發(fā)電廠化學(xué)水處理程控系統(tǒng)在線改造

包曉軍

(望亭發(fā)電廠,江蘇蘇州 215155)

0 引言

望亭發(fā)電廠#11、#142臺(tái)300MW機(jī)組化學(xué)水處理一級(jí)、二級(jí)除鹽水(以下簡(jiǎn)稱除鹽水)程控系統(tǒng)以及凝結(jié)水精處理程控系統(tǒng)已經(jīng)運(yùn)行多年,雖經(jīng)過(guò)幾次改造,但仍存在諸多問(wèn)題,如歐姆龍(OMRON)卡件的老化問(wèn)題、歐姆龍分散控制系統(tǒng)(PLC)和AB PLC系統(tǒng)的兼容問(wèn)題等,大大影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。為提高系統(tǒng)性能及可靠性,必須對(duì)現(xiàn)有化學(xué)水處理程控系統(tǒng)進(jìn)行全面改造。

經(jīng)過(guò)充分的前期準(zhǔn)備(包括PLC的調(diào)研、程控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的比較、改造方案的確定等),2007年5月,在對(duì)新程控系統(tǒng)成功進(jìn)行了全面測(cè)試后,啟動(dòng)了現(xiàn)場(chǎng)施工及調(diào)試工作。2007年6月,整個(gè)程控系統(tǒng)改造工程基本結(jié)束,開始投入運(yùn)行。1年多的實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明,該項(xiàng)目改造效果良好,基本達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。

望亭發(fā)電廠在線化學(xué)水處理程控系統(tǒng)的成功改造,為老廠公用系統(tǒng)(輸煤程控改造以及母管制循環(huán)水控制系統(tǒng)等)改造提供了成功經(jīng)驗(yàn)。

1 改造前系統(tǒng)情況

(1)除鹽水系統(tǒng)為歐姆龍C2000H系列PLC,控制范圍為:補(bǔ)水系統(tǒng)一級(jí)除鹽系統(tǒng)(3列碳床/陽(yáng)床/脫碳風(fēng)機(jī)/中間水箱/陰床/補(bǔ)水混床,4臺(tái)清水泵,2個(gè)清水池等);二級(jí)除鹽系統(tǒng)(混11A/混11B/混11C);#11機(jī)組凝結(jié)水混床再生系統(tǒng)(陰塔/陽(yáng)塔/貯存塔/羅茨風(fēng)機(jī)4/羅茨風(fēng)機(jī)5);凈水系統(tǒng);酸堿系統(tǒng);壓縮空氣系統(tǒng);復(fù)蓋自用泵等。

(2)凝結(jié)水系統(tǒng)為RockwellAutomationABCon-trolLogix控制系統(tǒng),中央監(jiān)控為IntellutioniFix3.0組態(tài)軟件?？刂品秶鸀?#14機(jī)組凝結(jié)水混床系統(tǒng)(混14A/混14B/混14C);#14機(jī)組凝結(jié)水混床再生系統(tǒng)(分離塔/陽(yáng)塔/陰塔);加氨系統(tǒng)等。

(3)歐姆龍PLC采用RS232通訊與上位機(jī)相連,ABControlLogix采用ControlNet通訊與上位機(jī)相連。

(4)另有一些現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通過(guò)并行口與工業(yè)計(jì)算機(jī)相連,工業(yè)計(jì)算機(jī)為研華公司產(chǎn)品。

2 老系統(tǒng)存在的主要問(wèn)題

(1)除鹽水歐姆龍C2000H系列PLC已成為淘汰產(chǎn)品,備品備件無(wú)法購(gòu)買,無(wú)法維修,系統(tǒng)技術(shù)落后。

(2)除鹽水歐姆龍C2000H系列PLC與上位機(jī)通訊采用串口RS232方式,通訊技術(shù)落后(速率19.2K,傳輸距離15m,而ControlNet速率5M,傳輸距離1～30km;EtherNet速率100M,傳輸距離＞100 m);造成通訊速率慢,人機(jī)界面數(shù)據(jù)信息反應(yīng)遲緩,并且HMI工控機(jī)經(jīng)常死機(jī),使運(yùn)行人員不能及時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)信息或進(jìn)行設(shè)備控制操作,熱工人員維護(hù)工作量大。

(3)除鹽水歐姆龍C2000H系列PLC與上位機(jī)通訊時(shí)常中斷,影響系統(tǒng)穩(wěn)定正常運(yùn)行。

(4)中央監(jiān)控系統(tǒng)由4臺(tái)研華工控機(jī)組成,該系統(tǒng)為2002年投產(chǎn),由于計(jì)算機(jī)發(fā)展迅速,該工業(yè)計(jì)算機(jī)的處理能力相對(duì)較差。

