一、問(wèn)題的提出
山西陽(yáng)光發(fā)電有限責(zé)任公司3#機(jī)組采用的DCS控制系統(tǒng)為90年代西門子控制系統(tǒng)TELEPERM—XP第一代產(chǎn)品，屬當(dāng)時(shí)較早應(yīng)用該系統(tǒng)的機(jī)組，投產(chǎn)以來(lái)一直未進(jìn)行過(guò)升級(jí)改造。由于現(xiàn)在的軟、硬件應(yīng)用設(shè)計(jì)、配置等原因造成了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸遲延、AP負(fù)荷較高、系統(tǒng)資源不足等一系列的問(wèn)題，已經(jīng)影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，我們通過(guò)廣泛的技術(shù)交流和分析，對(duì)擴(kuò)容改造的必要性和可行性進(jìn)行了研究和論證，認(rèn)為這些問(wèn)題的解決必須進(jìn)行擴(kuò)容、升級(jí)等改造才能實(shí)現(xiàn)。通過(guò)擴(kuò)容改造達(dá)到增加系統(tǒng)資源、降低AP負(fù)荷等目的，確保系統(tǒng)安全、持續(xù)運(yùn)行。
1.1 系統(tǒng)擴(kuò)容必要性
1.1.1 系統(tǒng)擴(kuò)展硬件資源余量不足 
a) DCS設(shè)計(jì)要求每個(gè)機(jī)柜內(nèi)的每種類型的I／O都府陔有10～15％備用量。實(shí)際統(tǒng)計(jì)除APF機(jī)柜內(nèi)備用量滿足要求外，其它機(jī)柜內(nèi)的I／O備用量常用的210一E型已經(jīng)不足6％，210一Z型已經(jīng)沒(méi)有空余通道，210一DCM控制通道備用量不足3％，影響被控設(shè)備改造等進(jìn)行的資源擴(kuò)展需要。
b) DCS設(shè)計(jì)每個(gè)機(jī)柜內(nèi)應(yīng)該有10～15％的模件插槽備用量。實(shí)際統(tǒng)計(jì)AP1僅剩3個(gè)槽位，備用率為5.2％；AP2僅剩2個(gè)槽位，備用率為3.2％；AP3剩3個(gè)槽位，備用率為5.2％，AP4剩6個(gè)槽位，備用率為10.05％。槽位備用明顯不足。
1.1.2 AP系統(tǒng)軟件資源不足 
由于設(shè)計(jì)及后期邏輯增加，AP1、AP2出現(xiàn)軟件資源不足問(wèn)題。2001年4#機(jī)組小修中，在增加主機(jī)振動(dòng)主保護(hù)時(shí)，發(fā)現(xiàn)AP2系統(tǒng)的C2周期已經(jīng)占滿，無(wú)法使用，而保護(hù)信號(hào)的傳輸需要在C2以上的周期內(nèi)安排，確保保護(hù)動(dòng)作的實(shí)時(shí)性。當(dāng)時(shí)只有將邏輯移動(dòng)到AP3中運(yùn)算，并將AP2中部分不重要信號(hào)的周期降為C3后，重新打包生成代碼。經(jīng)過(guò)對(duì)3#、4#機(jī)組各4套AP資源測(cè)試分析，發(fā)現(xiàn)部分功能程序塊PB調(diào)用余量很少，其中，AP1、AP2最明顯。
1.1.3 部分重要信號(hào)未實(shí)現(xiàn)冗余 
3#、4#機(jī)組為2套冗余PU、4個(gè)AP，I／O點(diǎn)數(shù)設(shè)計(jì)為4870點(diǎn)／單機(jī)。2002年6月24日，4#機(jī)組汽機(jī)調(diào)門開(kāi)度信號(hào)所在模件故障，引起RB誤動(dòng)，導(dǎo)致D組給粉機(jī)掉閘，造成燃燒波動(dòng)。經(jīng)檢查，汽機(jī)調(diào)門信號(hào)采集模件為非冗余配置，影響其可靠性。經(jīng)過(guò)對(duì)3#、4#機(jī)組類似信號(hào)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)每臺(tái)機(jī)組需要冗余配置的重要信號(hào)為18個(gè)，而目前機(jī)柜內(nèi)已經(jīng)沒(méi)有對(duì)應(yīng)的空余槽位實(shí)現(xiàn)上述信號(hào)的冗余。
1.1.4 目前AP負(fù)荷超標(biāo)，影響系統(tǒng)安全運(yùn)行
