青島發電公司3#機組DCS系統改造關鍵問題探討

于淑慧

（華電青島發電有限公司熱工車間，山東 青島 266031）

青島發電公司3#機組DCS系統改造關鍵問題探討

于淑慧

（華電青島發電有限公司熱工車間，山東 青島 266031）

本文針對青島發電公司3#機組DCS系統由XDPS400型升級為XDC800系統改造，從系統特性、設計方案、具體實施幾個方面入手，分析了DCS升級過程的關鍵因素，并闡述了所涉及的細節問題及處理方法。

分散控制系統；DCS系統；升級

華電青島發電有限公司3#機組DCS系統使用的是原上海新華公司生產的XDPS400型分散控制系統，2005年投產至今已連續運行了10多年。由于卡件老舊以及為早期版本等原因，DPU（分散式處理器）和I/O卡件尤其是BCNET卡、RTD端子板及IOHUB等電子設備元件使用壽命降低，陸續出現控制器故障、控制器通訊故障、交換機端口故障、電源模塊普遍供電不足、機柜超溫引起控制器瞬間故障等問題。另外，控制器卡件已經無法滿足冗余分散布置整改要求。2017年利用機組檢修機會，3#機組DCS系統進行了升級改造。改造采用原XDPS-400系統的升級產品XDC800系統，即硬件升級，軟件兼容并優化。XDC800充分繼承了新華產品系列結構緊湊、系統簡潔、操作友好等特點，功能更豐富、性能更優良、系統更安全可靠。

1 XDC-800系統特性

XDC-800系統與XDPS-400系統比較主要優點有以下幾點。

（1） DPU、I/O模件等全部采用SMT（貼片技術）生產：低功耗，卡件功耗為1W左右，DPU功耗僅為5W左右，功耗極低，運行溫度也很低，板卡溫度只有28攝氏度左右。整套系統柜內無需風扇運行，卡件的使用壽命更長。

（2） I/O模件分散度進一步提高，其中AI模件全部調整為8點/卡；DI模件全部調整為16點/卡；減少因模件故障對運行造成的影響，使故障風險分散，更加安全可靠。

（3） DPU、I/O模件加裝全封閉式外殼，無需灰塵吹掃；避免因導電灰塵引起I/O模件的故障和誤動。

（4） I/O模件的每個通道具有防誤接AC/DC220V保護，具有通道故障和狀態指示，便于熱工巡檢和檢修維護。

（5）增加系統供電可靠性，所有交直流電源采用雙路AC220V電源供電（寬輸入電壓范圍：AC85V 至AC264V）；DPU、交換機、通訊模塊、I/O模件等均采用雙路DC24V電源供電；同時IO交換機采用工業等級的產品。

（6）軟件方面：在原有功能的基礎上進行了改進和提高，并提高操作的方便性，比如對原有的DCS系統配置文件采用統一界面管理，使用更加簡潔、方便。

2 升級改造設計方案

2.1 軟件改造

采用原XDPS-400控制組態和人機界面進行轉換移植，控制畫面、控制邏輯完全符合原有習慣。

2.2 硬件改造

因改造不同于新建機組，本次改造系統設計和柜內布置充分考慮原有電纜走向，盡量減少接線改動和電纜對接。

（1）3#機組分散控制系統原有控制器29對，包括DCS系統 25 對DPU；循環水系統1對DPU；熱網首站3對DPU。利用DCS系統改造，二次濾網、電動濾水器系統、新增兩臺空壓機控制系統進入DCS系統控制，增加2對XCU。優化現有測點配置，將不參與保護聯鎖的一般監視測點從負荷率較高的控制器移出，重新安裝配置新控制器（如風粉在線監視測點、低氮燃燒監視測點等），共計5對控制器。

（2）原XDPS-400系統的控制機柜全部拆除（包括開關箱、I/O卡箱及卡件、DPU控制器、393A集線器、電源等全部設備）；安裝XDC800新系統的控制柜，含控制器、雙5口工業用交換機、通訊卡、底座、I/O模件及通訊、供電、接地電纜等。

