鎮(zhèn)海9E燃機(jī)DCS操作臺(tái)改造

謝培嚴(yán)（浙江鎮(zhèn)海發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 寧波 315208）

分散控制系統(tǒng)（DCS）以其高度的可靠性、強(qiáng)大的功能、靈活的配置在火電廠熱控系統(tǒng)中獲得了廣泛的應(yīng)用。它的可靠性直接關(guān)系到機(jī)組運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。隨著DCS 使用年限的增加，由DCS故障引起的事故比例有逐年上升的趨勢(shì)，同時(shí)也使為數(shù)較多的DCS用戶面臨DCS改造升級(jí)問(wèn)題。本文以鎮(zhèn)海燃?xì)?蒸汽聯(lián)合發(fā)電機(jī)組DCS操作員站改造為例，介紹DCS操作員站改造的解決方案及經(jīng)驗(yàn)。

1 項(xiàng)目概況

浙江鎮(zhèn)海聯(lián)合發(fā)電有限公司（以下簡(jiǎn)稱鎮(zhèn)海聯(lián)合）300MW聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組于1996年開(kāi)始建設(shè)，整個(gè)工程由英國(guó)John Brown公司設(shè)計(jì)。機(jī)組于1998年正式投產(chǎn)，該工程的DCS控制系統(tǒng)采用ABB公司的INFO-90系統(tǒng)，原DCS操作臺(tái)由三臺(tái)OIS25.3系列操作站組成。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行，故障率逐步上升，經(jīng)常發(fā)生操作臺(tái)死機(jī)及部件損壞現(xiàn)象，同時(shí)存在維護(hù)費(fèi)用高，備品備件采購(gòu)困難等問(wèn)題。2003年進(jìn)行操作臺(tái)第一次升級(jí)改造，采用ABB的Conductor NT 方案：將3臺(tái)OIS25中的一臺(tái)升級(jí)成Conductor NT，換下來(lái)的OIS25設(shè)備作為另外2臺(tái)的備件。2007年采用ABB的Power Generation Portal 方案對(duì)操作臺(tái)進(jìn)行第二次全面升級(jí)改造，目前操作員站采用3臺(tái)Power Generation Portal服務(wù)器，3臺(tái)Power Generation Portal客戶機(jī)。

2 DCS操作員站改造方案確定

原DCS操作員站（OIS25）從投產(chǎn)至2003年，差不多已運(yùn)行8年多，操作員站的主要部件由于老化已多次發(fā)生死機(jī)等故障，而且部分部件已停止生產(chǎn)，導(dǎo)致備件難以購(gòu)買且價(jià)格很高，例如原用于操作員站數(shù)據(jù)備份的專用備份工具沒(méi)辦法采購(gòu)到，造成操作員站數(shù)據(jù)無(wú)法進(jìn)行備份，這不但是一個(gè)極大的安全隱患，同時(shí)也制約著今后DCS完善和擴(kuò)展。DCS操作員站升級(jí)改造勢(shì)在必行。

由于運(yùn)行機(jī)組不像新建機(jī)組一樣有較長(zhǎng)的改造工期和較長(zhǎng)的調(diào)試、試運(yùn)行時(shí)間，操作臺(tái)改造必須利用機(jī)組大修短短一個(gè)月時(shí)間內(nèi)完成，工期相對(duì)比較緊張。另外，改造完成后機(jī)組立即需要商業(yè)化運(yùn)行，必須確保改造一次性成功，安全上的壓力也比較大，對(duì)于運(yùn)行人員，由于缺少足夠的學(xué)習(xí)時(shí)間和適應(yīng)過(guò)度期，同樣也存在各種不安全的因素。因此，筆者采用的升級(jí)策略是對(duì)操作員站進(jìn)行分步改造，即，將3臺(tái)OIS25中的一臺(tái)進(jìn)行升級(jí)，換下來(lái)的OIS25設(shè)備作為另外2臺(tái)的備件。這樣既解決了原OIS25備品備件問(wèn)題，又能使運(yùn)行人員獲得較長(zhǎng)時(shí)間的學(xué)習(xí)、適應(yīng)時(shí)期。

2003年對(duì)操作員站進(jìn)行第一次改造，當(dāng)時(shí)可選的方案不多，為了兼顧改造的安全系數(shù)及今后的技術(shù)支持，采用ABB的Conductor NT。ABB貝利公司為解決其傳統(tǒng)操作員站問(wèn)題，1997年以剛被兼并的FISCHER&PORTER公司S6000監(jiān)控軟件和自己開(kāi)發(fā)的90通信驅(qū)動(dòng)軟件為基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)了Conductor NT。Conductor NT連在PLANTLOOP和INFINET的接口上，可通過(guò)串行接口或SCSI接口進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，增加了許多功能，裝入工程師站程序還可實(shí)現(xiàn)工程師站的功能。

