沙角A電廠300MW機組DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)負荷遷移改造

張學(xué)斌

一、DCS系統(tǒng)基本介紹

沙角A電廠2臺300MW燃煤機組分別于1993年5月和7月建成投產(chǎn)，2004、2005年通過了DCS系統(tǒng)改造，2臺機組DCS系統(tǒng)均使用德國H&B公司（ABB公司）的SYMPHONY分散控制系統(tǒng)，每套DCS系統(tǒng)分別由11個控制站（CMC50），2臺操作員主機和1臺工程師站（PC服務(wù)器）以及I/O卡件組成。操作員主機采用HPC3600工作站，使用UNIX操作系統(tǒng)，工程師站使用WINDOWS-NT操作平臺。系統(tǒng)通過2個控制站光纖電纜與3個遠程I/O站相連，每臺操作員主機通過X-NET總線與3臺操作終端連接，除脫硫、干灰和循環(huán)水系統(tǒng)外，其余系統(tǒng)包括電氣和脫硝、底渣等均納入DCS系統(tǒng)的監(jiān)控范圍。DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如下：

（CAI、CBI-輸入模件，CAO、CBO-輸出模件，CBC-獨立驅(qū)動控制模件，CAC-回路控制模件，CMC-多功能處理器，C-bus-控制總線，O-bus-區(qū)域操作總線，CCO-耦合器（也稱網(wǎng)關(guān)站））

由DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖上，可以看出DCS系統(tǒng)配置的耦合器CCO是系統(tǒng)人機界面的關(guān)鍵部件，作為連接CMC控制系統(tǒng)和MaestroUX操作和監(jiān)視系統(tǒng)的橋梁，CCO刷新過程變量，處理來自操作員的操作干預(yù)和外部邏輯控制干預(yù)，生成過程消息，緩沖來自CMC的消息并發(fā)布到MaestroUX站上，對O-bus上的站進行時間同步。

二、DCS系統(tǒng)現(xiàn)狀

沙角A電廠2臺300MW燃煤機組DCS系統(tǒng)已運行十幾年，設(shè)備電子元件老化，導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定性能下降，系統(tǒng)維護費用和維護工作量也逐年增加。再加上近幾年由于脫硝、底渣等現(xiàn)場設(shè)備改造以及日常工作需要增加的的I/O點數(shù)逐年增加，機組DCS系統(tǒng)已達6000多點，數(shù)據(jù)處理量的增多，導(dǎo)致O-bus1、O-bus2負荷率均高達70%，特別是機組鍋爐側(cè)O-bus2負荷平均達80%，最高時達90%，整個DCS系統(tǒng)的運行負荷和網(wǎng)絡(luò)負荷已經(jīng)接近系統(tǒng)的設(shè)計上限。不符合“火力發(fā)電廠熱工自動化系統(tǒng)檢修運行維護規(guī)程”中數(shù)據(jù)通信總線的負荷率應(yīng)不大于30-40%的要求，并且DCS系統(tǒng)的控制器CMC50已經(jīng)停產(chǎn)，后續(xù)將難以獲得備品備件，嚴重影響機組的安全運行。

沙角A電廠300MW機組人機接口系統(tǒng)使用了ABB公司Maestro UX系統(tǒng)，基于UNIX操作系統(tǒng)。沙角A電廠人機接口系統(tǒng)硬件主要為HP 3600。由于當(dāng)今世界計算機軟、硬件技術(shù)的飛速發(fā)展，目前人機接口系統(tǒng)維護主要面臨以下問題：

1.系統(tǒng)計算機硬件投產(chǎn)近10年，可靠性下降；

2.HP 3600計算機及其主要配件（主板、硬盤等）均已經(jīng)停產(chǎn)，市場上無法獲得備件；

3.UNIX操作系統(tǒng)不支持當(dāng)前主流硬件，因此人機接口硬件無法更換型號；

三、實施方案

為提高系統(tǒng)的可靠性和可用度，且考慮到系統(tǒng)整體更換升級改造費用太高，因此本次工程將用ABB公司最新最主流的Symphony Plus系統(tǒng)平臺更新原有的計算機軟硬件，同時更換一組冗余控制器及更新相應(yīng)的組態(tài)軟件。ABB公司的DCS系統(tǒng)秉承漸進發(fā)展的策略，所有的軟件在升級中都無需做大的改動，充分保證了系統(tǒng)升級后的邏輯與畫面的正確性，以最短的停機時間即可完成系統(tǒng)的升級工作。

