马钢热电厂#3汽轮机组DCS控制系统应用

陈兵 喻忠武

摘 要：我厂六炉四机分散控制系统由于设备老化，我们已逐步更新换代新系统，目前以#3汽轮机组DCS控制系统改造为例，详细介绍DCS控制系统在我厂改造中的具体应用。

关键词：DCS；控制系统；热电厂；控制系统

马钢热电厂六炉四机分散控制，采用南京科远的欧陆network6000系统投运已达十年以上了，目前控制系统老化严重，控制器、头模块、卡件及网络的故障频繁，严重影响生产安全，DCS控制系统改造我厂采用科远自主开发NT6000控制系统，控制系统稳定，可靠实现了全厂中央集控和网络数据共享，以下对#3机的改造应用作简要介绍。

1.DCS控制系统改造的前期准备

1.1 I/O点数的初步统计

不管是选择哪一家的DCS控制系统，在改造之前你要对老系统需保留的设备和测点要有一个初步了解，对老系统端子接线要进行梳理排查，并且对设备需改造和换型的部分也要清楚，并初步统计后提供给DCS厂家。对于不清楚的I/O部分可以在设计联络会中具体确定。确定好I/O点数的同时还要考虑新机柜设计，应与老机柜保持一致性。

1.2备件材料预先准备

设备需改造换型和设备换新的部分要提前准备备品备件，尤其是供货周期长的备品备件，同时也要考虑消耗材料的准备。

1.3 DCS控制系统的确定

结合本厂实际，在进行广泛调研的基础上选择合适的DCS控制系统。我厂选择的是科远NT6000控制系统，该控制系统尤其对小机组DCS控制十分成熟稳定，我厂原先控制系统本身就是科远的产品，我们对科远情况也比较清楚，新系统也进行过考察了解，软件部分比原先老系统更加智能化、人性化。

1.4具体的控制方案

设计联络会上与DCS厂家、设计院就DCS改造问题从控制的原理及改造方案、设备增减及选型、测点安排、画面布置、网络机构及通讯、工艺逻辑说明、具体施工等多方面进行交流，达成共识！同时培训人员的培训要深入彻底，并共同参与具体的画面、组态和网络的检查和验收工作。

1.5改造方案统筹布置

各专业要列出具体的大修标准项目和非标准项目，对各项目的施工单位及负责人要有具体的安排规划，要有大修施工具体的网络图。

2.#3机DCS控制系统改造过程

2.1老机柜拆除

拆除3#机老的电源盘、控制柜，拆除线缆时保留老系统线标，并对电缆信号用白布带做好标识，标注新机柜端子位置及名称。

全部拆除电缆后要对电缆进行整理归类，具备新机柜就位后电缆直接可顺至对应机柜。

每个机柜拆线后的电缆总数量在拆除老机柜之前必须提前编号统计数量，新机柜安装后顺上来的电缆先确认一下数量是否一致，不一致的需要根据编号查找。实际改造中经常会碰到电缆找不到甚至怀疑老系统是否有这个电缆。

2.2控制系统电源改造

电源有外部供电电源和内部机架、卡件和继电器的冗余电源。

2.2.1外部电源：

（1）机柜电源：电源柜提供三路220交流电源和一路22O直流电源。其中DCS控制系统需要逆变柜提供A路220VAC电源，临机提供B路220VAC电源。不间断电源柜供电电路图，可实现电源逆变输出无扰动切换，故障状态下可手动切至旁路運行。

（2）其他设备电源：重要设备采用A路电源供电，不重要的采用本机来厂用电供电模式，取消我厂原先电源冗余切换供电方式；控制系统B路电源采用从临机400V段供电模式，取消从本机供电。

（3）取消双直流冗余切换，采用单路直流供电，用于抽气逆止门和后汽缸喷水电磁阀。

2.2.2内部电源

机架卡件和输出隔离继电器电源采用冗余的24VDC，通过两个24VDC电源箱将两路220VAC电源转变成两路24VDC电源，在通过两个二极管将24VDC正端耦合输出，负端直接并接输出，这样24VDC就具有冗余性。48VDC冗余则要采用48VDC电源箱，耦合输出端作为输入隔离继电器的电源，该部分保留老系统模式，但采用电源板将各电源集中起来，耦合功能也在电源板内部实现耦合。

2.3 DCS控制系统改造

选用的科远DCS控制系统共有五个机柜：一个电源柜，一个发电机线圈和铁芯的温度采样柜，两个采集和控制柜，一个循泵远程柜。

2.3.1 I/O卡件及DPU

控制机柜主要是I/O卡件、冗余DPU（KM940）及24V或48V隔离继电器构成。取消以前的头模块和I/O卡件各层机架架构，I/O单元采用四个分支结构，正面柜A分支和B分支，反面柜C分支和D分支。分支卡件全部串联与DPU通讯。如果卡件布置不够可以再增加扩展柜，最多只能有两个扩展柜，扩展柜1带有E～H四个分支，扩展柜2带有I～L四个分支。DPU与I/O的网络结构。

