青岛发电公司3#机组DCS系统改造关键问题探讨

于淑慧

（华电青岛发电有限公司热工车间，山东 青岛 266031）

青岛发电公司3#机组DCS系统改造关键问题探讨

于淑慧

（华电青岛发电有限公司热工车间，山东 青岛 266031）

本文针对青岛发电公司3#机组DCS系统由XDPS400型升级为XDC800系统改造，从系统特性、设计方案、具体实施几个方面入手，分析了DCS升级过程的关键因素，并阐述了所涉及的细节问题及处理方法。

分散控制系统；DCS系统；升级

华电青岛发电有限公司3#机组DCS系统使用的是原上海新华公司生产的XDPS400型分散控制系统，2005年投产至今已连续运行了10多年。由于卡件老旧以及为早期版本等原因，DPU（分散式处理器）和I/O卡件尤其是BCNET卡、RTD端子板及IOHUB等电子设备元件使用寿命降低，陆续出现控制器故障、控制器通讯故障、交换机端口故障、电源模块普遍供电不足、机柜超温引起控制器瞬间故障等问题。另外，控制器卡件已经无法满足冗余分散布置整改要求。2017年利用机组检修机会，3#机组DCS系统进行了升级改造。改造采用原XDPS-400系统的升级产品XDC800系统，即硬件升级，软件兼容并优化。XDC800充分继承了新华产品系列结构紧凑、系统简洁、操作友好等特点，功能更丰富、性能更优良、系统更安全可靠。

1 XDC-800系统特性

XDC-800系统与XDPS-400系统比较主要优点有以下几点。

（1） DPU、I/O模件等全部采用SMT（贴片技术）生产：低功耗，卡件功耗为1W左右，DPU功耗仅为5W左右，功耗极低，运行温度也很低，板卡温度只有28摄氏度左右。整套系统柜内无需风扇运行，卡件的使用寿命更长。

（2） I/O模件分散度进一步提高，其中AI模件全部调整为8点/卡；DI模件全部调整为16点/卡；减少因模件故障对运行造成的影响，使故障风险分散，更加安全可靠。

（3） DPU、I/O模件加装全封闭式外壳，无需灰尘吹扫；避免因导电灰尘引起I/O模件的故障和误动。

（4） I/O模件的每个通道具有防误接AC/DC220V保护，具有通道故障和状态指示，便于热工巡检和检修维护。

（5）增加系统供电可靠性，所有交直流电源采用双路AC220V电源供电（宽输入电压范围：AC85V 至AC264V）；DPU、交换机、通讯模块、I/O模件等均采用双路DC24V电源供电；同时IO交换机采用工业等级的产品。

（6）软件方面：在原有功能的基础上进行了改进和提高，并提高操作的方便性，比如对原有的DCS系统配置文件采用统一界面管理，使用更加简洁、方便。

2 升级改造设计方案

2.1 软件改造

采用原XDPS-400控制组态和人机界面进行转换移植，控制画面、控制逻辑完全符合原有习惯。

2.2 硬件改造

因改造不同于新建机组，本次改造系统设计和柜内布置充分考虑原有电缆走向，尽量减少接线改动和电缆对接。

（1）3#机组分散控制系统原有控制器29对，包括DCS系统 25 对DPU；循环水系统1对DPU；热网首站3对DPU。利用DCS系统改造，二次滤网、电动滤水器系统、新增两台空压机控制系统进入DCS系统控制，增加2对XCU。优化现有测点配置，将不参与保护联锁的一般监视测点从负荷率较高的控制器移出，重新安装配置新控制器（如风粉在线监视测点、低氮燃烧监视测点等），共计5对控制器。

（2）原XDPS-400系统的控制机柜全部拆除（包括开关箱、I/O卡箱及卡件、DPU控制器、393A集线器、电源等全部设备）；安装XDC800新系统的控制柜，含控制器、双5口工业用交换机、通讯卡、底座、I/O模件及通讯、供电、接地电缆等。