3#機(jī)組2月12目測(cè)試AP1負(fù)荷43％，AP2負(fù)荷52％，AP3負(fù)荷65％，AP4負(fù)荷65％。兩門子建議AP負(fù)荷最好在40％以下；《火力發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)在線驗(yàn)收測(cè)試規(guī)程》規(guī)定，中央處理單元惡劣工況卜負(fù)荷率不得超過(guò)60％。
上述問(wèn)題充分說(shuō)明，有必要增加一套AP系統(tǒng)，將部分其它AP的內(nèi)容移至新增AP內(nèi)，降低負(fù)荷，同時(shí)增加資源冗余度。
1.2 系統(tǒng)擴(kuò)容可行性
1.2.1 DCS提供商西門子公司技術(shù)支持 
通過(guò)與西門子公司專業(yè)人員技術(shù)交流，以及由德國(guó)西門子總部系統(tǒng)測(cè)試，目前T－XP系統(tǒng)2套冗余PU、1套冗余SU的配置，以及主機(jī)性能、軟件資源滿足擴(kuò)展AP系統(tǒng)需求。擴(kuò)展AP后不影響會(huì)提高低層控制系統(tǒng)的可靠性。
1.2.2 其他廠家的經(jīng)驗(yàn) 
來(lái)自首屆T—XP系統(tǒng)技術(shù)交流會(huì)的信息，我們公司3#、4#機(jī)組AP資源不足問(wèn)題在部分其它T—XP電廠用戶也存在。其中，揚(yáng)州二電廠已經(jīng)擴(kuò)展了2套AP，主要解決AP負(fù)荷過(guò)重問(wèn)題。擴(kuò)展后該廠因DCS引起的機(jī)組異常狀況明顯下降。
二、擴(kuò)容的方案、技術(shù)和安全措施 
基于上述原因，我們通過(guò)對(duì)運(yùn)行工況下3#機(jī)組T—XP系統(tǒng)AS620B系統(tǒng)各子系統(tǒng)測(cè)試分析，在綜合考慮大修進(jìn)度、系統(tǒng)安全、供貨時(shí)間和擴(kuò)容工作可能出現(xiàn)的問(wèn)題等因素后，決定新增加一對(duì)AP(增加的AP定義為AP5，機(jī)柜定義為DC09柜)，將AP3中的部分資源遷移至新增的AP5內(nèi)，降低AP3的負(fù)荷。經(jīng)研究確定如下方案和措施：
2.1 方案
2.1.1 考慮到大修進(jìn)度和設(shè)備劍貨時(shí)間的限制，不適合對(duì)AP各子系統(tǒng)作大規(guī)模的調(diào)整，確定將AP3內(nèi)擴(kuò)展柜內(nèi)的三層機(jī)架(即：AP3的DC06柜AG層信號(hào)、BG層信號(hào)、CG層信號(hào))直接遷移到AP5，機(jī)柜和模件位置不動(dòng)，通過(guò)總線和AP5相連，相應(yīng)的代碼、功能區(qū)進(jìn)行修改；具體涉及異動(dòng)內(nèi)容包括：
AP3異動(dòng)的馬達(dá)、擋板等信號(hào)，共80臺(tái)；
AP3異動(dòng)的連續(xù)控制設(shè)備，共18套；
AP3異動(dòng)的4-20mA模擬量信號(hào)，共103個(gè)；
AP3異動(dòng)的ptl00溫度信號(hào)，共110個(gè)；
2.1.2 在AP5中需要冗余配置的15個(gè)信號(hào)和3個(gè)非兀余配置信號(hào)，直接從MC柜的原接線位置拆除，在MC柜內(nèi)新增加端子排，將異動(dòng)的信號(hào)全部重新打線，集中通過(guò)信號(hào)線送到AP5內(nèi)，利用新增模件實(shí)現(xiàn)。刪除原來(lái)組態(tài)的信號(hào)邏輯。新增信號(hào)2個(gè)。具體信號(hào)為：模擬量9個(gè)，開(kāi)關(guān)量11個(gè)。
2.2 主要技術(shù)、安全措施
a)精確定義擴(kuò)容的范圍，根據(jù)人修進(jìn)度制定項(xiàng)目的進(jìn)度時(shí)間表，并嚴(yán)格執(zhí)行。對(duì)實(shí)際工程進(jìn)度要做詳細(xì)的記錄。
b)機(jī)組停運(yùn)前對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行負(fù)荷測(cè)試，并做記錄作為原始資料保存和擴(kuò)容改造前后的效果對(duì)比。對(duì)涉及擴(kuò)容的相關(guān)邏輯在下作開(kāi)始前要進(jìn)行打印、歸檔。對(duì)每個(gè)異動(dòng)的設(shè)備詳細(xì)統(tǒng)計(jì)、整理。
