一、DCS系統(tǒng)改造前情況
天津華能大港發(fā)電有限責(zé)任公司#4機(jī)組是328.5MW燃煤機(jī)組，于1992年5月1日移交生產(chǎn)，其控制系統(tǒng)為BAILEY-N90分散控制系統(tǒng)。N90系統(tǒng)包括閉環(huán)控制系統(tǒng)、開環(huán)控制系統(tǒng)、燃燒器管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、汽機(jī)自啟停系統(tǒng)。N90系統(tǒng)共有27個(gè)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)模件為NPMOl、NISO1，端子部件為NTCLOl，模件電纜為NKLSOl;使用兩臺(tái)OIS主機(jī)，帶四臺(tái)OIC。
由于受當(dāng)時(shí)技術(shù)水平的限制，多功能處理器MFCOl～05版本陳舊，控制執(zhí)行周期長(zhǎng)、負(fù)荷率高，處理能力和速度較低。模擬量和溫度信號(hào)模件采用的是早期的AMM模件，可靠性差，還存在溫度漂移、需做復(fù)雜的校驗(yàn)等問題。經(jīng)過(guò)十多年的運(yùn)行，這些模件均已到故障的高發(fā)期，加之早已停產(chǎn)，備品備件根本無(wú)法買到，嚴(yán)重影響到機(jī)組的安全運(yùn)行。因此，控制系統(tǒng)升級(jí)改造勢(shì)在必行。
改造前#4機(jī)組DCS控制系統(tǒng)有2.5個(gè)節(jié)點(diǎn)(PCU節(jié)點(diǎn)23個(gè)，OIS節(jié)點(diǎn)2個(gè))，其中PCU3/PCU4、PCUl8/PCUl9和PCU5/PCUll在同一個(gè)機(jī)柜，具備節(jié)點(diǎn)合并的條件。
本次改造中，采用大容量處理器BRClO0和MFPl2替代MFCOl、MFCO2、MFCO3和MFCO5，用ASI23取代AMM和ASM。軟件采用合并和優(yōu)化的方式重做和修改。在標(biāo)簽庫(kù)和趨勢(shì)庫(kù)修改以及OIS的操作畫面變動(dòng)上盡量維持原狀，以保持運(yùn)行人員的操作習(xí)慣。
二、硬件改造方案
1.硬件配置原則
(1) 將原系統(tǒng)的控制器模件MFC提升為MFP或BRC，并將原有各MFC中的邏輯進(jìn)行適當(dāng)合并。
(2) 將AMM全部淘汰。
(3) 保持原系統(tǒng)的架構(gòu)不變，原有端子板保持不動(dòng)，確保系統(tǒng)分散度。
(4) 將模件總線改造為雙總線(CONTROLWAY)方式。
2.各節(jié)點(diǎn)的硬件配置方案
改造后各節(jié)點(diǎn)的硬件配置方案如下表，共計(jì)有14個(gè)BRClO0、27個(gè)MFPl20。

三、軟件改造方案
1.實(shí)現(xiàn)軟件組態(tài)改造合并全過(guò)程監(jiān)控
本次改造由于涉及的范圍大、對(duì)象廣，同時(shí)它又不是整個(gè)系統(tǒng)全部推倒重來(lái)，因此不同于一般電廠的DCS改造，對(duì)軟件組態(tài)改造合并后的正確性提出了嚴(yán)格的要求。借鑒全面質(zhì)量管理的經(jīng)驗(yàn)，我們提出了對(duì)本次軟件組態(tài)改造合并全過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控的想法。但是，如果使用手工進(jìn)行軟件組態(tài)改造合并，對(duì)其全過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控的困難非常大，而且要進(jìn)行大量繁瑣的驗(yàn)證工作，耗費(fèi)的時(shí)間將大大增加。電廠的合作方北京華能新銳控制技術(shù)有限公司吳鶴春同志自行開發(fā)了用C++語(yǔ)言編寫的全自動(dòng)組態(tài)改造合并程序，組態(tài)程序一次自動(dòng)生成，實(shí)現(xiàn)了對(duì)DCS系統(tǒng)軟件組態(tài)改造合并和全過(guò)程監(jiān)控。
2.DCS系統(tǒng)改造的組態(tài)修改合并過(guò)程
(1) 方案確定
