動(dòng)死機(jī)離線，檢查原因?yàn)檩o控DPU拷貝主控DPU數(shù)據(jù)超時(shí)，解決方法為升級(jí)DPU系統(tǒng)文件。其二，DPU死機(jī)表現(xiàn)為從工程師站查找不到公用系統(tǒng)的控制器，操作員站無法對(duì)公用系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視和操作。作者分析認(rèn)為其原因是IP地址配置沖突，即公用系統(tǒng)與#1機(jī)組IP地址沖突，導(dǎo)致系統(tǒng)無法識(shí)別公用系統(tǒng)服務(wù)器，從而失去對(duì)公用系統(tǒng)的通信與控制。解決方法為重新設(shè)定系統(tǒng)各服務(wù)器的IP地址。

⑧主、輔控DPU互相自動(dòng)切換，檢查為NTP失步，即2個(gè)DPU時(shí)鐘不同步，造成DPU切換。解決方法為升級(jí)DPU，修改DPU內(nèi)部參數(shù)。

⑨DCS畫面測(cè)點(diǎn)顯示壞點(diǎn)，而就地一次元件均正常。檢查通道正常，重新插拔模件后測(cè)點(diǎn)顯示正常。原因?yàn)槟＜偷装宀遽樈佑|不好，解決方法為重新插拔模件使其卡緊或更換新模件。

7)DEH系統(tǒng)調(diào)試中出現(xiàn)的問題。

①測(cè)速卡MSP10在轉(zhuǎn)速500 r/min以上突然信號(hào)斷線或者降至0轉(zhuǎn)，OPC和AST即發(fā)出1，并且在盤車啟動(dòng)只有4 r/min的情況下，3路轉(zhuǎn)速信號(hào)均使OPC和AST觸發(fā)1。升級(jí)MSP10卡下裝修改其內(nèi)部參數(shù)后，此現(xiàn)象再未出現(xiàn)。

②轉(zhuǎn)速信號(hào)從0跳變至600 r/min。解決方法:避免干擾源，在轉(zhuǎn)速通道并入標(biāo)準(zhǔn)電阻。

③調(diào)節(jié)級(jí)壓力測(cè)點(diǎn)DCS顯示跳變，將此測(cè)點(diǎn)從BSP10板移至BAI10板后顯示正常。

④原#1機(jī)組DEH組態(tài)過于簡單，對(duì)于負(fù)荷控制各方面都不能達(dá)到理想的程度，此次改造也優(yōu)化了DEH組態(tài)，并且靜態(tài)仿真試驗(yàn)和半仿真試驗(yàn)驗(yàn)證均正常。#1機(jī)組點(diǎn)火啟動(dòng)后，做調(diào)門嚴(yán)密性試驗(yàn)、超速試驗(yàn)及一次調(diào)頻試驗(yàn)均一次性合格。

3 結(jié)束語

通過45d的大修和調(diào)試，紅雁池發(fā)電公司#1機(jī)組的DCS設(shè)備性能穩(wěn)定，控制邏輯比較完善，系統(tǒng)運(yùn)行情況良好。經(jīng)過分部試運(yùn)行和多次開機(jī)運(yùn)行驗(yàn)證，DCS動(dòng)作正常，保護(hù)正確，系統(tǒng)運(yùn)行完全符合邏輯要求;自動(dòng)系統(tǒng)投入率和DCS畫面可操作性都比原DCS提高很多，能夠保證電廠安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行。

［1］DL/T 659—1998，火力發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)在線驗(yàn)收測(cè)試規(guī)程［S］.

［2］劉香云.分散控制系統(tǒng)安裝調(diào)試及提高可靠性的技術(shù)探討［J］.華電技術(shù)，2010，32(3):25 －27.