2007年進(jìn)行操作臺(tái)第二次升級(jí)改造，但沒(méi)有沿用采用Conductor NT的方案，而是采用ABB的Power Generation Portal 方案，其原因?yàn)椋?/p>

（1）ABB的Conductor NT原操作員站圖形和標(biāo)簽不能轉(zhuǎn)換升級(jí)，改造時(shí)必須人工重做，工程量大易造成錯(cuò)誤，各種細(xì)節(jié)問(wèn)題無(wú)法考慮周全，從幾年的運(yùn)行操作反映情況看，相對(duì)于原OIS25，報(bào)警管理比較亂，操作可靠性差；

（2）ABB的Conductor NT自身的缺陷：歷史數(shù)據(jù)管理功能不夠強(qiáng)，數(shù)據(jù)只能存一周左右，開(kāi)放性不夠好等；

（3）ABB公司2003年后又推出新式操作員站，故其軟件已不再開(kāi)發(fā)升級(jí)，今后將較早的面臨備品備件和技術(shù)支持問(wèn)題。

而ABB的Power Generation Portal是ABB公司2003年在Tenore軟件基礎(chǔ)上推出的新一代DCS操作員站，也可替代90系統(tǒng)操作員站。其采用全方位冗余的服務(wù)器/客戶機(jī)結(jié)構(gòu)；具有的數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)核特性使其有強(qiáng)大的歷史數(shù)據(jù)和事件的采集、儲(chǔ)存能力，又可同時(shí)作為歷史站和工程師站使用；信息高度集成，標(biāo)簽容量大，完全開(kāi)放性的界面，易于使用，支持畫面和標(biāo)簽數(shù)據(jù)庫(kù)的轉(zhuǎn)換導(dǎo)入；采用完全開(kāi)放的OPC、MODBUS、ODBC、TCP/IP等標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議和應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)，支持第三方軟件和標(biāo)準(zhǔn)接口，可發(fā)展成為多種信息匯總的公用平臺(tái)，并且因其推出較晚還在不斷升級(jí)完善。

3 DCS操作員站改造實(shí)施

3.1 全方位冗余的服務(wù)器/客戶機(jī)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)

鎮(zhèn)海聯(lián)合廠配置了3臺(tái)PGP Server和3臺(tái)PGP Client，6臺(tái)操作站及其互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)全面實(shí)現(xiàn)冗余配置。

圖1 環(huán)網(wǎng)圖

如圖1所示，每臺(tái)操作站都安裝冗余的以太網(wǎng)網(wǎng)卡，通過(guò)RJ45電纜連接到交換機(jī)上，2臺(tái)交換機(jī)通過(guò)跨接線實(shí)現(xiàn)冗余。任何一臺(tái)Client操作員站可以連接到任意一臺(tái)Server操作站，其中一臺(tái)Server操作站故障時(shí)，連接在其下面的Client操作員站能自動(dòng)切換到其他Server操作站，切換時(shí)間很短，不影響任何操作，這樣只要有一臺(tái)Server操作站正常工作，就能保障3臺(tái)Client的正常運(yùn)行，從而保障系統(tǒng)的正常操作。

3.2 歷史站的實(shí)現(xiàn)

PGP的Server正常的標(biāo)簽庫(kù)容量是15000點(diǎn)，其中歷史庫(kù)容量1000點(diǎn)，但PGP作為歷史站，其歷史庫(kù)容量可以擴(kuò)展至15000點(diǎn)，歷史站與普通的PGP Server的區(qū)別僅僅是軟件的LISENCE的不同，歷史站同樣也是一臺(tái)PGP Server。本廠配置的3臺(tái)PGP Server中包括一臺(tái)歷史站。由于本廠總共標(biāo)簽庫(kù)不大，所有DCS標(biāo)簽都設(shè)計(jì)成用歷史庫(kù)保存。PGP系統(tǒng)每天定期將報(bào)警信息和趨勢(shì)自動(dòng)歸檔。正常情況下，PGP上能查看1周的數(shù)據(jù)，超過(guò)一周的數(shù)據(jù)需要通過(guò)PGP的程序HISTORY回復(fù)歷史數(shù)據(jù)后才能查看。PGP的存貯時(shí)間只受操作臺(tái)硬盤容量的限制，完全能夠滿足歷史站的要求。

