吕四港电厂1号机组脱硫DCS系统改造

王雷

【摘 要】近年来环保要求越来越高，对脱硫系统的稳定提出更高要求，特别是脱硫旁路挡板封闭后浆液循环泵全停作为锅炉MFT的保护条件，但目前脱硫PLC控制系统问题较多，特别是电源系统问题、通讯问题和历史数据存储等问题较为突出。本文通过介绍吕四港电厂1号机组脱硫DCS改造的情况，对改造前PLC控制系统存在的问题进行分析，论述改造方案的优缺点，改造中出现的问题及解决方法。

【关键词】火电厂；脱硫；DCS改造

【Abstract】Requirements of environmental protection in recent years，more and more high，the stability of desulfurization system put forward higher requirements，especially the desulfurization slurry circulating pump full stop after the bypass damper closed as a condition of the boiler MFT protection，but at present many problems of desulfurization PLC control system，especially the power supply system，communication problems and historical data storage and other issues.In this paper，by introducing the lusi port power plant unit 1 desulfurization DCS transformation，before to transform the problem of the PLC control system analysis，discusses the advantages and disadvantages of retrofit scheme，the reform in the light of problems and solutions.

【Key words】Heat-engine plant；Desulfurization；Transformation of DCS

0 引言

脱硫系统是作为火力发电厂外围设备进行的设计与施工的，在投入生产和管理之后，国家不断提出更高的减排标准和要求，其中主要包括：旁路挡板铅封、旁路烟道拆除、近零排放改造等，脱硫系统的安全稳定运行已经等同甚至高于机组。在此过程中，脱硫控制PLC控制系统的缺陷和弊端逐渐暴露，已经危及的机组的安全稳定运行和环保工作管理。

1 原PLC控制系统的基本情况

吕四港电厂脱硫控制系统采用施耐德昆腾67160PLC以实现控制功能。整个系统分为七个子系统，包括1号脱硫控制系统（FGD1）、2号脱硫控制系统（FGD2）、3号脱硫控制系统（FGD3）、4号脱硫控制系统（FGD4）、脱硫公用制浆系统（COM12）、脱硫公用脱水系统（COM34）、脱硫公用废水系统（WW）。其中1号、2号机组脱硫，公用的制浆、废水、石膏脱水控制系统机柜布置在1、2号除灰脱硫综合楼电子设备间；3号、4号机组脱硫控制系统机柜布置在3、4号除灰脱硫综合楼电子设备间。脱硫7套PLC子系统均配置了一块NOE网络模块组成单一以太网，通过脱硫网络交换机进行数据交换，实现在辅控网统一操作。

脱硫控制系统的人机界面、历史数据存储等功能采用IFIX软件实现，历史数据的存储独立于PLC控制系统。网络架构采用客户端、服务器架构，网络结构和数据流向见图1。

图1 原PLC控制系统网络架构图

2 原PLC控制系统存在的问题

2.1 PLC控制器HALT存在故障

2012年11月20日3號机组因控制器HALT故障造成控制器停止运行，进而导致机组停运，厂家分析为警戒时钟溢出，具体原因未查明。

2.2 PLC无法实现复杂运算及节能降耗等高级功能

PLC是由继电器逻辑发展而来，虽然能够实现部份模拟量的计算和控制，但是不能实现复杂算法，不能实现节能降耗等优化高级功能。并且PLC本身无历史数据存储，数据未做到全局统一管理，容易出现变量名冲突，数据不同步等问题；逻辑分析需在线进行，存在安全隐患。

2.3 脱硫控制系统妨碍设备异常处理与分析

脱硫控制系统历史记录不全，历史曲线不方便调阅。报警信息少。系统运行状况、CPU运行状况、硬件信息等系统日志不全，不方便维护，且给设备异常处理与分析造成障碍。

2.4 PLC系统网络不稳定造成操作员画面数据丢失

1号机组脱硫系统在生产过程中经常出现操作员画面数据丢失现象，经过分析是由于PLC系统网络不稳定而造成的。操作员站的正常运行要依托于SCADA服务器的正常运行，如果服务器出现问题会导致操作员站全部瘫痪。

3 DCS改造的目标

新的DCS系统与PLC系统相比具有以下优点：FGD控制功能与老系统一致，并完善了报警及历史查询功能；脱硫控制系统的安全性和稳定性提高；可靠的冗余电源，系统卡件供电电源冗余；独立的操作员站，不依托于SCADA服务器可独立运行，安全性高；稳定的网络通讯，保证数据传输稳定。

4 DCS改造方案的内容

1号机组脱硫DCS改造采用OVATION分散控制系统。作为当代最先进的DCS系统之一，它提供了可靠、完整的过程控制，具有强大的过程控制策略。此外ovation分散控制系统还具有强大的历史功能，保证用户对过程数据、报警、SOE、操作等所有信息进行查询和检索。

4.1 DCS系统结构

OVATION系统的重要特点之一是具有一套完整、可靠、开放的通讯系统。通讯设备采用市场上通用的CISCO公司的快速以太网交换机，艾默生过程控制有限公司的网络结构克服了服务器/客户机这种主从依赖关系的网络结构，采用的是单层的，点对点的对等结构的冗余的100Mbps的一体化的快速以太网，系统中不需要任何网关。同时OVATION系统采用的是ORACLE全嵌入式、分散形的关系数据库，系统能将数据管理分散嵌入到网络上的对应的站点中，任何站点的工作均不需要彼此依赖。使得系统在数据管理上真正做到了彻底地分散。改造后的系统网络结构见图2。