c)機(jī)組停運(yùn)前對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行全面檢查，確保系統(tǒng)的完好性。擴(kuò)容工作開(kāi)始前，對(duì)ES680系統(tǒng)、項(xiàng)目進(jìn)行雙備份；對(duì)OM系統(tǒng)的PU、SU、OT進(jìn)行雙備份。保證系統(tǒng)擴(kuò)容出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)能恢復(fù)到一個(gè)正常狀態(tài)。
d)擴(kuò)容工作要嚴(yán)格執(zhí)行《火力發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)運(yùn)行檢修導(dǎo)則》和西門子公司的技術(shù)規(guī)范。
e)擴(kuò)容改造硬、軟件完成后，要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行功能和性能測(cè)試。包括I／O功能、OM顯示功能、工作站功能、報(bào)表打印存儲(chǔ)功能等功能和AP負(fù)荷、總線負(fù)荷、電源性能等性能測(cè)試和檢查。以上各項(xiàng)工作完成后系統(tǒng)投入試運(yùn)行。
三、擴(kuò)容改造的實(shí)施過(guò)程、步驟 
3.1 擴(kuò)容前的準(zhǔn)備工作
a) 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行備份，HP9000、PU、SU、OT各備兩份。
b) 對(duì)涉及擴(kuò)容的每個(gè)功能圖和相關(guān)功能圖進(jìn)行打印，存檔。
c) 對(duì)AP和OM的代碼做無(wú)錯(cuò)性檢查，確保在擴(kuò)容前系統(tǒng)正常。
3.2 硬件的安裝和連接
a) 機(jī)柜和機(jī)架的安裝：硬件安裝和軟件工作可以同時(shí)進(jìn)行。機(jī)座采用槽鋼焊接與原DC08柜剛性連接，在底座上加膠皮作為機(jī)柜防震措施，最后用螺栓將機(jī)柜和底座固定。
b) 電源的連接：機(jī)架與機(jī)柜使用螺栓無(wú)電阻連接(在機(jī)柜出廠時(shí)己固定好)，機(jī)柜采用24mm²電纜與接地點(diǎn)連接。DC09柜電源采用PC01、PC02兩路獨(dú)立電源冗余供電，電源柜采用25A斷路器，電源線采用4×20mm²電纜連接。
c) 網(wǎng)絡(luò)的安裝連接：在Plant Bus的星藕器中插入兩塊網(wǎng)絡(luò)接口模件ECTP3；分別用2根網(wǎng)絡(luò)電纜6XVl850—OBN20連接Plant Bus星藕器中的ECTP3和DC09柜中的CP1430；將DC06柜IM614至DC05柜AP3中IM304的2根電纜拆除，并將相連的IM304拆除；將DC05柜拆下的IM304模件插入DC09柜DG051和DG131中。并且用I／O總線電纜6ES5721－0CC00分別將DC06柜的IM614與DC09柜DG051和DG131的兩塊IM304連接；
d) 模件、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)定：包括FUM機(jī)架、網(wǎng)絡(luò)接口模件、I／O總線模件的地址、參數(shù)設(shè)定。上電均正常后，用PG740給CP1430進(jìn)行地址設(shè)定。
e) 上電前的檢查：對(duì)電源連接、總線連接、接地連接等進(jìn)行檢查測(cè)試；機(jī)柜采用分步上電，兩路電源分別上電，檢有機(jī)柜背后電源兩個(gè)L+應(yīng)為24V±1V，兩個(gè)M接地。正常后再給AP上電，機(jī)架上電；對(duì)各個(gè)模件的狀態(tài)進(jìn)行檢查，正常后機(jī)柜投入試運(yùn)行，具備代碼的下載條件。
3.3 軟件組態(tài)
a) AP.license寫入：T—XP系統(tǒng)在出廠時(shí)對(duì)系統(tǒng)的AP數(shù)量作了限制，擴(kuò)容增加AP必須在購(gòu)買產(chǎn)品時(shí)，獲得本項(xiàng)目的AP1icense，并將其寫入ES680系統(tǒng)，之后才可以開(kāi)始增加AP的軟件的修改、組態(tài)工作。