電廠與華能新銳公司就DCS系統(tǒng)改造軟件方案反復(fù)探討后，確定改造的總體方案為:先對(duì)MFC中原有的功能塊壓縮，然后分別移動(dòng)到新的塊地址段。例如，將2個(gè)MFC中原各自分散在0～9999中的塊(本廠大部分為MFCO3)先壓縮，視壓縮后各自占有功能塊的多少確定合并后塊地址段，如第一個(gè)MFC的功能塊地址段為0～6000,另一MFC中功能塊的地址段為6000～10000。同時(shí)，為今后維護(hù)方便，在全壓縮的基礎(chǔ)上，在每一百個(gè)塊后空10個(gè)塊，其它類推。
(2) 原始組態(tài)
電廠提供機(jī)組實(shí)際的所有PCU模件的CFG文件，并核對(duì)CAD圖無(wú)誤。
(3) 原始記錄
用華能新銳公司的自動(dòng)組態(tài)改造合并程序掃描所有CFG文件，自動(dòng)生成對(duì)應(yīng)CFG功能塊的EXCEL表。每個(gè)模件兩個(gè)表，一個(gè)為CFG文件記錄原模件的組態(tài)細(xì)節(jié)，一個(gè)為功能塊合并文件記錄原模件的功能塊、功能碼、每個(gè)塊占用的輸出塊號(hào)、目標(biāo)功能塊號(hào)、完全壓縮后的塊號(hào)，此表為合并中的各種信息提供記錄，如原功能塊所在的文件名(查證原圖與功能塊)、新功能塊(修改后)、交叉修改(原交叉名)、對(duì)應(yīng)的標(biāo)簽號(hào)、標(biāo)簽中PCU模件修改記錄、新文件圖號(hào)等。全部模件一次生成全部表單(十分鐘)。
(4) 生成合并方案
按自動(dòng)生成的EXCEL表，根據(jù)上述確定的方案重新分配塊號(hào)，此一分配在EXCEL表自動(dòng)完成(自動(dòng)計(jì)算出新的塊地址)，生成新的EXCEL表作為合并目標(biāo)塊號(hào)。
(5) 用自動(dòng)組態(tài)程序掃描全部圖紙
做好每一個(gè)功能塊的原文件號(hào)記錄，以備核對(duì)和備查。4339張圖，只需要十幾分鐘就全部記錄在案。
(6) 用自動(dòng)組態(tài)程序進(jìn)行改造合并
程序掃描新EXCEL表中的目標(biāo)塊號(hào)，自動(dòng)修改CAD圖中的全部功能塊號(hào)。將CAD圖上的原塊號(hào)按與之對(duì)應(yīng)的新分配塊號(hào)一次更改完成，并在EXCEL表中顯示出與新塊號(hào)對(duì)應(yīng)的CAD圖頁(yè)號(hào)。如果是合并模件，此時(shí)被合并模件的CAD圖塊號(hào)、頁(yè)號(hào)同時(shí)更改，只需將此CAD圖導(dǎo)入目的模件即可。
(7) 用自動(dòng)組態(tài)修改交叉號(hào)
由于不同模件中使用的交叉號(hào)基本相同，因此合并后交叉必須區(qū)分不同模件的組態(tài)，在原交叉基礎(chǔ)上增加新標(biāo)識(shí)，此一過(guò)程比較復(fù)雜。因?yàn)樵O(shè)計(jì)是在不同國(guó)家進(jìn)行的(汽機(jī)組態(tài)在美國(guó)，鍋爐組態(tài)在加拿大)，風(fēng)格不同，隨機(jī)性比較大，為此設(shè)計(jì)了多種程序方案。有按PCU號(hào)模件號(hào)塊號(hào)交叉;也有按系統(tǒng)號(hào)交叉;也有用信號(hào)名稱交叉等。主要難點(diǎn)是在字長(zhǎng)接近30個(gè)最大允許長(zhǎng)度時(shí)的修改，有時(shí)只能加一個(gè)字節(jié)進(jìn)行。但均能一次性正確編譯通過(guò)，確保了全部交叉的正確完成。
(8) 用自動(dòng)組態(tài)程序修改數(shù)據(jù)庫(kù)
CAD圖紙的修改完成后，標(biāo)簽庫(kù)的修改工作也十分浩大，而且容易出錯(cuò)。但采用了自動(dòng)組態(tài)修改程序后就十分簡(jiǎn)單，一次性修改編譯完成后沒有任何錯(cuò)誤。自動(dòng)程序修改數(shù)據(jù)庫(kù)工作是以原標(biāo)簽號(hào)作為基準(zhǔn)，首先從原圖中的PCU號(hào)模件號(hào)和塊號(hào)找到相應(yīng)的標(biāo)簽號(hào)，按相應(yīng)的新PCU號(hào)、模件號(hào)和塊號(hào)修改該標(biāo)簽，再用自動(dòng)組態(tài)改造合并程序掃描此一新EXCEL表，生成對(duì)應(yīng)于新塊號(hào)的新DBF文件，將此新DBF文件導(dǎo)入項(xiàng)目樹，就可生成新的標(biāo)簽庫(kù)。
(9) 用自動(dòng)組態(tài)程序修改文件號(hào)
