不停控制系統(tǒng)將PLC升級(jí)為DCS

柳德志

（南京華得瑞科技有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210015）

0 引言

在某些連續(xù)生產(chǎn)型企業(yè)（如火力發(fā)電廠）由于自動(dòng)化發(fā)展史的原因，輔助系統(tǒng)往往是由各PLC集成商完成的，主控系統(tǒng)使用DCS控制，隨著工業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)的變化革新，很多生產(chǎn)企業(yè)的管理模式也發(fā)生了嶄新變化。以前許多由各PLC集成商完成的輔助系統(tǒng)，都需要集中管理。原PLC系統(tǒng)有些年限已到，需要進(jìn)行系統(tǒng)的升級(jí)改造，由于目前集中管理的趨勢(shì)，新改造的PLC系統(tǒng)都將納入DCS控制系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理控制，所以老的PLC系統(tǒng)要更新為DCS系統(tǒng)已經(jīng)變成一種趨勢(shì)。

1 原系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

某火力發(fā)電廠輔助控制系統(tǒng)采用的PLC品牌為Schneider Quantum系列，PLC上位機(jī)采用Intouch軟件，PLC 控制系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入衰老期，后期故障率逐年提高，售后維修成本大；且因硬件產(chǎn)品年代過(guò)長(zhǎng)已經(jīng)退市，備件采購(gòu)困難。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖

現(xiàn)場(chǎng)電子設(shè)備間并排放置6臺(tái)機(jī)柜，其中控制系統(tǒng)使用4臺(tái)，控制器機(jī)柜中放置一套Schneider Quantum的67160冗余CPU和一個(gè)I/O機(jī)架，2～4號(hào)柜內(nèi)放置I/O機(jī)架，現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)電纜分別進(jìn)入控制器柜至4號(hào)柜。

控制室內(nèi)放置兩臺(tái)操作員站，通過(guò)兩根100M以太網(wǎng)連接現(xiàn)場(chǎng)PLC控制器。

2 技術(shù)分析

一個(gè)系統(tǒng)的升級(jí)分為軟件升級(jí)和硬件升級(jí)兩個(gè)部分。

2.1 軟件升級(jí)

軟件升級(jí)主要完成原控制邏輯平臺(tái)的遷移，其中又包括兩部分：一部分是由原PLC控制邏輯轉(zhuǎn)換到DCS控制邏輯；另外一部分是監(jiān)視平臺(tái)由PLC平臺(tái)升級(jí)到DCS監(jiān)視平臺(tái)。

控制邏輯的升級(jí)需要保證原控制邏輯的執(zhí)行正確性，消化理解原控制邏輯并轉(zhuǎn)化到DCS系統(tǒng)中，這里主要注意由于年代久遠(yuǎn)原設(shè)計(jì)文檔已經(jīng)發(fā)生變更，所有的控制思路以PLC里當(dāng)前運(yùn)行的為準(zhǔn)。

監(jiān)視平臺(tái)的升級(jí)是要保證操作界面風(fēng)格的統(tǒng)一，DCS的操作界面要與PLC的操作界面基本一致，減少運(yùn)行人員過(guò)渡的困難，降低誤操作的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 硬件的升級(jí)

硬件的升級(jí)包括控制系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，一般來(lái)說(shuō)為了降低成本都是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備不動(dòng)，包括控制電纜也不做改動(dòng)，只更換控制系統(tǒng)的硬件，將原PLC控制柜更換為DCS控制柜。

綜合以上技術(shù)路線對(duì)本項(xiàng)目進(jìn)行分析：

（1）軟件升級(jí)：本項(xiàng)目的控制軟件為unity pro 畫(huà)面軟件為Intouch，兩者均有原始工程和原有設(shè)計(jì)文件，只要花費(fèi)一定的人工將軟件進(jìn)行轉(zhuǎn)換就能完成軟件的升級(jí)。

（2）硬件升級(jí)：本項(xiàng)目的硬件升級(jí)與一般項(xiàng)目類似，現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備和控制電纜不做改動(dòng)，只更新控制系統(tǒng)的硬件。

通過(guò)查看現(xiàn)場(chǎng)，發(fā)現(xiàn)電子設(shè)備間布局很局促，沒(méi)有條件增加其他機(jī)柜，要想改造只能在原位置將PLC機(jī)柜拆除更換為新的DCS機(jī)柜，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電纜利舊。

綜上分析本項(xiàng)目的技術(shù)難點(diǎn)在于PLC機(jī)柜的更換上。

PLC機(jī)柜拆除必須將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備停運(yùn)，而且還要斷電，這樣會(huì)造成整廠的減產(chǎn)甚至停產(chǎn)，通過(guò)跟運(yùn)行人員的認(rèn)真分析，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中一部分設(shè)備是具有就地手動(dòng)控制運(yùn)行的可能性，還有一部分設(shè)備屬于間斷運(yùn)行，中間可以有20天左右的間斷期。利用這個(gè)現(xiàn)象采用控制系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)充分運(yùn)用的方式，制定了一個(gè)可行的改造方式。

