馬鋼熱電廠#3汽輪機組DCS控制系統應用

陳兵 喻忠武

摘 要：我廠六爐四機分散控制系統由于設備老化，我們已逐步更新換代新系統，目前以#3汽輪機組DCS控制系統改造為例，詳細介紹DCS控制系統在我廠改造中的具體應用。

關鍵詞：DCS；控制系統；熱電廠；控制系統

馬鋼熱電廠六爐四機分散控制，采用南京科遠的歐陸network6000系統投運已達十年以上了，目前控制系統老化嚴重，控制器、頭模塊、卡件及網絡的故障頻繁，嚴重影響生產安全，DCS控制系統改造我廠采用科遠自主開發NT6000控制系統，控制系統穩定，可靠實現了全廠中央集控和網絡數據共享，以下對#3機的改造應用作簡要介紹。

1.DCS控制系統改造的前期準備

1.1 I/O點數的初步統計

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

1.2備件材料預先準備

設備需改造換型和設備換新的部分要提前準備備品備件，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備。

1.3 DCS控制系統的確定

結合本廠實際，在進行廣泛調研的基礎上選擇合適的DCS控制系統。我廠選擇的是科遠NT6000控制系統，該控制系統尤其對小機組DCS控制十分成熟穩定，我廠原先控制系統本身就是科遠的產品，我們對科遠情況也比較清楚，新系統也進行過考察了解，軟件部分比原先老系統更加智能化、人性化。

1.4具體的控制方案

設計聯絡會上與DCS廠家、設計院就DCS改造問題從控制的原理及改造方案、設備增減及選型、測點安排、畫面布置、網絡機構及通訊、工藝邏輯說明、具體施工等多方面進行交流，達成共識！同時培訓人員的培訓要深入徹底，并共同參與具體的畫面、組態和網絡的檢查和驗收工作。

1.5改造方案統籌布置

各專業要列出具體的大修標準項目和非標準項目，對各項目的施工單位及負責人要有具體的安排規劃，要有大修施工具體的網絡圖。

2.#3機DCS控制系統改造過程

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線標，并對電纜信號用白布帶做好標識，標注新機柜端子位置及名稱。

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

每個機柜拆線后的電纜總數量在拆除老機柜之前必須提前編號統計數量，新機柜安裝后順上來的電纜先確認一下數量是否一致，不一致的需要根據編號查找。實際改造中經常會碰到電纜找不到甚至懷疑老系統是否有這個電纜。

2.2控制系統電源改造

電源有外部供電電源和內部機架、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，可實現電源逆變輸出無擾動切換，故障狀態下可手動切至旁路運行。

（2）其他設備電源：重要設備采用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電源轉變成兩路24VDC電源，在通過兩個二極管將24VDC正端耦合輸出，負端直接并接輸出，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部實現耦合。

2.3 DCS控制系統改造

選用的科遠DCS控制系統共有五個機柜：一個電源柜，一個發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隔離繼電器構成。取消以前的頭模塊和I/O卡件各層機架架構，I/O單元采用四個分支結構，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的網絡結構。

#3機組DCS控制系統升級改造總點數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通道數字量輸入模塊KM224S共20塊，16通道數字量輸出模件KM225S/DO共13塊，4通道模擬量輸出模件KM226S共3塊。

2.3.2網絡結構變化：我廠老系統采用的是服務器客戶站結構，#3機與#5爐共用一對冗余配置的服務器，分別叫做3C和3D服務器，服務器內一般配置四塊網卡兩兩綁定，其中兩塊綁定后與下層I/O和DPU組成的控制網通訊，另兩塊綁定后與上層監視的系統網通訊。控制網通訊速率不小于10M波特/秒，以太網不小于100M波特/秒。新系統取消了服務器，由三層網絡結構變為二層網絡結構。

