基于PCS7的滄東電廠DEH控制系統(tǒng)換型改造

【摘 要】為了解決國華滄東電廠一期SIMATIC PCS7型DEH控制系統(tǒng)存在的安全隱患問題，尤其表現(xiàn)為EXM448-1卡件故障率高且備件已經(jīng)停產(chǎn)，在線處理風(fēng)險(xiǎn)大。本文通過對(duì)SIMATIC PCS7型DEH控制系統(tǒng)各部件功能的深入研究，提出了一種取消EXM448-1卡件，利用總線電纜將FM458通過PROFIBUS DP接口直接連接至ADDFEM的解決方案。該方法減少了控制架構(gòu)環(huán)節(jié)，優(yōu)化了通訊結(jié)構(gòu)。工程量小且具備快速恢復(fù)能力，風(fēng)險(xiǎn)要素可控。系統(tǒng)測(cè)試表明其對(duì)提高系統(tǒng)的可靠性具有積極意義。

【關(guān)鍵詞】DEH控制系統(tǒng)；換型改造

0.引言

滄東電廠一期工程兩臺(tái)660MW亞臨界汽輪機(jī)組的DEH系統(tǒng)采用西門子公司生產(chǎn)的SIMATIC PCS7系統(tǒng)進(jìn)行控制。自2006年6月兩臺(tái)機(jī)組陸續(xù)投產(chǎn)以來，PCS7系統(tǒng)相繼發(fā)生了十幾次不同類型的系統(tǒng)故障，給機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來了極大的風(fēng)險(xiǎn)和隱患。同時(shí)，國華系統(tǒng)內(nèi)其他采用PCS7系統(tǒng)作為DEH、MEH等系統(tǒng)控制平臺(tái)的多臺(tái)600MW級(jí)機(jī)組，自系統(tǒng)投運(yùn)以來，也相繼發(fā)生了若干起由于EXM448-1故障而引發(fā)的機(jī)組強(qiáng)停的重大安全事件，嚴(yán)重威脅了機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。鑒于PCS7系統(tǒng)自身存在的問題，國華公司在2012年5月，將其列為了國華公司級(jí)的重大安全隱患。目前采取的解決辦法，徐州華潤、元寶山、北侖、惠州、準(zhǔn)格爾等廠的DEH采用運(yùn)行良好的GE新華 DEH-V型；國華錦界1-4號(hào)機(jī)組采用艾默生OVATION系統(tǒng)，穩(wěn)定可靠性高。但以上兩種方法均表現(xiàn)為換型成本非常高、工期長，不符合短期升級(jí)的目的。相比較而言，本文提出了一種簡捷有效的升級(jí)改造方案，即摒棄了故障率較高的EXM448-1卡件，改為FM458與ADDFEM直連的方式。利用FM458自帶的PROFIBUS DP通信端口與ADDFEM卡通信，并對(duì)ADDFEM版本升級(jí)，該方法減少了控制架構(gòu)環(huán)節(jié)，優(yōu)化了通訊結(jié)構(gòu)。工程費(fèi)用較低，解決了目前EXM448-1卡件故障率高和無備件的問題，軟硬件改動(dòng)少，工程量小，安裝調(diào)試時(shí)間短，費(fèi)用低。

1.PCS7型DEH控制系統(tǒng)分析

1.1 DEH系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

1.2各部件功能簡要介紹

（1）電源模件：電源模件為冗余配置，每側(cè)CPU及其通訊卡件各由一塊PS 405電源模件供電。接入電壓為DC24V，同時(shí)，內(nèi)配置有兩塊3.6V的鋰電池，防止電源模件失電后，造成CPU內(nèi)部代碼丟失。

（2）CPU模件：DEH系統(tǒng)使用的是S7-417H型CPU，一旦主CPU故障停運(yùn)，會(huì)自動(dòng)切至備用側(cè)CPU運(yùn)行。

（3）通訊模件：CP443-1是連接控制器和工業(yè)以態(tài)網(wǎng)的通訊卡件，用一根雙絞線連接到TXP的工廠總線OSM的端口上，使用TCP/IP協(xié)議進(jìn)行通訊。

（4）FM458模件：FM458模件為DEH系統(tǒng)所特有，稱之為伺服模件，模件中主要運(yùn)行的是DEH系統(tǒng)的閉環(huán)控制邏輯，相關(guān)信號(hào)通過CPU處理后送至伺服模件，再由伺服模件通過閉環(huán)控制閥門的開度。

（5）EXM448-1模件：EXM448模件是FM458的通訊模件，連接 ADDFEM模件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