b) 軟件框架建立：在系統(tǒng)硬件拓?fù)鋱DYDH：1YQTXP00上增加AP5。重新組態(tài)硬件YDM圖：DC05、DC09。將DC05中的擴(kuò)展機(jī)柜二層機(jī)架刪除；在新增DC09中加入DC09基本機(jī)架和DC05的擴(kuò)展機(jī)架；重新組態(tài)YDR圖：DC06.AG DC06.BG DC06.CG。新增YDR圖：DC09.AG DC09.BG DC09.DG。
c) 應(yīng)用軟件組態(tài)：對(duì)涉及擴(kuò)容的YFR圖修改，調(diào)整AP號(hào)。對(duì)AP的CPU REFERENCE進(jìn)行調(diào)整。
d) 代碼的生成和下載：擴(kuò)容涉及各個(gè)AP，分別對(duì)AP1、AP2、AP3、AP4、AP5、APF，進(jìn)行硬件、軟件、LAN的代碼生成和下載。對(duì)ASR、PROCESS FUNCTION、PROTOCAL、MMI、BDM和FUP分別生成和下載至對(duì)應(yīng)的PU、SU和OT。
3.4 系統(tǒng)測(cè)試
a) 使用西門子公司提供的測(cè)試手段Pgmaster對(duì)所有AP及APF進(jìn)行負(fù)荷測(cè)試。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。
b) 對(duì)每對(duì)AP分別進(jìn)行冗余切換試驗(yàn)。對(duì)每對(duì)PU、SU分別進(jìn)行冗余切換試驗(yàn)。
c) 在OM畫面上觀察涉及本次擴(kuò)容的每一個(gè)信號(hào)和設(shè)備，檢查其狀態(tài)是否正常。
d) 對(duì)涉及本次擴(kuò)容的各個(gè)AP之間互相傳輸?shù)男盘?hào)，采用在MC柜用信號(hào)發(fā)生器接入的方式進(jìn)行檢查，觀察其傳輸是否正常。
e) 檢查信息存儲(chǔ)、打印功能是否正常。
四、改造的實(shí)施結(jié)果、問(wèn)題和建議 
4.1 實(shí)施結(jié)果
a) 通過(guò)AP的擴(kuò)容改造，有效的降低了AP的負(fù)荷，提高了底層控制系統(tǒng)的安全性、可靠性。負(fù)荷測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

注：改造后測(cè)試結(jié)果為連續(xù)12天在機(jī)組不同負(fù)荷工況下的最大值。 
b) 為系統(tǒng)的擴(kuò)展提供了必要的便件、軟件資源，為下一步系統(tǒng)改進(jìn)奠定了基礎(chǔ)。擴(kuò)容后為系統(tǒng)提供了38個(gè)標(biāo)準(zhǔn)槽位。
c) 對(duì)部分重要信號(hào)進(jìn)行了冗余配置，提高了系統(tǒng)的可靠性、安全性。對(duì)15個(gè)信號(hào)進(jìn)行冗余配置。
d) 系統(tǒng)靜態(tài)測(cè)試、熱態(tài)測(cè)試、負(fù)荷測(cè)試、冗余切換、信號(hào)傳輸及控制功能測(cè)試均正常。
4.2 存在的問(wèn)題和建議
a) 擴(kuò)容改造為系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)，但3#、4并機(jī)組T—XP系統(tǒng)投產(chǎn)以來(lái)，一直未進(jìn)行軟件的升級(jí)，一些固有的問(wèn)題西門子公司也是通過(guò)對(duì)軟件的升級(jí)來(lái)解決的，因此建議對(duì)系統(tǒng)的軟件進(jìn)行升級(jí)。這也是德國(guó)西門子公司T—XP系統(tǒng)管理中心在2003年2月7日對(duì)公司3#機(jī)組測(cè)試后提出的建議。軟件的升級(jí)將解決該系統(tǒng)在眾多用戶使用工作中出現(xiàn)的問(wèn)題。例如：ES680軟件的升級(jí)，將會(huì)極大的提高系統(tǒng)軟件處理能力。
b) 建議對(duì)PU、SU硬件進(jìn)行升級(jí)。以此來(lái)提高機(jī)器的性能和軟件處理速度，整體提高DCS的性能。同時(shí)因?yàn)檫@些硬件在市場(chǎng)上已不是主流產(chǎn)品，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)較難修復(fù)和購(gòu)置。
c) 擴(kuò)容是一項(xiàng)復(fù)雜龐大的工程，為了保證安全、可靠，建議住今后進(jìn)行此類工作時(shí)為系統(tǒng)測(cè)試留出足夠的時(shí)間。并且對(duì)系統(tǒng)試運(yùn)行全面監(jiān)測(cè)。