1.新計算機系統(tǒng)介紹

由于操作系統(tǒng)的限制，ABB停止了對Maestro UX系統(tǒng)軟件的開發(fā)，該產(chǎn)品退出量產(chǎn)進入維護階段。2011年4月ABB公司推出了全新一代人機接口系統(tǒng)“Symphony Plus Operation”，簡稱S+ Operation。S+ Operation在界面風(fēng)格和操作面板上秉承了老系統(tǒng)的風(fēng)格，新系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，維護工作的復(fù)雜性較之800xA系統(tǒng)大大降低，對于現(xiàn)有系統(tǒng)升級改造而言，其優(yōu)勢包括：

-S+軟件基于當(dāng)今主流的Windows 7和Windows Server 2008操作系統(tǒng)，支持當(dāng)今市場上主流計算機硬件平臺，硬件選擇范圍廣且價格低廉；

-既有Maestro UX畫面自動轉(zhuǎn)換為S+ Operation畫面，轉(zhuǎn)換后的畫面再由人工比較，確保升級前后數(shù)據(jù)和畫面的一致性；

-系統(tǒng)采用服務(wù)器客戶機結(jié)構(gòu)，可以不使用域服務(wù)器，簡化維護工作；

-利用ABB特有的PNP協(xié)議，實現(xiàn)所有計算機的冗余網(wǎng)絡(luò)連接，提高網(wǎng)絡(luò)可靠性；

-系統(tǒng)內(nèi)集成PGIM歷史站，進一步提高歷史數(shù)據(jù)采集、存儲的可靠性和可用性；

2.Melody 計算機系統(tǒng)升級方案

對于沙角A電廠，計算機系統(tǒng)和控制器備件方面急需解決的主要問題是提高可靠性，保證可維護性，降低維護成本。

針對以上幾個要求，主要對以下幾個部分進行升級：

-操作員站系統(tǒng)（Maestro UX）

電廠操作系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)中最重要的一部分，直接關(guān)系到電廠的日常生產(chǎn)。這一部分升級的原則是在可靠的基礎(chǔ)上提高性能并使維護更容易。新的S+ Operation系統(tǒng)服務(wù)器基于Windows 2008 server系統(tǒng)，客戶機基于Windows 7系統(tǒng)，硬件采用DELL主流服務(wù)器和工作站。

-工程師站（Composer）

工程師站是熱工日常維護工作中最常用的部分。這一部分升級主要考慮是提高性能、保證可靠、更多的硬件支持、降低檢修成本。新的S+ Melody Composer軟件版本將升級至S+ Engineering for Melody 1.1，支持最新版本的PM876控制器及其他新型I/O卡件，同時向下兼容廠內(nèi)現(xiàn)有CMC50控制器和其他Melody I/O卡件。新軟件基于Windows 2008 server系統(tǒng)，硬件采用DELL主流服務(wù)器。

3.更新控制器工作介紹

Melody系統(tǒng)最新的控制器是PM876控制器，完全兼容既有CMC50所執(zhí)行的控制功能，同時極大的增強了接口能力，可以直接與S+ Operation的服務(wù)器進行通訊。

在升級控制器的過程中，我們需要把組態(tài)軟件由Composer2.1版本升級為S+ Engineering for Melody 1.1或最新版本，并負責(zé)數(shù)據(jù)庫的升級與校驗，保證升級方式是完全無擾的。

四、改造總結(jié)

本次工程改造后，結(jié)果如下：

1）升級工作站和工程師站中原有的計算機軟件，所有的軟件在升級中都無需做大的改動，充分保證了系統(tǒng)升級后的邏輯與畫面的正確性。

2）脫硝機柜CTX1一組冗余的控制器CMC50 替換為最新的多功能處理器PM876，將過程站（TX1）從原有的O-bus2剝離出來，重新敷設(shè)以太網(wǎng)通訊網(wǎng)絡(luò)，減輕O-bus2的負荷。

3）更新工作站組態(tài)，以滿足改造后的硬件網(wǎng)絡(luò)要求。

系統(tǒng)升級改造后，我們進行了通訊網(wǎng)絡(luò)功能測試，O-bus2的通訊負荷從原數(shù)值86%降低到80%以下；CCO網(wǎng)關(guān)站負荷率由46%降低到42%以下。