具體分析，4個(gè)機(jī)柜中，每個(gè)機(jī)柜都存在可以暫時(shí)停運(yùn)的設(shè)備，也都存在不可以停運(yùn)的設(shè)備。通過(guò)測(cè)點(diǎn)的梳理發(fā)現(xiàn)如果將停運(yùn)設(shè)備全部拆除，那么空出來(lái)的測(cè)點(diǎn)可以控制全部不能停運(yùn)的設(shè)備。

所以初步制定大的方向是把能切換到就地運(yùn)行的設(shè)備和間斷運(yùn)行設(shè)備拆除，利用拆除的測(cè)點(diǎn)控制必須運(yùn)行的設(shè)備。

3 具體實(shí)施方案

要減少現(xiàn)場(chǎng)的時(shí)間，就必須在項(xiàng)目前期做好充足的準(zhǔn)備，因此改造方案是重中之重，改造方案是否細(xì)致決定了項(xiàng)目改造是否成功。

最重要的原則就是減少現(xiàn)場(chǎng)改造的時(shí)間，在改造之前充分做好方案，能夠提前做的工作全部提前做好，一旦機(jī)柜開(kāi)始拆除就像開(kāi)弓之箭，沒(méi)有回頭路可以走，要么改造成功，要么改造失敗影響現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行。

3.1 控制邏輯和上位機(jī)升級(jí)

改造之前完成新系統(tǒng)的控制邏輯和畫(huà)面的組態(tài)，將原有的PLC控制邏輯和Intouch上位機(jī)軟件消化理解，在公司測(cè)試大廳完成移植到DCS系統(tǒng)內(nèi)。

DCS控制器內(nèi)完成原PLC邏輯的組態(tài)，DCS上位機(jī)畫(huà)面完成原Intouch軟件的全部功能。充分的進(jìn)行邏輯的驗(yàn)證，保證改造過(guò)程中不因?yàn)檫壿嫷腻e(cuò)誤造成設(shè)備誤動(dòng)。

3.2 規(guī)劃DCS機(jī)柜的卡件布置

因?yàn)槭歉脑祉?xiàng)目所有的信號(hào)電纜必須利舊，而且電纜中間不允許有接頭，所以新DCS機(jī)柜內(nèi)的測(cè)點(diǎn)要原PLC機(jī)柜內(nèi)的測(cè)點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)，保證信號(hào)電纜不穿機(jī)柜，而且考慮電纜長(zhǎng)度，原機(jī)柜低處接線在新機(jī)柜也要在低處接線，一定要避免按照經(jīng)驗(yàn)布置測(cè)點(diǎn)，造成同一個(gè)設(shè)備的電纜分布到不同的機(jī)柜當(dāng)中。

3.3 現(xiàn)場(chǎng)DCS系統(tǒng)搭建

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施過(guò)程系統(tǒng)不停運(yùn)，因此PLC系統(tǒng)到DCS系統(tǒng)之間有一個(gè)過(guò)渡的過(guò)程，過(guò)渡過(guò)程中兩個(gè)系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行，因此先在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行DCS系統(tǒng)的搭建，兩套系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行，搭建后的系統(tǒng)如下：

3.4 現(xiàn)場(chǎng)PLC機(jī)柜設(shè)備挪動(dòng)

利用設(shè)備可以切到就地控制，間斷運(yùn)行的停運(yùn)間隙，將原控制器柜和2號(hào)柜的部分設(shè)備切換到就地，部分間斷運(yùn)行設(shè)備停運(yùn)。將這些切換到就地運(yùn)行和停運(yùn)設(shè)備的線從機(jī)柜拆除，空出部分測(cè)點(diǎn)，電纜接頭用絕緣膠帶處理好，電纜上的舊標(biāo)號(hào)保留。將3號(hào)和4號(hào)機(jī)柜需要長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的設(shè)備信號(hào)電纜用暫時(shí)短連線連接到控制器柜和2號(hào)柜的空余測(cè)點(diǎn)，在線修改PLC邏輯，使PLC用2個(gè)機(jī)柜控制原4個(gè)機(jī)柜的設(shè)備。

具體實(shí)施細(xì)節(jié)步驟：

（1）協(xié)調(diào)工藝等待間斷運(yùn)行設(shè)備運(yùn)行結(jié)束（這樣就有20天的改造時(shí)間）；

（2）將間斷運(yùn)行設(shè)備停運(yùn)，控制器柜和2號(hào)柜能夠切換到就地長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的設(shè)備切換到就地運(yùn)行；