（3）原端子機柜內XDPS-400端子板全部拆除，在相同位置安裝新系統用的轉接端子板，原現場機柜和端子接線位置保持不變，平移轉接到新的轉接端子板上。

（4）端子機柜內轉接端子板和控制柜內I/O模件通過37芯預制電纜連接。

（5）DCS系統進行設計優化，以實現重要系統保護、聯鎖、自動信號物理分散、相對獨立、相互冗余的功能，以滿足行業內反事故技術措施及相關文件要求。

（6）配合完成與其他控制系統接口的調試工作。與DCS通訊的控制系統和設備主要有汽輪機數字電液控制系統（DEH）、廠級實時監控系統（SIS）等其他輔助控制系統。

3 改造中解決的問題

3.1 熱電偶輸入模件冷端補償增加外補償電阻提高精度

改造前，原XDPS-400系統的熱電偶環境溫度補償電阻設置在端子板后面，與接線端子溫差較小，基本可以補償熱電偶接線端子環境溫度。

本次改造使用XDC800系統的8路熱電偶輸入模件xAI（xAI-81-27），熱電偶輸入模件xAI-81-27是一塊隔離型熱電偶信號采集模塊，使用雙路冗余24V電源供電。每個模件可接入8路模擬量信號，適配各類熱電偶，并自帶冷端補償。自帶的環境溫度補償電阻設置在卡件上，卡件是封閉的，且與端子板不在同一個柜內，造成補償偏高。

現場檢測發現熱電偶輸入模件自帶的冷端補償測量偏高，進行校驗時，使用標準表測量的補償溫度與熱電偶輸入模件自帶的冷端補償溫度相差較大，導致熱電偶測點測量值不準確。

采用在端子柜內增加外補償熱電阻測溫元件來替代熱電偶輸入模件的自帶冷端補償的方案解決以上問題。在端子柜內增加2個外補償電阻，并進行邏輯組態。當2個外補償電阻均為好點時，選擇2個外補償電阻的低值為最終補償；當一個外補償電阻為壞點時，選擇另一個為好點的補償電阻；當2個外補償電阻均為壞點時，選擇補償電阻保持上一時刻數值。

3.2 電纜利舊，平移轉接到新端子板

本次改造為了減少機柜安裝和電纜拆除、電纜重新敷設的工作量，采用原系統的所有電纜保持不變，保持原接線位置不變，將原端子板更換為新系統的轉接端子板的方案。

端子柜改造只需拔出IO接線端子板旁邊的整個接線端子，更換原有卡件接線端子板，升級為新的接線轉接端子板，然后將整個現場來線的接線端子插回對應的接線端子板插槽，新端子板到新卡件通過37芯電纜連接。

原XDPS-400端子板及模件現集成在XDC800系統一塊模件內，轉接端子板只是負責信號轉接，并不進行任何信號處理。通過此連接方式可以保持原電纜接線不變。原XDPS-400系統AI端子板（16通道/卡）對應XDC800系統2塊AI模件（8通道/卡）；原XDPS-400系統DI/SOE端子板（32通道/卡）對應XDC800系統2塊DI/SOE模件（16通道/卡）；原XDPS-400系統和XDC800系統的AO、DO端子板通道數一樣（AO 8通道/卡、DO 16通道/卡），可一一對應替換。

這樣使系統風險更分散，同時，提高了系統的可靠性與可維護性等特點。為了保證適應原來端子板和接線的布置，以DI端子板為例，端子板繼續保持左右兩側帶接線端子，并定義左邊16通道為一個卡件通道，右邊則為另一卡件所屬通道。

3.3 新增網絡交換機柜

原XDPS-400系統無網絡柜，交換機分散布置在主機柜內。本次改造新增網絡交換機柜，每對XCU有A、B網口各兩個，設置赫斯曼交換機(A1，A2，A3，A4，B1，B2，B3，B4)共 8臺，A網 交 換機A1，A2，A3，A4通過多模跳線環接，B網交換機B1,B2,B3,B4同理。配置24V魏德米勒電源（PS11，PS12，PS21，PS22，PS31，PS32，PS41，PS42）共8臺，將220V轉換為24V，為每臺交換機提供2路24V電源，減少因電源模塊損壞導致交換機損壞的幾率。設置C網D-Link交換機1臺，電源由電源切換箱B路輸出。光電收發器A5，B5通過光纜連接3#機循環水系統，電源分別由電源切換箱A路、B路輸出提供，配置終端盒1臺。同時，將GPS系統集成在網絡交換機柜中，設置GPS MAT-3000 100米天線1臺。

4 結語

青島發電有限公司3#機組DCS分散控制系統由XDPS400型升級為XDC800系統。改造后從系統運行的情況來看，系統設計合理，使用最新的、先進可靠的硬件，軟件兼容并優化，性能大大提升，解決了原來DCS系統老舊的問題，同時通過DCS整體升級改造增加了設備的穩定性，為長時間的穩定連續生產打下良好的基礎，達到了很好的效果。本次改造解決了XDPS400型升級為XDC800系統中的若干問題，具有一定的推廣價值。

[1]李莉.談熱工自動化控制在火電廠的應用及發展[J].科學中國人,2014.

[2]馬駿.基于XDC800的火電機組DCS改造[J].自動化應用，2016,7:140.

TM621.6

A

1671-0711（2017）12（上）-0073-02