论文部分内容阅读
【摘要】本文注重介绍华润电力湖南有限公司2X600MW机组烟气脱硫装置DCS系统进行单元制改造解决方案及实施经验。
【关键词】DCS（分散控制系统）;网络拓扑结构;服务器;操作员站
引言
华润电力湖南有限公司2×600MW机组的烟气脱硫装置控制系统采用北京ABB贝利控制有限公司的Symphony分散控制系统（DCS）。该系统按照功能分散和物理分散的原则设计，其中DPU（分散处理单元）在功能上按照1号机组脱硫系统、脱硫公用系统（含电气系统）、2号机组脱硫系统的工艺系统控制进行物理分布，即上述三大系统的控制分属不同的冗余DPU组。人机接口采用PGP服务器及客户端方式，操作人员通过操作员站实现对生产过程的控制、监视及报警记录等。
1.DCS控制系统改造前情况
1.1 网络结构
烟气脱硫装置DCS控制系统采用环路链接方式，#1脱硫、公用系统、#2脱硫的控制均在一个环路上。#1、2脱硫各1个DPU控制单元及3个I/O机柜，公用系统2个DPU控制单元及4个I/O机柜。
数据服务器（PGP）共2台，挂在工程师站内DCS环网接口上。服务器将数据送至工程师站交换机上，然后经由光纤转发至脱硫控制室的交换机上。3台操作员站通过交换机进行数据交互，控制2台机组的烟气脱硫装置。
EWS及历史站各1台挂在环网上。（环路总貌如图1所示）
图1 原脱硫DCS系统网络结构图
1.2 DCS系统不合理性及风险
当前，火电机组环保排放要求越来越严格，烟气脱硫装置被强制取消旁路，因此脱硫系统运行的安全性及可靠性在电厂运营中处于非常重要位置，烟气脱硫装置的控制系统的安全和可靠运行也提到了重要地位。此前，两台单元制机组脱硫装置仅设计一套控制系统，这对取消脱硫旁路的单元机组来说，存在重大安全风险。我司两台脱硫装置共用一个环网，共用两台PGP服务器。一旦环路或者服务器故障，极易导致两台脱硫系统同时停运，继而导致两台机组停运事故。另外，原PGP服务器与脱硫控制室操作员站的网络通讯通过多重转换传输数据且中间环节较多，将给数据传输和生产过程控制也带来诸多不稳定因素。
鉴于以上安全风险，我司两台机组烟气脱硫装置DCS需要进行单元制改造，以适应当前机组安全运行的需要。
2.DCS系统单元制改造
2.1 控制网络拓扑结构改造
烟气脱硫装置DCS控制系统环路链接方式由单个控制环改为3个控制环，公用系统为1号环、#1脱硫为2号环、#2脱硫3号环。1号环通过环路通讯接点分别与1号环和2号环相连接。
#1和#2脱硫分别有两台服务器（PGP）和一台工程师站（EWS）挂于相应的环路上。历史站（HSR）及SOE（顺序事件记录）挂在1号环路上。每台服务器直接通过光纤传输至辅网控制室的交换机上，交换机与操作员站相链接，从而实现数据交互和生产控制。（环路总貌如图2所示）
图2 改造后脱硫DCS系统网络结构图
2.2 脱硫公用系统的设备控制优化
脱硫公用系统DCS机柜有两套DPU单元，将现场设备按照互为备用的原则拆分到两套PCU柜中，这样一旦机柜故障或者检修，则不影响系统的运行。设备控制优化包括现场设备分配优化以及DCS控制逻辑优化。
2.3 增加GPS时钟及SOE
此次烟气脱硫装置DCS系统改造增加了GPS卫星时钟，与主机系统统一时钟，给数据的查询带来很大的便利。增加SOE（顺序事件记录）功能为事故状态下对设备或者保护的动作情况进行记录，便于事故的调查和分析。
2.4 DCS系统测试
改造后的DCS系统要进行一系列的测试工作，包括：控制环网测试、以太网及PGP服务器测试、控制主模件测试、通讯模件测试、电源测试、I/O通道测试。
2.4.1 控制环网测试
2.4.1.1 网络系统上电后，检查环网运行是否正常，环路数据通讯是否正常;
2.4.1.2 断开其中一条环路，检查该环路及通讯接口模件是否报故障，环路数据通讯是否正常;
2.4.1.3 断开另外一条环路，检查该环路及通讯接口模件是否报故障，环路数据通讯是否正常。
2.4.2 以太网及PGP服务器测试
2.4.2.1 网络系统及PGP上电后，检查环网运行是否正常，各服务器及操作员站数据显示是否正常;
2.4.2.2 断开其中一条以太网，检查该路网络是否报故障，操作员站数据是否变紫，操作员站是否自动切换到另一台运行的服务器上;