（3）原端子机柜内XDPS-400端子板全部拆除，在相同位置安装新系统用的转接端子板，原现场机柜和端子接线位置保持不变，平移转接到新的转接端子板上。

（4）端子机柜内转接端子板和控制柜内I/O模件通过37芯预制电缆连接。

（5）DCS系统进行设计优化，以实现重要系统保护、联锁、自动信号物理分散、相对独立、相互冗余的功能，以满足行业内反事故技术措施及相关文件要求。

（6）配合完成与其他控制系统接口的调试工作。与DCS通讯的控制系统和设备主要有汽轮机数字电液控制系统（DEH）、厂级实时监控系统（SIS）等其他辅助控制系统。

3 改造中解决的问题

3.1 热电偶输入模件冷端补偿增加外补偿电阻提高精度

改造前，原XDPS-400系统的热电偶环境温度补偿电阻设置在端子板后面，与接线端子温差较小，基本可以补偿热电偶接线端子环境温度。

本次改造使用XDC800系统的8路热电偶输入模件xAI（xAI-81-27），热电偶输入模件xAI-81-27是一块隔离型热电偶信号采集模块，使用双路冗余24V电源供电。每个模件可接入8路模拟量信号，适配各类热电偶，并自带冷端补偿。自带的环境温度补偿电阻设置在卡件上，卡件是封闭的，且与端子板不在同一个柜内，造成补偿偏高。

现场检测发现热电偶输入模件自带的冷端补偿测量偏高，进行校验时，使用标准表测量的补偿温度与热电偶输入模件自带的冷端补偿温度相差较大，导致热电偶测点测量值不准确。

采用在端子柜内增加外补偿热电阻测温元件来替代热电偶输入模件的自带冷端补偿的方案解决以上问题。在端子柜内增加2个外补偿电阻，并进行逻辑组态。当2个外补偿电阻均为好点时，选择2个外补偿电阻的低值为最终补偿；当一个外补偿电阻为坏点时，选择另一个为好点的补偿电阻；当2个外补偿电阻均为坏点时，选择补偿电阻保持上一时刻数值。

3.2 电缆利旧，平移转接到新端子板

本次改造为了减少机柜安装和电缆拆除、电缆重新敷设的工作量，采用原系统的所有电缆保持不变，保持原接线位置不变，将原端子板更换为新系统的转接端子板的方案。

端子柜改造只需拔出IO接线端子板旁边的整个接线端子，更换原有卡件接线端子板，升级为新的接线转接端子板，然后将整个现场来线的接线端子插回对应的接线端子板插槽，新端子板到新卡件通过37芯电缆连接。

原XDPS-400端子板及模件现集成在XDC800系统一块模件内，转接端子板只是负责信号转接，并不进行任何信号处理。通过此连接方式可以保持原电缆接线不变。原XDPS-400系统AI端子板（16通道/卡）对应XDC800系统2块AI模件（8通道/卡）；原XDPS-400系统DI/SOE端子板（32通道/卡）对应XDC800系统2块DI/SOE模件（16通道/卡）；原XDPS-400系统和XDC800系统的AO、DO端子板通道数一样（AO 8通道/卡、DO 16通道/卡），可一一对应替换。

这样使系统风险更分散，同时，提高了系统的可靠性与可维护性等特点。为了保证适应原来端子板和接线的布置，以DI端子板为例，端子板继续保持左右两侧带接线端子，并定义左边16通道为一个卡件通道，右边则为另一卡件所属通道。

3.3 新增网络交换机柜

原XDPS-400系统无网络柜，交换机分散布置在主机柜内。本次改造新增网络交换机柜，每对XCU有A、B网口各两个，设置赫斯曼交换机(A1，A2，A3，A4，B1，B2，B3，B4)共 8台，A网 交 换机A1，A2，A3，A4通过多模跳线环接，B网交换机B1,B2,B3,B4同理。配置24V魏德米勒电源（PS11，PS12，PS21，PS22，PS31，PS32，PS41，PS42）共8台，将220V转换为24V，为每台交换机提供2路24V电源，减少因电源模块损坏导致交换机损坏的几率。设置C网D-Link交换机1台，电源由电源切换箱B路输出。光电收发器A5，B5通过光缆连接3#机循环水系统，电源分别由电源切换箱A路、B路输出提供，配置终端盒1台。同时，将GPS系统集成在网络交换机柜中，设置GPS MAT-3000 100米天线1台。

4 结语

青岛发电有限公司3#机组DCS分散控制系统由XDPS400型升级为XDC800系统。改造后从系统运行的情况来看，系统设计合理，使用最新的、先进可靠的硬件，软件兼容并优化，性能大大提升，解决了原来DCS系统老旧的问题，同时通过DCS整体升级改造增加了设备的稳定性，为长时间的稳定连续生产打下良好的基础，达到了很好的效果。本次改造解决了XDPS400型升级为XDC800系统中的若干问题，具有一定的推广价值。

[1]李莉.谈热工自动化控制在火电厂的应用及发展[J].科学中国人,2014.

[2]马骏.基于XDC800的火电机组DCS改造[J].自动化应用，2016,7:140.

TM621.6

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1671-0711（2017）12（上）-0073-02