3.3 原OIS25畫面和標(biāo)簽數(shù)據(jù)庫(kù)的轉(zhuǎn)換導(dǎo)入

原OIS25畫面和標(biāo)簽數(shù)據(jù)庫(kù)是通過(guò)工程師軟件COMPOSER進(jìn)行轉(zhuǎn)換。標(biāo)簽數(shù)據(jù)庫(kù)可以從操作臺(tái)或原工程師站中導(dǎo)出。由于本廠缺少原操作臺(tái)數(shù)據(jù)備份工具，數(shù)據(jù)是從原工程師站中導(dǎo)出，而工程師站的標(biāo)簽庫(kù)與操作臺(tái)標(biāo)簽庫(kù)未完全同步，增加了一定的工作量。從原工程師站中導(dǎo)出標(biāo)簽格式和內(nèi)容與PGP不完全相同，部分內(nèi)容需要手動(dòng)輸入或通過(guò)工具軟件進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

3.4 報(bào)警系統(tǒng)完善

報(bào)警系統(tǒng)是人機(jī)界面的重要組成部分，報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是目前DCS應(yīng)用（特別是老機(jī)組DCS改造項(xiàng)目）的薄弱環(huán)節(jié)。DCS最基本的“列表報(bào)警”功能也因“不實(shí)用”而被冷落。目前比較常用的是采用“光字牌”輔助鍵盤，由一些DCS設(shè)計(jì)了形式類似的報(bào)警畫面——“軟光字牌”，形式比較貼近運(yùn)行人員，對(duì)運(yùn)行操作有一定幫助。但“軟光字牌”設(shè)置較多，運(yùn)行人員過(guò)分倚重，“列表報(bào)警”中的其它信息（如時(shí)間、報(bào)警回歸等）易遭忽略。筆者認(rèn)為PGP的報(bào)警系統(tǒng)只要組態(tài)得當(dāng)，“光字牌”的所有優(yōu)勢(shì)PGP都能實(shí)現(xiàn)，并且具有“光字牌”無(wú)法替代的優(yōu)勢(shì)。

鎮(zhèn)海聯(lián)合廠將所有信號(hào)按信號(hào)所在區(qū)域劃分成16個(gè)大的報(bào)警組，每個(gè)報(bào)警組下面再設(shè)4個(gè)子報(bào)警組，子報(bào)警組實(shí)際上是按報(bào)警等級(jí)劃分。前面3級(jí)按信號(hào)的重要性依次定義，普通報(bào)警（如測(cè)量上的故障）定義為3級(jí)，影響某整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行的（如自動(dòng)調(diào)節(jié)、電源、重要輔機(jī)跳閘等）定義為2級(jí)，直接威脅機(jī)組安全運(yùn)行的定義為1級(jí)。而4級(jí)只是機(jī)組正常運(yùn)行的事件，不作報(bào)警，定義是將所有4級(jí)從報(bào)警列表上過(guò)濾掉，但在歷史庫(kù)中歸檔，以方便事故分析。前面3級(jí)報(bào)警信號(hào)觸發(fā)時(shí)采用不同的聲音報(bào)警。表1為報(bào)警組組態(tài)實(shí)例，表中數(shù)字為標(biāo)簽的報(bào)警組定義。

表1 報(bào)警組組態(tài)實(shí)例

PGP的即時(shí)報(bào)警系統(tǒng)有2種方式，一個(gè)是最小報(bào)警窗口，在PGP畫面下方可以顯示3條最新的報(bào)警（顯示的數(shù)量也可以通過(guò)定義注冊(cè)表修改），另一個(gè)是報(bào)警列表，功能比較豐富，該系統(tǒng)以報(bào)警組為內(nèi)容的樹(shù)型結(jié)構(gòu)，類似WINDOWS的資源管理器，支持報(bào)警內(nèi)容按組分別瀏覽。報(bào)警組菜單項(xiàng)不展開(kāi)時(shí)能顯示該組下面最高級(jí)別的報(bào)警信號(hào)狀態(tài)，類似“光字牌”功能，非常直觀。

光字牌只具有提醒鍵盤作用，在大量報(bào)警信號(hào)同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，光字牌只包括一些重要報(bào)警，并且不能區(qū)分報(bào)警前后，故障診斷還是需要依賴DCS進(jìn)行，而PGP將報(bào)警按系統(tǒng)分組，報(bào)警內(nèi)容顯示全面，精確顯示報(bào)警觸發(fā)時(shí)間，既避免了因報(bào)警數(shù)量過(guò)多運(yùn)行區(qū)分難的問(wèn)題，又有利于故障的快速診斷。另外，PGP還有報(bào)警篩選、過(guò)濾等其它一些功能也是光字牌無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。