2.4.2.3 断开另外一条以太网，检查该路网络是否报故障，操作员站数据是否变紫，操作员站是否自动切换到另一台运行的服务器上。
2.4.3 控制主模件（通讯模件）测试
2.4.3.1 PCU机柜上电后，检查互为冗余的控制主模件（通讯模件）运行是否正常，DCS服务器画面数据是否正常;
2.4.3.2 复位处于控制方式的控制主模件（通讯模件），检查控制主模件（通讯模件）切换是否常，DCS服务器画面数据是否正常;
2.4.3.3 恢复处于复位状态下的控制主模件（通讯模件），检查该控制主模件（通讯模件）是否处于冗余备用模式，DCS服务器画面数据是否正常;
2.4.3.4 再次复位处于控制方式的控制主模件（通讯模件），检查控制主模件（通讯模件）切换是否常，DCS服务器画面数据是否正常;
2.4.3.5 恢复系统正常运行状态。
2.4.4 电源测试
2.4.4.1 PCU机柜上电后，分别检查电源输出各电压参数是否正常，PCU机柜各模件状态是否正常运行;
2.4.4.2 断开其中一路电源，检查PCU机柜各模件状态是否正常运行，DCS画面数据是否正常;
2.4.4.3 断开另外一路电源，检查PCU机柜各模件状态是否正常运行，DCS画面数据是否正常。
2.4.5 I/O通道测试
将DCS机柜接线端子处加模拟信号（数字量或者模拟量），检查I/O通道数据显示是否正常，DCS画面数据是否正常。
3.静态联锁试验
DCS系统改造后，需要做静态逻辑保护传动试验及现场设备保护联锁试验，以验证DCS逻辑动作的可靠性，保障设备运行安全。
4.经验心得
我司烟气脱硫装置DCS系统改造后，曾出现过#2脱硫系统无法监视公用系统的画面数据。经过检查分析，认为DCS环网节点配置时，互为冗余的节点通讯模件网络接入位置应该相邻，中间不要插入其它节点链接。这样当一条环路故障时，可以顺利切至冗余网络，不会导致数据变紫的现象。我司曾出现过此类问题，我们进行了检查，并得到了最终解决。
5.结束语
以上是生产过程中积累的一点心得，通过理论与实践相结合，总结出关于烟气脱硫装置的DCS系统改造应用方法及经验介绍。
参考文献
[1]DL_T_1083-2008火力发电厂分散控制系统技术条件[S].电力行业热工自动化标准化技术委员会.
【关键词】DCS（分散控制系统）;网络拓扑结构;服务器;操作员站
引言
华润电力湖南有限公司2×600MW机组的烟气脱硫装置控制系统采用北京ABB贝利控制有限公司的Symphony分散控制系统（DCS）。该系统按照功能分散和物理分散的原则设计，其中DPU（分散处理单元）在功能上按照1号机组脱硫系统、脱硫公用系统（含电气系统）、2号机组脱硫系统的工艺系统控制进行物理分布，即上述三大系统的控制分属不同的冗余DPU组。人机接口采用PGP服务器及客户端方式，操作人员通过操作员站实现对生产过程的控制、监视及报警记录等。
1.DCS控制系统改造前情况
1.1 网络结构
烟气脱硫装置DCS控制系统采用环路链接方式，#1脱硫、公用系统、#2脱硫的控制均在一个环路上。#1、2脱硫各1个DPU控制单元及3个I/O机柜，公用系统2个DPU控制单元及4个I/O机柜。
数据服务器（PGP）共2台，挂在工程师站内DCS环网接口上。服务器将数据送至工程师站交换机上，然后经由光纤转发至脱硫控制室的交换机上。3台操作员站通过交换机进行数据交互，控制2台机组的烟气脱硫装置。
EWS及历史站各1台挂在环网上。（环路总貌如图1所示）
图1 原脱硫DCS系统网络结构图
1.2 DCS系统不合理性及风险
当前，火电机组环保排放要求越来越严格，烟气脱硫装置被强制取消旁路，因此脱硫系统运行的安全性及可靠性在电厂运营中处于非常重要位置，烟气脱硫装置的控制系统的安全和可靠运行也提到了重要地位。此前，两台单元制机组脱硫装置仅设计一套控制系统，这对取消脱硫旁路的单元机组来说，存在重大安全风险。我司两台脱硫装置共用一个环网，共用两台PGP服务器。一旦环路或者服务器故障，极易导致两台脱硫系统同时停运，继而导致两台机组停运事故。另外，原PGP服务器与脱硫控制室操作员站的网络通讯通过多重转换传输数据且中间环节较多，将给数据传输和生产过程控制也带来诸多不稳定因素。
鉴于以上安全风险，我司两台机组烟气脱硫装置DCS需要进行单元制改造，以适应当前机组安全运行的需要。