（3）將間斷運(yùn)行設(shè)備和已經(jīng)切換到就地的設(shè)備電纜拆除；

（4）將3號(hào)和4號(hào)柜需要長(zhǎng)期運(yùn)行的設(shè)備切到就地運(yùn)行（或暫時(shí)停運(yùn)10分鐘）；將這些設(shè)備的控制信號(hào)用短連線連接到控制器柜和2號(hào)柜的空余測(cè)點(diǎn)（不要將電纜抽到控制器柜和2號(hào)柜，因?yàn)閷?lái)還要恢復(fù)）；

（5）同時(shí)在線更改PLC控制邏輯的對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)，使這些設(shè)備用原有邏輯就可以控制。

3.5 3號(hào)4號(hào)柜拆除

這樣3號(hào)和4號(hào)柜所有電纜都已經(jīng)拆除，機(jī)柜可以拆除，新的DCS控制機(jī)柜到位。

3.6 1號(hào)和2號(hào)DCS機(jī)柜就位和PLC的控制器柜、2號(hào)柜拆除

將1號(hào)和2號(hào)DCS控制機(jī)柜放入原3號(hào)和4號(hào)PLC機(jī)柜的位置。1號(hào)DCS機(jī)柜含有DCS控制器，將網(wǎng)線插入控制器，DCS系統(tǒng)可以恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)，將運(yùn)行部分設(shè)備從PLC的1號(hào)和2號(hào)機(jī)柜挪動(dòng)至DCS機(jī)柜中，用DCS的兩個(gè)機(jī)柜控制整個(gè)系統(tǒng)。然后將PLC的1號(hào)和2號(hào)柜拆除。

具體實(shí)施細(xì)節(jié)步驟：

（1）協(xié)調(diào)工藝將運(yùn)行設(shè)備切到就地運(yùn)行（或暫時(shí)停運(yùn)10分鐘）；

（2）原本屬于此DCS機(jī)柜的信號(hào)線優(yōu)先恢復(fù)到本機(jī)柜，做永久接線，臨時(shí)的短接線可以拆除；

（3）利用已拆除的短接線將PLC控制器柜和2號(hào)柜的設(shè)備轉(zhuǎn)接到DCS 1號(hào)2號(hào)柜；

（4）修改DCS的邏輯，使DCS能夠控制整個(gè)系統(tǒng)。

3.7 DCS的3號(hào)和4號(hào)柜就位

原PLC控制器柜和2號(hào)柜全部電纜已經(jīng)拆除，PLC系統(tǒng)可以停運(yùn)，將PLC控制器柜和2號(hào)柜拆除，將DCS的3號(hào)和4號(hào)柜就位，PLC的原操作員站拆除。

3.8 信號(hào)電纜恢復(fù)

所有DCS機(jī)柜就位后，優(yōu)先恢復(fù)原切換到就地和間斷運(yùn)行的設(shè)備信號(hào)，因?yàn)檫@部分信號(hào)電纜在電子設(shè)備間的地面放置，清理完這些信號(hào)線后地面就會(huì)清潔，便于后期工作。

然后將原PLC控制器柜和2號(hào)柜的信號(hào)從短接線解開(kāi)，恢復(fù)到DCS柜正常位置，做永久接線。

1號(hào)和2號(hào)DCS機(jī)柜信號(hào)電纜也可以恢復(fù)做永久接線。系統(tǒng)信號(hào)線全部恢復(fù)，邏輯同時(shí)更改。

改造后的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

仍然保持控制室兩臺(tái)操作員站，因?yàn)楦脑祉樞?，所以控制器機(jī)柜放到了最右邊，網(wǎng)絡(luò)電纜位置調(diào)整，整個(gè)電子設(shè)備間只是調(diào)整了機(jī)柜的序號(hào)。

3.9 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)

系統(tǒng)恢復(fù)后，原長(zhǎng)期運(yùn)行的設(shè)備一直處于運(yùn)行狀態(tài)，需要調(diào)試的是切換到就地運(yùn)行和間斷運(yùn)行設(shè)備，優(yōu)先調(diào)試間斷運(yùn)行設(shè)備，因?yàn)榻?jīng)歷這些改造20天的時(shí)效已經(jīng)所剩不多。這些設(shè)備調(diào)試后需要與長(zhǎng)期運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行連鎖調(diào)試，不具備條件的可以等待以后調(diào)試，但一定要做好記錄，避免沒(méi)有調(diào)試的邏輯長(zhǎng)期運(yùn)行。

4 實(shí)施原則

總的實(shí)施原則就是充分利用機(jī)柜備用測(cè)點(diǎn)，保證每個(gè)時(shí)期都有控制系統(tǒng)運(yùn)行，每次更換兩個(gè)機(jī)柜，用剩余兩個(gè)機(jī)柜完成整個(gè)系統(tǒng)的控制，將可以切換到就地運(yùn)行的設(shè)備切換到就地，利用間斷運(yùn)行的設(shè)備的停止間隙進(jìn)行改造。

