燃氣輪機本特利3500 控制系統軟硬件升級改造

朱俊

（上海華電電力發展有限公司望亭發電分公司，江蘇 蘇州215155）

1 原控制系統概況

上海華電電力發展有限公司望亭發電分公司兩臺GE 公司的S109FA 燃氣——蒸汽聯合循環發電機組采用了GE MK VI 透平控制系統，與其配套的燃機、汽輪發電機組本體監測和危險氣體檢測系統采用的是本特利3500 控制系統。該系統共由兩個機架、一臺監視和組態用的上位機、以及電源模塊、交換機等部件組成。機架1 負責對燃機、汽輪發電機組本體振動、軸位移、差脹、偏心、鍵相等信號進行監測；機架2 對燃機及發電機側甲烷、氫氣等危險氣體濃度信號進行監測，輸出模擬量及開關量控制信號到MK VI 系統進行邏輯運算，作為機組啟動允許及聯鎖跳閘保護條件。

2 改造前存在的問題

該公司兩臺燃氣輪機自2005 年雙投后連續運行至今已有十多年時間，作為燃機及汽輪發電機的重要監測保護系統——本特利3500 控制系統，其軟硬件還是十多年前的產品，設備老化嚴重，運算速度、安全穩定性已經完全不能適應目前機組運行的要求，存在的具體問題如下：

2.1 兩臺監視和組態用的集成一體式上位機老化嚴重，觸摸屏已失效，更換過硬盤、風扇等部件，其主板、內存、顯卡等部件也發生出現不同程度的老化，目前市場上已采購不到相同類型的備件，一旦發生故障將直接導致無法對系統進行組態和監視。

2.2 兩臺上位機采用的操作系統還是Windows2000 系統，其組態軟件、畫面監控軟件、數據庫都是老版本的32 位系統下的應用程序，不支持現在Win7 以上的64 位操作系統，單純升級硬件將無法使用軟件。而且系統運行日益緩慢，頻繁出現卡頓、死機等故障，對于監視、設備校驗和系統組態帶來很大的影響。

2.3 兩個機架上的框架接口模塊是老型號的3500/20 卡件，只支持RS-232/RS-422 串行通訊，沒有TCP/IP 以太網傳輸功能，需和3500/92 通訊網關卡件配合使用才能實現以太網傳輸。該卡件已經故障更換過，備件已使用完，目前工廠早已停產，市場上已采購不到相同型號的備件，一旦再出現故障將直接導致系統癱瘓。

2.4 本特利3500 操作員畫面監視軟件是V1.50 版本，與現場數據的通訊是靠3500 Data Acuisition Server 軟件通過網線與兩個機架上的通訊卡件進行通訊，從而實現數據的交換，是依靠軟件通過以太網傳輸來實現的。由于軟件版本低、交換機運行年限較長等原因，與通訊卡件的數據交換不是很穩定，經常會發生通訊中斷，必須重啟操作系統，并重新打開數據交換軟件和操作員畫面監視軟件，有時還需要重啟交換機才能解決問題。

2.5 原設計兩臺機組本特利3500 系統的網絡是互通的，當一臺機組故障時可以使用另一臺機組的系統進行監控，實現相互備用。然而由于軟件版本以及系統通訊問題，有時會出現報警互竄現象，給報警分析及故障追憶帶來不便。而且在一臺停機的機組上進行系統組態時，會不小心選到另一臺運行的機組上去，存在較大的安全隱患。

3 改造方案

基于以上存在的這些問題，必須對兩臺燃機的本特利3500 控制系統進行軟硬件升級改造。我們與制造廠家本特利公司簽署合作協議來共同完成兩臺燃機本特利3500 控制系統的升級改造工作。具體改造方案如下：

3.1 取消原系統中兩臺監視和組態用的老式上位機，采用本特利最新型號的94M 系列一體式集成機取代。

3.2 監視系統和組態系統分離，上位機負責監視系統參數，提供監控畫面、信號報警、實時趨勢、歷史追憶等功能，組態系統采用專用的便攜式組態編程器來完成。

3.3 在兩臺機組的四個機架上增加四塊3500/94M 通訊模件以及兩臺94M 路由器，將機架上面卡件的組態信息通過專用電纜直接與94M 一體式集成機進行數據通訊，通過硬件來實現數據的交換。增加兩塊94M 一體機和路由器專用的24V 開關電源。

3.4 將兩臺機組四個機架上面的四塊3500/20 框架接口模塊升級為支持以太網傳輸控制協議，且帶有瞬態數據接口（TDI）的框架接口模塊3500/22M，并取消原系統中的四塊3500/92 通訊網關卡件。