2.3.3光纜環網和客戶站環網：控制網和系統網分別以光纜環網和客戶站環網方式實現。

（1）光纜環網： DPU與服務器通過控制網進行通訊，其通過網絡交換機ED6008和光纜構成一個環網。

老系統采用一對服務器C、D，新系統則取消服務器。5#爐數據通過網絡連接器NET-A、NET-B通訊，3#機數據通過NET-C、NET-D通訊，并與網絡交換機NET-E、NET-F構成網絡環網，其中NET-A、B、C、D、E、F必須用光纜連接。冗余DPU數據在主控DPU中運行，從控DPU備用，從控DPU出現問題不影響數據傳輸，主控DPU出現故障會自動切至另一備用DPU作為主控運行。環網任何一處斷開皆不影響數據傳輸；任一個網絡控制器SWITCH故障都不影響數據傳輸；汽機或鍋爐大修時停掉電子間全部電源不影響該網段內其他系統數據的傳輸。

（2）客戶站網絡： 客戶站網絡實質上是系統網，它是控制器發送數據如何傳輸至用戶站進行監控和操作。老系統采用冗余配置的服務器，光纜環網數據通過交換機NET-E、NET-F先與服務器通訊，然后由服務器擴展網絡再與工程師站、操作員站和歷史站數據進行數據連接。新系統取消服務器C和服務器D，工程師站、操作員站和歷史站數據直接取自交換機NET-E、NET-F，其中交換機NET-E作為A網數據，交換機NET-F作為B網數據。

2.3.4控制軟件

科遠原先的控制系統為T3500系統，它是美國歐陸公司在FIX基礎上針對NETWORK6000開發的控制軟件。控制系統升級采用的是科遠公司自主開發的NT6000系統，整個系統只有二層網絡結構，降低了系統運行中由于過多的網絡接口帶來的通訊堵塞和故障問題，同時軟件更加優化、直觀，組態模式更容易理解。

2.4 DCS與DEH的聯系

DCS系統與DEH的通訊量較少，只采用硬接線的方式，DCS網絡系統與DEH網絡系統之間是相互對立，互不通訊的。對于#3機DCS需要DEH內的調節級壓力值，采用修改DEH內部組態，選擇合適通道，由AI卡件送出給DCS。DCS需要DEH內的OPC是否動作和脫網判斷，也是修改DEH內部組態，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入DCS操作。#3機組跳機保護部分維持原狀，由新華ETS保護柜完成。

2.5 DCS設備改造

主要是設備的增加或換型、換新。

（1）調門LVDT反饋裝置和電纜全部更換，并重新整定調門零滿度。

（2）更換主汽門行程開關及其控制電纜，主汽門關閉保護試驗檢查確認。

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

（4）轉速探頭5只全部更換；其中DCS控制系統轉速1點，只參與顯示，不參與保護。

（5）高加水位更換浮球液位計，電纜重新敷設，高加水位聯鎖試驗檢查。

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

（7）抽氣逆止門電磁閥直流供電回路檢查。

（8）EH油系統壓力開關小盤改造。

（9）電源系統重新規劃，監控系統加裝電源分開關。

（10）取消DEH硬手操盤，該功能轉入DCS控制系統。

（11）控制系統升級為NT6000，網絡架構取消服務器，改為2層網絡結構。

（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。

結語

這次改造達到了預期的目的，DCS控制完好，保護性能可靠。改造中也出現過各種各樣的問題，也都得有了較好的解決。如抽氣逆止門220VDC和24VDC混排在一次，重新進行了規劃。逆變電源模塊不穩定已與廠家聯系，并更換了逆變電源。本次DCS控制系統改造工期緊迫，提前規劃，統籌安排顯得尤為重要。

參考文獻：

[1] 馬超. 汽輪機DCS系統設計[J]. 山東工業技術，2017（5）： 41-41.

[2] 王迪. 探討汽輪機系統中DCS控制技術的應用[J]. 華東科技： 學術版，2014（7）： 335-335.