5 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

（1）需要多次調(diào)整設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，企業(yè)方需要全力配合改造，工藝上充分利用間斷運(yùn)行設(shè)備的停止間隙，改造方案與運(yùn)行工藝緊密結(jié)合；

（2）前期方案一定要準(zhǔn)備充分，方案的失誤很可能會(huì)造成整個(gè)系統(tǒng)的停運(yùn)；

（3）DCS機(jī)柜的測(cè)點(diǎn)布置要與PLC機(jī)柜一致，防止原信號(hào)電纜長(zhǎng)度不夠，測(cè)點(diǎn)信號(hào)按原柜布置，不可以隨便調(diào)整信號(hào)所在柜；信號(hào)電纜原分布在兩側(cè)的仍然分配在兩側(cè)，原測(cè)點(diǎn)在高處的仍然分配在高處，總之測(cè)點(diǎn)分配充分考慮原信號(hào)電纜的長(zhǎng)度；

（4）設(shè)備進(jìn)行分類，分成可以就地運(yùn)行設(shè)備和必須運(yùn)行設(shè)備；必須運(yùn)行設(shè)備再分類，分成不能停止設(shè)備和可以間斷運(yùn)行設(shè)備?？梢跃偷剡\(yùn)行的設(shè)備切到就地運(yùn)行，最后恢復(fù)信號(hào)；可以間斷運(yùn)行的設(shè)備利用停機(jī)時(shí)間進(jìn)行信號(hào)接線；長(zhǎng)期運(yùn)行的設(shè)備先切到就地運(yùn)行，然后進(jìn)行信號(hào)接線，接完驗(yàn)證邏輯后切回到DCS運(yùn)行；

（5）同一個(gè)信號(hào)電纜要經(jīng)過(guò)多次拆接，一定要做好標(biāo)記，防止接線錯(cuò)誤；

（6）原信號(hào)電纜上的號(hào)碼套管不要丟棄，保留在電纜上，方便調(diào)試時(shí)查找錯(cuò)誤。

6 實(shí)施難點(diǎn)

此方案的實(shí)施難點(diǎn)有兩點(diǎn)：

（1）在于信號(hào)的調(diào)整，不管是原PLC系統(tǒng)還是DCS系統(tǒng)，都需要修改邏輯，將邏輯的通道號(hào)改成現(xiàn)在接線的位置，這個(gè)一定要有規(guī)劃，信號(hào)線的調(diào)整和邏輯的修改是同步的，提前規(guī)劃好，電子設(shè)備間的工作和控制室的工作兩部分人員同步執(zhí)行，信號(hào)線的調(diào)整按照設(shè)備來(lái)處理，每完成一個(gè)設(shè)備調(diào)試一個(gè)。

（2）長(zhǎng)期運(yùn)行設(shè)備電纜經(jīng)過(guò)多次拆接，每個(gè)長(zhǎng)期運(yùn)行的設(shè)備均經(jīng)歷拆、短接到其他柜、拆短接、接入本柜這么一個(gè)過(guò)程，所以電纜的標(biāo)號(hào)一定要做好標(biāo)記，并建立一個(gè)表格，要知道這個(gè)信號(hào)短接到哪個(gè)信號(hào)中，使用的是哪根電纜等。

參考表格

7 項(xiàng)目總結(jié)

此方案經(jīng)過(guò)前期與企業(yè)一起編寫(xiě)，企業(yè)批準(zhǔn)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施等一系列過(guò)程，20天內(nèi)完成設(shè)備的改造，順利結(jié)束，完成了既定的目標(biāo)，沒(méi)有因?yàn)楦脑煊绊懫髽I(yè)正常的生產(chǎn)，得到了企業(yè)的好評(píng)。

PLC系統(tǒng)設(shè)備停產(chǎn)，廠內(nèi)PLC的維護(hù)人員較缺，DCS維護(hù)人員較多，企業(yè)方迫切想改造這個(gè)系統(tǒng)，但根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，企業(yè)方認(rèn)為這個(gè)項(xiàng)目難度較大，不具備實(shí)施條件。經(jīng)過(guò)雙方深入的討論方案，方案上得到了企業(yè)的認(rèn)可，并得到了企業(yè)的大力支持。通過(guò)此項(xiàng)目的實(shí)施為企業(yè)后期其他系統(tǒng)的改造積累了經(jīng)驗(yàn)，有利于推進(jìn)不具備停運(yùn)條件的控制系統(tǒng)的升級(jí)改造，提高生產(chǎn)企業(yè)的系統(tǒng)可靠性，降低企業(yè)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。