3.5 便攜式組態器采用最新的64 位Win10 操作系統，3500 系統組態軟件升級為最新的支持Win10 系統的V6.3 版本，畫面監控、趨勢、報警等軟件都升級到最新版本。

3.6 升級原系統中的兩臺老型號的以太網交換機，采用高安全穩定性的菲尼克斯工業級以太網交換機，取消原來兩臺機組兩套本特利3500 系統的交叉控制功能，實現各自獨立。本特利3500 控制系統軟硬件升級改造前后的對比如表1所示。

4 改造中所做的具體工作

4.1 在兩臺機組的檢修中完成具體的改造工作。開工前分別編制了本特利3500 控制系統軟硬件升級改造施工安全措施和技術組織措施，嚴把升級改造工作的安全質量關。

4.2 改造前事先做好原來四個機架組態文件、控制常數、監控畫面、報警信號等內容的備份工作。

表1

4.3 記錄好原系統內兩臺上位機、四塊3500/20 數據接口模塊及3500/92 通訊網關卡的網絡協議配置信息。

4.4 對原系統機架上所有“BYPASS”信號進行記錄，對系統內所有模件進行檢查并記錄故障報警情況，對系統內所有采用常閉觸點和常為“1”信號的DO 點進行整理。系統斷電前與運行人員聯系好，確認機組停用且具備3500 系統升級改造條件。

4.5 對系統內所有上位機及機架斷電，移除老的上位機、3500/20 數據接口模塊、3500/92 通訊網關卡、網絡交換機，斷開兩臺機組的網絡互聯光纜。安裝新的一體式集成機、3500/94M 通訊模件及路由器、框架接口模塊3500/22M、24V 開關電源和網絡交換機，敷設并連接好相關的電源線、3500/94M專用通訊電纜及網線，確認各端子接線及通訊電纜插頭和網口連接無誤后進行系統上電調試。

4.6 系統上電，檢查系統內所有機架、上位機、94M 路由器、網絡交換機是否都上電工作。確認正常后，進行上位機及四個機架3500/22M 框架接口模塊的網絡協議配置，3500/94M 通訊模件的組態，“BYPASS”信號、常閉觸點和常為“1”信號的恢復，控制常數、監控畫面、報警信號等內容的檢查配置，機架組態信息的下裝等工作。

4.7 檢查四個機架上所有卡件的工作狀態，確認無報警異常信息，在上位機上查看各個機架上面的數據是否通訊正常，畫面切換是否流暢，檢查信號數據、控制參數、系統時間、報警信息、歷史追憶等功能都完好正確。

4.8 在便攜式組態器上面安裝好正版Win10 系統和3500config v6.3 組態軟件，設置好網絡協議配置信息后接入系統網絡交換機上，測試網絡協議配置是否正確，確認與系統各機架通訊正常。打開組態軟件測試各機架組態信息上傳、下裝以及危險氣體探頭信號標定功能都正常無誤。

4.9 所有調試工作都完成后，將各個機架新的組態文件下載并導出保存。

圖1 改造后3500/94M 模件與上位機及路由器連接圖

5 改造后的效果

兩臺機組本特利3500 控制系統軟硬件升級改造后，上位機觸摸屏反應靈敏，通過專用通訊電纜直接與3500/94M 通訊模件進行通訊，不再依靠軟件通過網口進行數據傳輸，程序固化在一體機內，無需升級，從而使得數據刷新迅速、畫面切換流暢、不存在卡頓延遲現象，報警信息、歷史趨勢等功能調用迅速簡便，一目了然。機架上的數據接口模塊由老型號的3500/20 框架接口模塊升級為帶有瞬態數據接口（TDI）的3500/22M 接口模塊，解決了老型號卡件停產無備件的問題，增強了系統的網絡功能，提升了兼容性及穩定性。以太網交換機升級為菲尼克斯公司FL SWITVH 4TX/FX 工業級交換機，提升了系統網絡傳輸的速度及穩定性。把系統的監視和組態功能分離，上位機只負責監控，系統組態由便攜式組態器完成，增強了系統的安全性。取消兩臺機組本特利3500 控制系統交叉控制功能，實現各自獨立，解決了報警互竄問題，而且可以防止誤操作，保障機組安全運行。系統軟件及組態軟件都升級到最新的版本，提升了整個系統的兼容性及安全穩定性。

6 結論

綜上所述，兩臺燃氣輪機通過對本特利3500 控制系統進行軟硬件升級改造，大大提升了系統的運行速度以及安全性和穩定性，有效降低機組非停事件的發生率，為確保機組的安全穩定運行提供了堅強保障。