(5)凝結(jié)水系統(tǒng)上位機(jī)采用的iFix3.0是2002年推出的產(chǎn)品,現(xiàn)系統(tǒng)的冗余配置沒(méi)有實(shí)現(xiàn),且系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集監(jiān)控計(jì)算機(jī)每臺(tái)機(jī)器上的數(shù)據(jù)不統(tǒng)一。

(6)凝結(jié)水系統(tǒng)連接到中央監(jiān)控服務(wù)器上時(shí)只連接到1臺(tái)服務(wù)器上,使服務(wù)器無(wú)法冗余達(dá)到雙機(jī)熱備安全的要求。凝結(jié)水系統(tǒng)冗余網(wǎng)絡(luò)(Control-Net)只有一條網(wǎng)絡(luò)在使用,另一條處于閑置狀態(tài),網(wǎng)絡(luò)冗余形同虛設(shè)。

(7)凝結(jié)水系統(tǒng)中雙CPU軟冗余,其中一個(gè)CPU沒(méi)有工作,使CPU冗余形同虛設(shè),經(jīng)常自動(dòng)停機(jī)。

(8)由于除鹽水系統(tǒng)與凝結(jié)水精處理系統(tǒng)分別采用歐姆龍和AB2種互不兼容的PLC,無(wú)法實(shí)現(xiàn)PLC程序的融合,只能分別與上位人機(jī)界面(HMI)工控機(jī)通訊,需要在人機(jī)界面軟件中實(shí)現(xiàn)有關(guān)的信號(hào)傳遞和邏輯聯(lián)鎖。這樣,一方面增加了工控機(jī)的通訊負(fù)擔(dān),另一方面若工控機(jī)故障可能會(huì)影響到PLC邏輯程序的正常運(yùn)行,降低了系統(tǒng)的整體可靠性。

3 改造總體目標(biāo)

全面更換除鹽水程控系統(tǒng)歐姆龍C200H系列PLC,采用ABControlLogix5000系列PLC,將同樣采用ABControlLogix5000系列PLC的凝結(jié)水精處理程控系統(tǒng)主站CPU模塊拆除后,保留其I/O端子并與新上的除鹽水處理程控系統(tǒng)整合為一體。同時(shí),在充分吸收新的運(yùn)行工藝要求的基礎(chǔ)上,將除鹽水處理和凝結(jié)水精處理程控系統(tǒng)的PLC程序重新整合到一套程序中。

改造后的除鹽水和凝結(jié)水精處理程控系統(tǒng)PLC主機(jī)采用雙機(jī)熱備冗余方案。即配備2套相互獨(dú)立的PLC主機(jī)(分別配備電源模塊、CPU模塊、通訊模塊以及熱備模塊等),2套主機(jī)CPU通過(guò)冗余組態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)雙機(jī)熱備功能,2套主機(jī)CPU中的控制程序在運(yùn)行中保持同步運(yùn)行;運(yùn)行中當(dāng)1臺(tái)PLC出現(xiàn)故障時(shí),備用PLC能自動(dòng)投入,保證整個(gè)PLC程控系統(tǒng)的正常連續(xù)運(yùn)行。同時(shí),各I/O站與PLC主機(jī)之間的通訊也采用雙路冗余通訊以提高通訊可靠性。

配置2臺(tái)互為冗余的上位機(jī),每臺(tái)上位機(jī)安裝2塊以太網(wǎng)卡,通過(guò)以太網(wǎng)線接入一對(duì)冗余的以太網(wǎng)交換機(jī);2臺(tái)PLC主機(jī)也通過(guò)通訊模塊和以太網(wǎng)線分別接入這對(duì)冗余的交換機(jī),在分別實(shí)現(xiàn)上、下位機(jī)設(shè)備冗余的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)上、下位機(jī)之間的通訊冗余。

另外,為了使上位機(jī)人機(jī)界面盡量保持原有的功能和風(fēng)格,以便于運(yùn)行人員按照以往習(xí)慣接受和使用,上位機(jī)組態(tài)軟件采用GE公司的iFix4.0方案:網(wǎng)絡(luò)開發(fā)運(yùn)行版(服務(wù)器版兼開發(fā)與運(yùn)行功能)+客戶端運(yùn)行版的方案。

4 此次改造需要解決的技術(shù)難點(diǎn)