（6）ADDFEM模件：DEH系統(tǒng)所特有，共4個(gè)，也叫做高速I/O卡，處理的信號(hào)都是相對(duì)重要的，負(fù)責(zé)LVDT閥位、發(fā)電機(jī)功率、汽機(jī)轉(zhuǎn)速以及發(fā)電機(jī)并網(wǎng)，汽機(jī)掛閘信號(hào)的采集。

（7）ET200M功能模件：常用到的功能模件SM321、SM322、SM331、SM332。通過IM153通訊模件和CPU進(jìn)行通訊。

2.系統(tǒng)軟硬件升級(jí)改造

系統(tǒng)軟硬件升級(jí)改造在系統(tǒng)全部備份完畢之后進(jìn)行，以便出現(xiàn)問題時(shí)能夠及時(shí)恢復(fù)。

2.1硬件改造

進(jìn)入電子間，找到相應(yīng)控制柜。硬件升級(jí)操作步驟如下：

①控制器左右側(cè)機(jī)架完全停電，分別拆除左右側(cè)機(jī)架上的EXM448-1，將與其相聯(lián)接的PROFI-BUS接頭連接在FM458的X3接口上。

②拆除第一塊ADDFEM的電源接線，接線端子及PROFIBUS電纜接頭，移除舊版本 6DL3100-8AA型ADDFEM卡件；安裝6DL3100-8AC型的ADDFEM卡件，恢復(fù)所有端子及PROFIBUS 電纜接頭，接電源接線。重復(fù)以上操作，完成對(duì)其余ADDFEM卡件的更換。

③左右側(cè)機(jī)架上電，重啟CPU417及FM458控制器。

④設(shè)置新ADDFEM的通訊地址。

2.2軟件升級(jí)

①在SIMATIC管理器中裝載6DL3100-8AC型ADDFEM卡件對(duì)應(yīng)庫函數(shù)GSD文件。然后刪除FM448-1通訊卡件。

②建立FM458控制器的PROFIBUS 通訊接口，裝載ADDFEM 8AC型16版本卡件。

③對(duì)ADDFEM進(jìn)行硬件配置，保存及編譯。

④修改FM458組態(tài)圖表（包括PROFIBUS DP通訊輸入、輸出及初始化）。

進(jìn)行相應(yīng)的硬件配置軟件升級(jí)之后將程序編譯下裝至CPU，下裝至FM458，重啟CPU417及FM458控制器。操作完畢。

3.改造后測(cè)試與試驗(yàn)

換型改造之后的DEH控制系統(tǒng)通過在SIMATIC管理器中強(qiáng)制信號(hào)或者在輸入端加信號(hào)同時(shí)在卡件輸出端測(cè)量輸出值的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)66個(gè)通道逐一測(cè)試。組態(tài)完成后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了靜態(tài)仿真、動(dòng)態(tài)仿真、系統(tǒng)所有功能的試驗(yàn)。包括CPU模件S7-417H在線冗余功能切換試驗(yàn)、FM458在線冗余功能切換試驗(yàn)、CP443通信模件在線切換試驗(yàn)。結(jié)果表明A、B側(cè)各卡件狀態(tài)顯示準(zhǔn)確、DEH監(jiān)控畫面狀態(tài)正常、調(diào)門無異常動(dòng)作。轉(zhuǎn)速控制、負(fù)荷控制、閥門管理及在線實(shí)驗(yàn)、OPC超速等所有DEH系統(tǒng)功能性實(shí)驗(yàn)正常。

4.結(jié)論

本文提出的換型改造方案工期較短、費(fèi)用較低。故障率高的EXM448-1卡件被取消，減少了PCS7系統(tǒng)中間通訊環(huán)節(jié)，優(yōu)化了通訊結(jié)構(gòu)，大幅降低了DEH系統(tǒng)的硬件故障發(fā)生率。同時(shí)，降低了EXM448-1通訊卡件對(duì)S7-417H型CPU和FM458控制器的影響程度，減少了在線處理風(fēng)險(xiǎn)。改造后的DEH系統(tǒng)備件采購和儲(chǔ)備得到有效改善，也避免了系統(tǒng)故障造成的機(jī)組非停，對(duì)機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行意義重大。該方案在國華系統(tǒng)內(nèi)同類機(jī)組已進(jìn)行實(shí)施，目前運(yùn)行正常。但是這種改造方案也存在一定局限性，表現(xiàn)為不能從本質(zhì)上解決原系統(tǒng)設(shè)計(jì)不足的缺點(diǎn)。長遠(yuǎn)看來，還需要尋求更有效的解決辦法。

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