#3机组DCS控制系统升级改造总点数844个，其中KM940控制器2对，8通道模拟量输入模件KM221S共16块，8通道热电阻输入模块KM222S共17块，8通道热电偶输入模块KM223S共7块，16通道数字量输入模块KM224S共20块，16通道数字量输出模件KM225S/DO共13块，4通道模拟量输出模件KM226S共3块。

2.3.2网络结构变化：我厂老系统采用的是服务器客户站结构，#3机与#5炉共用一对冗余配置的服务器，分别叫做3C和3D服务器，服务器内一般配置四块网卡两两绑定，其中两块绑定后与下层I/O和DPU组成的控制网通讯，另两块绑定后与上层监视的系统网通讯。控制网通讯速率不小于10M波特/秒，以太网不小于100M波特/秒。新系统取消了服务器，由三层网络结构变为二层网络结构。

2.3.3光缆环网和客户站环网：控制网和系统网分别以光缆环网和客户站环网方式实现。

（1）光缆环网： DPU与服务器通过控制网进行通讯，其通过网络交换机ED6008和光缆构成一个环网。

老系统采用一对服务器C、D，新系统则取消服务器。5#炉数据通过网络连接器NET-A、NET-B通讯，3#机数据通过NET-C、NET-D通讯，并与网络交换机NET-E、NET-F构成网络环网，其中NET-A、B、C、D、E、F必须用光缆连接。冗余DPU数据在主控DPU中运行，从控DPU备用，从控DPU出现问题不影响数据传输，主控DPU出现故障会自动切至另一备用DPU作为主控运行。环网任何一处断开皆不影响数据传输；任一个网络控制器SWITCH故障都不影响数据传输；汽机或锅炉大修时停掉电子间全部电源不影响该网段内其他系统数据的传输。

（2）客户站网络： 客户站网络实质上是系统网，它是控制器发送数据如何传输至用户站进行监控和操作。老系统采用冗余配置的服务器，光缆环网数据通过交换机NET-E、NET-F先与服务器通讯，然后由服务器扩展网络再与工程师站、操作员站和历史站数据进行数据连接。新系统取消服务器C和服务器D，工程师站、操作员站和历史站数据直接取自交换机NET-E、NET-F，其中交换机NET-E作为A网数据，交换机NET-F作为B网数据。

2.3.4控制软件

科远原先的控制系统为T3500系统，它是美国欧陆公司在FIX基础上针对NETWORK6000开发的控制软件。控制系统升级采用的是科远公司自主开发的NT6000系统，整个系统只有二层网络结构，降低了系统运行中由于过多的网络接口带来的通讯堵塞和故障问题，同时软件更加优化、直观，组态模式更容易理解。

2.4 DCS与DEH的联系

DCS系统与DEH的通讯量较少，只采用硬接线的方式，DCS网络系统与DEH网络系统之间是相互对立，互不通讯的。对于#3机DCS需要DEH内的调节级压力值，采用修改DEH内部组态，选择合适通道，由AI卡件送出给DCS。DCS需要DEH内的OPC是否动作和脱网判断，也是修改DEH内部组态，选择合适通道，由DO卡件送出给DCS。取消DEH硬手操盘，该功能通过硬接线模式转入DCS操作。#3机组跳机保护部分维持原状，由新华ETS保护柜完成。

2.5 DCS设备改造

主要是设备的增加或换型、换新。

（1）调门LVDT反馈装置和电缆全部更换，并重新整定调门零满度。

（2）更換主汽门行程开关及其控制电缆，主汽门关闭保护试验检查确认。

（3）拆除UPS电源柜，更换在线不间断电源，确保DCS控制系统A路电源的可靠性。

（4）转速探头5只全部更换；其中DCS控制系统转速1点，只参与显示，不参与保护。

（5）高加水位更换浮球液位计，电缆重新敷设，高加水位联锁试验检查。

（6）支持轴、推力轴回油温度元件换新，温度保护逻辑增加速率和品质判断，试验验证。

（7）抽气逆止门电磁阀直流供电回路检查。

（8）EH油系统压力开关小盘改造。

（9）电源系统重新规划，监控系统加装电源分开关。

（10）取消DEH硬手操盘，该功能转入DCS控制系统。

（11）控制系统升级为NT6000，网络架构取消服务器，改为2层网络结构。

（12）AST/OPC电磁阀由220VDC更改为220VAC，电磁阀换型，控制回路模式更换。

（13）按要求将保护地和屏蔽地汇总后接至新接地铜牌，并将铜牌与#1炉总接地连接。

结语

这次改造达到了预期的目的，DCS控制完好，保护性能可靠。改造中也出现过各种各样的问题，也都得有了较好的解决。如抽气逆止门220VDC和24VDC混排在一次，重新进行了规划。逆变电源模块不稳定已与厂家联系，并更换了逆变电源。本次DCS控制系统改造工期紧迫，提前规划，统筹安排显得尤为重要。

参考文献：

[1] 马超. 汽轮机DCS系统设计[J]. 山东工业技术，2017（5）： 41-41.

[2] 王迪. 探讨汽轮机系统中DCS控制技术的应用[J]. 华东科技： 学术版，2014（7）： 335-335.