由于望亭發(fā)電廠化學(xué)水處理程控系統(tǒng)改造是在#11、#142臺(tái)機(jī)組的安全連續(xù)運(yùn)行下進(jìn)行的,化學(xué)工藝水系統(tǒng)必須連續(xù)供應(yīng),給改造工程的現(xiàn)場(chǎng)施工和調(diào)試帶來(lái)了較大的難度。必須制訂周密的、有針對(duì)性的施工、技術(shù)措施和調(diào)試步驟,以保證工藝系統(tǒng)的正常運(yùn)行。另外,由于老系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜,又經(jīng)過(guò)多次改造,資料圖紙與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際有諸多不符,給改造帶來(lái)了難度,必須經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)詳細(xì)摸底才能確保2套數(shù)據(jù)庫(kù)的整合順利進(jìn)行,保證原有功能不變甚至優(yōu)化。

5 施工調(diào)試方案制訂與實(shí)施

針對(duì)老系統(tǒng)的特點(diǎn)及其存在的各種問(wèn)題,結(jié)合改造目標(biāo)要求,制訂了設(shè)計(jì)及施工調(diào)試方案并進(jìn)行了實(shí)施。

5.1 明確界定改造范圍

為了在保證實(shí)現(xiàn)改造意圖的基礎(chǔ)上,盡最大可能縮小影響范圍,保證有限的資源和力量得到合理利用,從而提高工作效率、降低改造風(fēng)險(xiǎn),經(jīng)過(guò)充分討論和分析,明確了老系統(tǒng)必須更換和應(yīng)該保留的部分。

(1)要將除鹽水程控系統(tǒng)歐姆龍C200H系列PLC更換為ABControlLogix5000系列PLC,并與凝結(jié)水精處理程控系統(tǒng)進(jìn)行整合。同時(shí),依據(jù)舊程序并結(jié)合運(yùn)行工藝新要求重新編寫PLC邏輯控制程序,將除鹽水處理和凝結(jié)水精處理2部分的程序整合為一體,避免老系統(tǒng)中2部分之間的數(shù)據(jù)交換依賴于上位機(jī)軟件的情況,實(shí)現(xiàn)PLC控制系統(tǒng)硬件和軟件的全面整合,保證下位機(jī)之間的獨(dú)立性。

(2)更換上位機(jī)工控機(jī)以及人機(jī)界面軟件。為提高系統(tǒng)性能,將上位機(jī)人機(jī)界面iFix軟件升級(jí)為最新版本,并重新編寫底層數(shù)據(jù)庫(kù)通訊程序,實(shí)現(xiàn)與新整合的PLC系統(tǒng)的全面整合。

(3)需要敷設(shè)用于2臺(tái)機(jī)組的汽水取樣裝置與主控室程控系統(tǒng)上位機(jī)通訊的光纜和安裝光電通訊轉(zhuǎn)換設(shè)備,需要將程控系統(tǒng)直流開關(guān)電源容量進(jìn)行擴(kuò)充等。

為了充分利用已有設(shè)備、提高改造效率、降低改造風(fēng)險(xiǎn),并盡量與已經(jīng)建立的檢修運(yùn)行規(guī)程和使用習(xí)慣保持一致性,現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜以及柜內(nèi)繼電器和端子等附件基本保留不動(dòng),上位機(jī)軟件中的主要畫面通過(guò)升級(jí)轉(zhuǎn)換直接使用。

5.2 改造計(jì)劃及實(shí)施

為了使改造能夠順利實(shí)施,制訂了如下實(shí)施計(jì)劃和步驟:

(1)現(xiàn)場(chǎng)摸底、編制詳細(xì)的設(shè)計(jì)施工圖紙。由于此前的化學(xué)水處理程控系統(tǒng)經(jīng)歷過(guò)數(shù)次改造,圖紙資料與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況存在諸多不符,需要逐臺(tái)設(shè)備、逐個(gè)信號(hào)進(jìn)行徹底的現(xiàn)場(chǎng)摸底核查,為新系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確有效的依據(jù)。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)摸底情況,在新系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中主要遵循以下2個(gè)原則:一是凝結(jié)水精處理系統(tǒng)部分I/O信號(hào)的地址和對(duì)應(yīng)的信號(hào)變量名稱盡量保持不變,除鹽水系統(tǒng)部分的I/O信號(hào)通道按照新的I/O模塊布置重新進(jìn)行分配,但盡量保持與舊系統(tǒng)的信號(hào)通道排列順序一致;二是上位機(jī)的畫面直接從舊系統(tǒng)升級(jí),并且上位機(jī)信號(hào)變量名稱盡量保持不變,重新通過(guò)第3方的數(shù)據(jù)庫(kù)軟件實(shí)現(xiàn)上、下位機(jī)之間的通訊信號(hào)的轉(zhuǎn)接,避免無(wú)謂的重復(fù)勞動(dòng)、降低調(diào)試過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)。