在完成上述工作后，由于模件的合并，大量的圖紙要從一個(gè)模件合并到新模件中，因此圖紙文件名修改工作量也很大。自動(dòng)組態(tài)修改程序設(shè)計(jì)了專門用于文件名修改的程序，可一次性完成修改。此項(xiàng)工作遇到的困難是，由于模件合并后的圖號(hào)不夠用，十位數(shù)超過(guò)26個(gè)字母和個(gè)位數(shù)超過(guò)10個(gè)數(shù)字后CAD文件名就不能認(rèn)。因此，專門設(shè)計(jì)了個(gè)位數(shù)用26個(gè)字母的程序，保證了文件編號(hào)的正確。
(10) 用自動(dòng)組態(tài)程序進(jìn)行圖紙修改
上述工作完成后，主要組態(tài)工作基本完成。但是，在圖紙方面有大量的工作要做，標(biāo)題欄上的修改工作很多，PCU號(hào)、模件號(hào)、子模件號(hào)、文件名、子模件位置、端子板位置等許多修改工作要完成。特別是對(duì)于子模件，手動(dòng)修改費(fèi)時(shí)費(fèi)事，一一核對(duì)容易發(fā)生手工錯(cuò)誤。因此，專門設(shè)計(jì)了一個(gè)修改程序。自動(dòng)修改程序?qū)墓δ艽a中自動(dòng)導(dǎo)入，不會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤，其它圖紙同樣都是從文件中直接寫入，避免了各種手工錯(cuò)誤的發(fā)生，一次性的對(duì)全部圖紙的標(biāo)題欄進(jìn)行了全面核對(duì)。人工完成一次圖紙的核對(duì)工作，通常至少也得4個(gè)人花費(fèi)三個(gè)月的時(shí)間，但使用自動(dòng)組態(tài)程序后只需要幾天時(shí)間。
(11) 組態(tài)工作的基本完成
在完成上述工作后，將全部組態(tài)圖導(dǎo)入原工程項(xiàng)目，并導(dǎo)入新數(shù)據(jù)庫(kù)。重新編譯和交叉后，基本完成了全部組態(tài)工作，只需一周時(shí)間，比手工修改節(jié)約了大量的時(shí)間和人工?？煽繙?zhǔn)確的組態(tài)為改造工作的順利完成起到了決定性的作用。至此，工作基本完成，此時(shí)新的EXCEL表中記載著所有的改動(dòng)信息，包括舊塊號(hào)、新塊號(hào)、舊頁(yè)號(hào)、新頁(yè)號(hào)、標(biāo)簽庫(kù)中的原索引及對(duì)應(yīng)的舊塊號(hào)和新塊號(hào)。檢查起來(lái)一目了然，省時(shí)省力。
由于華能新銳公司的自動(dòng)組態(tài)改造合并程序全過(guò)程均是自動(dòng)完成，不需人工手動(dòng)更改，且自動(dòng)生成EXCEL表，使得組態(tài)改造全過(guò)程流程監(jiān)控得以一目了然，便于檢查核對(duì)，大大節(jié)省了人力物力，工期得以幾十倍縮減，且正確率更不是手動(dòng)更改可以相比的。
在組態(tài)改造合并程序完成后，我們首先進(jìn)行了DCS所有DI/AI逐點(diǎn)傳動(dòng)，并與OIS畫面相比較，以確保組態(tài)及標(biāo)簽的正確性，其次進(jìn)行了設(shè)備的系統(tǒng)傳動(dòng)，在這其中沒有發(fā)現(xiàn)一例因組態(tài)合并造成的錯(cuò)誤。通過(guò)傳動(dòng)，證明該自動(dòng)組態(tài)改造合并程序的正確率是100%。
改造后，可生成原功能塊、原功能碼、輸出塊、目標(biāo)塊、壓縮后目標(biāo)塊、原圖號(hào)、修改后塊號(hào)、標(biāo)簽表、標(biāo)簽號(hào)等EXCEL表。
四、DCS改造后情況
天津華能大港發(fā)電有限責(zé)任公司#4機(jī)組DCS改造于2004年5月1日開始，5月26日結(jié)束，歷時(shí)26天。機(jī)組于2004年6月15日順利并網(wǎng)發(fā)電。實(shí)踐證明，我們這次DCS改造是圓滿成功的。改造后，主模件控制運(yùn)行執(zhí)行周期和負(fù)荷率均有大幅度的降低，提高了控制系統(tǒng)的可靠性和可用率。大港電廠DCS改造的組態(tài)程序自動(dòng)生成是可行的，不僅確保了組態(tài)正確率和可靠性，而且提高組態(tài)自動(dòng)化水平，大大減輕了組態(tài)過(guò)程的工作強(qiáng)度，縮短了工期。