2.DCS系统单元制改造
2.1 控制网络拓扑结构改造
烟气脱硫装置DCS控制系统环路链接方式由单个控制环改为3个控制环，公用系统为1号环、#1脱硫为2号环、#2脱硫3号环。1号环通过环路通讯接点分别与1号环和2号环相连接。
#1和#2脱硫分别有两台服务器（PGP）和一台工程师站（EWS）挂于相应的环路上。历史站（HSR）及SOE（顺序事件记录）挂在1号环路上。每台服务器直接通过光纤传输至辅网控制室的交换机上，交换机与操作员站相链接，从而实现数据交互和生产控制。（环路总貌如图2所示）
图2 改造后脱硫DCS系统网络结构图
2.2 脱硫公用系统的设备控制优化
脱硫公用系统DCS机柜有两套DPU单元，将现场设备按照互为备用的原则拆分到两套PCU柜中，这样一旦机柜故障或者检修，则不影响系统的运行。设备控制优化包括现场设备分配优化以及DCS控制逻辑优化。
2.3 增加GPS时钟及SOE
此次烟气脱硫装置DCS系统改造增加了GPS卫星时钟，与主机系统统一时钟，给数据的查询带来很大的便利。增加SOE（顺序事件记录）功能为事故状态下对设备或者保护的动作情况进行记录，便于事故的调查和分析。
2.4 DCS系统测试
改造后的DCS系统要进行一系列的测试工作，包括：控制环网测试、以太网及PGP服务器测试、控制主模件测试、通讯模件测试、电源测试、I/O通道测试。
2.4.1 控制环网测试
2.4.1.1 网络系统上电后，检查环网运行是否正常，环路数据通讯是否正常;
2.4.1.2 断开其中一条环路，检查该环路及通讯接口模件是否报故障，环路数据通讯是否正常;
2.4.1.3 断开另外一条环路，检查该环路及通讯接口模件是否报故障，环路数据通讯是否正常。
2.4.2 以太网及PGP服务器测试
2.4.2.1 网络系统及PGP上电后，检查环网运行是否正常，各服务器及操作员站数据显示是否正常;
2.4.2.2 断开其中一条以太网，检查该路网络是否报故障，操作员站数据是否变紫，操作员站是否自动切换到另一台运行的服务器上;
2.4.2.3 断开另外一条以太网，检查该路网络是否报故障，操作员站数据是否变紫，操作员站是否自动切换到另一台运行的服务器上。
2.4.3 控制主模件（通讯模件）测试
2.4.3.1 PCU机柜上电后，检查互为冗余的控制主模件（通讯模件）运行是否正常，DCS服务器画面数据是否正常;
2.4.3.2 复位处于控制方式的控制主模件（通讯模件），检查控制主模件（通讯模件）切换是否常，DCS服务器画面数据是否正常;
2.4.3.3 恢复处于复位状态下的控制主模件（通讯模件），检查该控制主模件（通讯模件）是否处于冗余备用模式，DCS服务器画面数据是否正常;
2.4.3.4 再次复位处于控制方式的控制主模件（通讯模件），检查控制主模件（通讯模件）切换是否常，DCS服务器画面数据是否正常;
2.4.3.5 恢复系统正常运行状态。
2.4.4 电源测试
2.4.4.1 PCU机柜上电后，分别检查电源输出各电压参数是否正常，PCU机柜各模件状态是否正常运行;
2.4.4.2 断开其中一路电源，检查PCU机柜各模件状态是否正常运行，DCS画面数据是否正常;
2.4.4.3 断开另外一路电源，检查PCU机柜各模件状态是否正常运行，DCS画面数据是否正常。
2.4.5 I/O通道测试
将DCS机柜接线端子处加模拟信号（数字量或者模拟量），检查I/O通道数据显示是否正常，DCS画面数据是否正常。
3.静态联锁试验
DCS系统改造后，需要做静态逻辑保护传动试验及现场设备保护联锁试验，以验证DCS逻辑动作的可靠性，保障设备运行安全。
4.经验心得
我司烟气脱硫装置DCS系统改造后，曾出现过#2脱硫系统无法监视公用系统的画面数据。经过检查分析，认为DCS环网节点配置时，互为冗余的节点通讯模件网络接入位置应该相邻，中间不要插入其它节点链接。这样当一条环路故障时，可以顺利切至冗余网络，不会导致数据变紫的现象。我司曾出现过此类问题，我们进行了检查，并得到了最终解决。
5.结束语
以上是生产过程中积累的一点心得，通过理论与实践相结合，总结出关于烟气脱硫装置的DCS系统改造应用方法及经验介绍。
参考文献
[1]DL_T_1083-2008火力发电厂分散控制系统技术条件[S].电力行业热工自动化标准化技术委员会.