(2)硬件組裝測(cè)試、軟件程序模擬。在進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試前,將整個(gè)新程控系統(tǒng)在調(diào)試車間內(nèi)搭建起來(lái),進(jìn)行通訊測(cè)試、通道檢查、程序模擬測(cè)試,完全排除可能存在的硬件或軟件設(shè)計(jì)缺陷,降低現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試的風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)這部分工作,主要消除了畫面軟件升級(jí)形成的錯(cuò)誤,檢驗(yàn)了通訊軟件程序的性能,校對(duì)了軟件和硬件通道的一致性,通過(guò)模擬測(cè)試修正了邏輯程序的一些錯(cuò)誤。另外,在組裝測(cè)試車間將新模塊接線臂的信號(hào)線預(yù)先接好并套好標(biāo)記,以便于現(xiàn)場(chǎng)接線。

(3)現(xiàn)場(chǎng)分步施工、分步調(diào)試。在保證工藝系統(tǒng)運(yùn)行的前提下,分步推進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)施工調(diào)試工作。具體按照如下步驟進(jìn)行:

1)解決電磁閥控制電源壓降過(guò)大的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢查試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),長(zhǎng)期以來(lái)未能解決的電磁閥控制電源壓降過(guò)大的主要原因是電源供電母線的線阻過(guò)大。在利用電纜中的備用芯并接的方式增大電源供電母線的導(dǎo)體截面、將程控柜內(nèi)直流電源母線更換為較粗導(dǎo)線后,問(wèn)題得到順利解決。這個(gè)問(wèn)題的順利解決,大大方便了后面的調(diào)試工作。

2)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試新系統(tǒng)的上位機(jī)程序。在新系統(tǒng)的2臺(tái)上位機(jī)中分別安裝老系統(tǒng)和新系統(tǒng)的程序,同時(shí)與程控系統(tǒng)PLC通訊,操作員繼續(xù)使用舊程序,同時(shí)觀察新程序畫面是否同步變化(新程序需要作適當(dāng)?shù)耐ㄓ嵲O(shè)置),既檢驗(yàn)工控機(jī)的性能,又檢驗(yàn)了新的人機(jī)界面程序。

3)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試新系統(tǒng)的PLC程序。在現(xiàn)場(chǎng),臨時(shí)將新系統(tǒng)的PLC模塊和機(jī)架布置在對(duì)應(yīng)的機(jī)柜附近并接上電源,通過(guò)以太網(wǎng)建立與新系統(tǒng)上位機(jī)的通訊,現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試上、下位機(jī)的程序以及信號(hào)通道。另外,與運(yùn)行人員協(xié)調(diào),采取將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備切換為就地手動(dòng)操作方式等臨時(shí)措施后,將新的PLC程序裝載到凝結(jié)水精處理程控系統(tǒng)的CPU中,然后再逐一切換到程控方式進(jìn)行單體調(diào)試直至系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。由于新程序此前經(jīng)過(guò)了充分的模擬測(cè)試,并且在進(jìn)行相關(guān)的PLC組態(tài)時(shí)盡量保持了經(jīng)處理部分原有的組態(tài)配置,該部分工作幾乎是一次投入成功。

4)將除鹽水系統(tǒng)的模擬量信號(hào)(4～20mA)采用串接的方式接入新系統(tǒng)的模擬量模塊通道。由于同是串接在新舊PLC的模擬量模塊通道中,新老系統(tǒng)均可以監(jiān)視工藝系統(tǒng)中的重要模擬量信號(hào)(如流量、壓力、溫度等)。

5)將除鹽水系統(tǒng)開關(guān)量I/O信號(hào)接入新系統(tǒng)的PLC模塊并進(jìn)行程控調(diào)試。先將除鹽水系統(tǒng)設(shè)備全部切換到現(xiàn)場(chǎng)就地手動(dòng)控制模式,并利用除鹽水系統(tǒng)各列設(shè)備交替運(yùn)行的間隙,分批將開關(guān)量I/O信號(hào)接入新系統(tǒng)的PLC模塊,由于新模塊接線臂的信號(hào)線已經(jīng)事先接好并套好標(biāo)記,現(xiàn)場(chǎng)只需要將相應(yīng)的信號(hào)線“對(duì)號(hào)入座”,這部分工作進(jìn)展非常順利,幾乎沒(méi)有出現(xiàn)誤接的情況。再逐個(gè)將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備切換到程控模式進(jìn)行調(diào)試,由于軟件程序經(jīng)過(guò)了反復(fù)測(cè)試,相應(yīng)的調(diào)試工作非常順利,開關(guān)量I/O信號(hào)轉(zhuǎn)接入新模塊、單體設(shè)備調(diào)試以及系統(tǒng)聯(lián)調(diào)用時(shí)不到1周。