4.2 DCS系统改造硬件配置

4.2.1 过程控制单元DPU

过程控制单元是DCS电厂控制的核心，具有重要的作用。实现DCS保护，模拟调节，顺序控制，数据采集等与工艺过程和设备直接相关的功能。

过程控制单元DPU中的主要部件包括：

1）过程控制器

《火电厂热控系统可靠性配置和事故预控》中对控制器的配置有如下要求：

（1）单元机组分散控制系统控制器应采用冗余配置，其对数应严格遵循机组重要保护和控制分开的独立性原则配置，不应以控制器能力提高为理由，减少控制器的配置数量，从而降低系统配置的分散度。

（2）为防止一对控制器故障导致机组被迫停运事件的发生，重要的并列或主/备运行的辅机（辅助）设备控制应分别配置在不同的控制器中。

根据以上要求，1号机组脱硫DCS系统需配置两对冗余控制器。控制器将布置在电子设备间，通过交换机等网络设备与位于中控室的人机接口站进行通讯。与控制机柜布置在一起的有DCS电源分配柜和交换机柜。交换机柜则为控制器和人机接口MMI提供通讯工具。

2）I/O模件配置

根据用量和裕量15%的要求，配置相关的I/O模件。具体I/O模件配置及数量见表1。

3）电源系统及接地

DCS系统配置1面电源分配柜用于脱硫DCS系统设备的供电。电源分配柜布置于相应的电子设备间，用于分配用户提供的两路交流220VAC电源。通过其内部的分配、保护、开关回路将它们分配给所有的DCS设备：其中每个过程控制单元DPU接受相应侧电源分配柜来的两路交流电源，其内部的模件化电源以冗余的方式为柜内的所有模件及相应的现场变送器供电。正常工作时，每一个模件柜的二路电源同时工作，各带50%负荷，当一路电源故障后，另一路电源自动带100%负荷。

机柜已配有信号地和安全地接地铜排，采用信号地和安全地分开连结方式，最终以单点接地方式接入用户提供的接地网。

4.2.2 控制室/工程师室设备

新增控制室/工程师室设备：2台操作员站：布置于集控室；1台数据库服务器/工程师站：布置于脱硫DCS工程师室；2台历史站：采用冗余历史站配置，布置于脱硫DCS工程师室；1台OPC站：布置于1号机组DCS工程师室。

4.2.3 网络通讯系统

1号机组脱硫DCS系统配置1面电网络柜，用于布置网络交换机。1号机组脱硫DCS系统配置1对冗余交换机，采用单层的、点对点的对等结构的冗余的100Mbps的一体化的快速以太网，系统中不需要任何网关。该网络系统用于单元脱硫系控制器，操作员站，工程师站等的通讯。

5 DCS改造方案的实施

在1号机组超低排放改造期间，工作人员进行了1号机组脱硫DCS系统的改造工作，涉及到的设备包括：原PLC系统设备、DCS系统设备、电源系统、通讯系统、工程师站、操作员站等。

5.1 旧系统拆除

在布置完停机运行措施后开始拆除电子间涉及改造的机柜、电缆及旧的计算机柜。

拆除电缆时，根据图纸和电缆标识牌，进行分类拆除，在线芯剪断处用自粘胶带将胶头号缠好；拆除旧计算机柜时，将原系统的盘间联络电缆抽出，并运到指定存放位置。

5.2 新系统安装

根据转接柜图纸，将已拆下的电缆连接至新的中间端子柜。

根据转接柜图纸和停机前所做的电缆标识（不同的系统，标识的颜色不同），将电缆穿到相应的转接柜。

5.3 系统上电

OVATION各机柜就位并固定良好；机柜与底座之间绝缘良好；网络总线及交换机等检修测试完毕，接地线安装完毕并验收合格。各控制器（站）的数据总线连接完毕，接线正確，复核无误。各控制器、操作员站、历史站、OPC站、打印机等硬件设备安装就位完毕，电源接线正确，电缆绝缘良好。

5.4 控制器检查

控制器检查内容包括：卡件是否插到位；电源风扇是否插好。

5.5 分支检查

分支检查内容主要包括：各分支的BASE板是否有松动；所有的BASE连接是否完好，有无松动现象；每个分支的终端器是否固定；连接控制器与卡件的黑色通讯电缆，确认固定螺丝是否固定；上电后，每个分支的BASE的24V辅电是否正常；连接卡件到继电器柜的电缆是否连接、固定。

5.6 组态、画面整理

重新整理点目录，将点目录按照控制器节点号的顺序重新排布，检查点目录是否有重复或者错误的情况，将重复的点删除，将错误的点更正。

本项目采用WINDOWS操作平台，并将为本项目提供最新的OVATION 3.5软件，将重新整理后的点目录在服务器内进行设置输入。

根据原系统的逻辑组态，制定逻辑说明，并按照该逻辑说明在服务器进行组态。

5.7 DCS系统的调试

超低排放改造完成后，对脱硫系统进行统一调试，调试过程中对点目录、报警信息、操作功能、历史趋势等进行了再次确认，保证系统改造圆满完成。

6 展望

本次1号机组脱硫改造采用了最先进的DCS设备，设备的安全性和可靠性大大提高，为机组的稳定运行提供了有力保证，同时有效降低了环保管理风险，可为同类型火电厂DCS系统改造提供借鉴经验。

【参考文献】

[1]赵瑞辉.电厂DCS网络监控系统的设计与实现[D].保定：华北电力大学控制科学与工程系，2013.

[2]宋翔.华润彭城电厂DCS系统的改造与应用[D].西安：西安科技大学控制工程系，2013.

[3]杨海云，乔泽慧.电厂DCS系统应用分析[J].中国新技术新产品，2011（18）：112.

[4]温文，赵作明，王俊峰. 脱硫DCS改造提高电厂环保设备自动化水平[J].科技视界，2014（15）：262，298.

[责任编辑：田吉捷]