6)將凝結(jié)水精處理系統(tǒng)并入新程控系統(tǒng)。拆除凝結(jié)水精處理系統(tǒng)主站CPU,將主從I/O站全部作為從站接入新的程控系統(tǒng)。

7)新系統(tǒng)的PLC模塊和機(jī)架最終安裝就位。拆除除鹽水系統(tǒng)的PLC模塊和機(jī)架,將除鹽水系統(tǒng)的模擬量信號(hào)直接接入新系統(tǒng)的模擬量模塊通道,將雖然已經(jīng)開始使用,但臨時(shí)“掛”在柜邊的新系統(tǒng)的PLC模塊和機(jī)架安裝就位,整個(gè)改造最為核心的工作基本結(jié)束。

最后,將2臺(tái)上位機(jī)內(nèi)的程序全部更新為新程序,實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)冗余運(yùn)行。將汽水取樣裝置的信號(hào)采集設(shè)備以及通訊設(shè)備進(jìn)行更新改造后接入了新的程控系統(tǒng);最后完成了數(shù)據(jù)報(bào)表程序的調(diào)試,整個(gè)系統(tǒng)全面投入運(yùn)行,改造工程基本結(jié)束。

6 改造中遇到的問(wèn)題及解決辦法

(1)程控系統(tǒng)送至現(xiàn)場(chǎng)的24V(DC)控制電源電壓壓降過(guò)大,只有把系統(tǒng)的24V(DC)控制電源全部提供給要控制的少量電磁閥時(shí)才能控制電磁閥正常動(dòng)作。因此,難以確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)電磁閥的實(shí)際動(dòng)作情況,需要運(yùn)行人員到現(xiàn)場(chǎng)查看閥門的動(dòng)作狀態(tài),使得相應(yīng)的運(yùn)行操作比較繁瑣。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)電纜、電源的仔細(xì)排查,找到了故障點(diǎn),解決了長(zhǎng)期以來(lái)電壓過(guò)低的缺陷。

(2)在進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)施工階段,通過(guò)對(duì)原程序的檢查發(fā)現(xiàn),較多的設(shè)備實(shí)際并未正常投入程控運(yùn)行狀態(tài),在前次改造后,仍然只能通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)方式控制,實(shí)際與圖紙不符。經(jīng)過(guò)和運(yùn)行方面的溝通,在新系統(tǒng)中對(duì)該部分程序進(jìn)行了優(yōu)化并投入了程控。

(3)#11機(jī)組汽水取樣系統(tǒng)通訊連不上,排除了光纜問(wèn)題后,主要原因是就地工控機(jī)通訊不正常,重新配置編程后通訊基本正常。

7 結(jié)束語(yǔ)

整個(gè)改造工程中克服了需要維持工藝系統(tǒng)正常運(yùn)行、允許施工調(diào)試時(shí)間短、現(xiàn)場(chǎng)施工空間狹窄、施工工序復(fù)雜、原來(lái)未投程控設(shè)備的不確定性大、新舊PLC模塊兼容性差等困難,通過(guò)精心準(zhǔn)備,加上電廠運(yùn)行、檢修方面技術(shù)人員在改造實(shí)際施過(guò)程中,積極配合施工單位專業(yè)技術(shù)人員,適時(shí)進(jìn)行方案的合理調(diào)整,使得整個(gè)項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程不斷得到優(yōu)化調(diào)整,改造圓滿成功,完全達(dá)到了改造的預(yù)期目標(biāo)。在改造過(guò)程中以及投入運(yùn)行的初期,雖然上位機(jī)工控機(jī)曾經(jīng)發(fā)生過(guò)死機(jī)現(xiàn)象,但經(jīng)過(guò)優(yōu)化系統(tǒng)程序、重裝軟件處理后,整個(gè)系統(tǒng)已經(jīng)連續(xù)無(wú)故障運(yùn)行1年多,大大提高了系統(tǒng)的可靠性和安全性。