PGP的報(bào)警系統(tǒng)關(guān)鍵是DCS標(biāo)簽庫(kù)的正確定義，雖然這項(xiàng)工作還是比較復(fù)雜，但由于PGP的標(biāo)簽庫(kù)是DBF格式文件，支持離線組態(tài)，所以可以對(duì)標(biāo)簽庫(kù)進(jìn)行逐步完善。

3.5 PGP與第三方軟件通訊的應(yīng)用

DCS與第三方軟件PGP采用完全開(kāi)放的OPC、MODBUS、ODBC、TCP/IP等標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議和應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)，支持第三方軟件和標(biāo)準(zhǔn)接口，可發(fā)展成為多種信息匯總的公用平臺(tái)。

例如鎮(zhèn)海聯(lián)合廠3臺(tái)機(jī)組的勵(lì)磁系統(tǒng)的報(bào)警信息采用PGP的MODBUS RTU功能直接與PGP建立通訊。這種方式相對(duì)靈活、低成本，PGP的串口可以通過(guò)Nport進(jìn)行擴(kuò)展，使PGP的串口可以同時(shí)連接多個(gè)設(shè)備。連接的一個(gè)串口同時(shí)連接至不同機(jī)組的勵(lì)磁系統(tǒng)。PGP中只要定義注冊(cè)表和通訊信號(hào)的標(biāo)簽庫(kù)就能實(shí)現(xiàn)，如圖1所示。本廠PGP與SIS系統(tǒng)通訊也是采用這種方式。

另外，本廠又在今年對(duì)MARKVIE（燃機(jī)控制系統(tǒng)）和DCS的通訊進(jìn)行改造，增加環(huán)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，使用ABB的BRC410卡件進(jìn)行與MARKVIE的通訊，通過(guò)MARKVE與DCS COMPOSER的通訊和PGP畫面的組態(tài)，使操作人員可以在DCS界面上同時(shí)監(jiān)視MARKVIE。

3.6 PGP安全防護(hù)

PGP是基于WINDOWS操作系統(tǒng)，個(gè)人電腦上的病毒同樣容易感染到PGP，對(duì)整改DCS系統(tǒng)造成極大的危害。由于整個(gè)DCS網(wǎng)絡(luò)與外界是隔離的，DCS感染病毒的主要途徑是通過(guò)移動(dòng)存儲(chǔ)介質(zhì)。個(gè)人電腦上通常采用WINDOWS安全策略的設(shè)置和安裝防毒軟件手段來(lái)提供系統(tǒng)安全。但PGP的Server和各種殺毒軟件不兼容，我們?cè)赑GP的Client上安裝殺毒軟件。所有移動(dòng)存儲(chǔ)介質(zhì)對(duì)PGP數(shù)據(jù)的訪問(wèn)用該臺(tái)PGP，通過(guò)PGP自身的網(wǎng)絡(luò)對(duì)其他PGP操作員站實(shí)現(xiàn)。雖然這樣，但是還是要盡量限制移動(dòng)存儲(chǔ)介質(zhì)的使用以及對(duì)移動(dòng)存儲(chǔ)介質(zhì)使用前進(jìn)行殺毒。而通過(guò)空白光盤刻錄是相對(duì)比較安全的PGP拷貝數(shù)據(jù)方式。

為了防止組態(tài)和數(shù)據(jù)丟失，對(duì)PGP進(jìn)行定期數(shù)據(jù)備份非常重要。筆者采用2種方式同時(shí)進(jìn)行備份：

（1）通過(guò)PGP自己的網(wǎng)絡(luò)，對(duì)PGP整個(gè)硬盤進(jìn)行交叉硬盤克隆備份，這樣的好處是系統(tǒng)崩潰時(shí)恢復(fù)很容易。

（2）PGP組態(tài)文件的備份，通過(guò)PGP自身的工具SYSTEM SETUP，對(duì)組態(tài)文件進(jìn)行導(dǎo)出。這種方式備份比較容易，但進(jìn)行數(shù)據(jù)導(dǎo)出時(shí)必須將該臺(tái)PGP完全停運(yùn)退出。否則導(dǎo)出工程中容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)出錯(cuò)無(wú)法再導(dǎo)入，這是因?yàn)闃?biāo)簽庫(kù)定義時(shí)有一些缺省項(xiàng)，如果PGP系統(tǒng)不停運(yùn)，這些缺省項(xiàng)在導(dǎo)出時(shí)會(huì)將實(shí)際運(yùn)行參數(shù)帶出來(lái)，再導(dǎo)入時(shí)會(huì)因?yàn)檫@些帶出來(lái)的參數(shù)不符合格式出錯(cuò)。

3.7 PGP仿真

PGP在沒(méi)有LISENCE的情況下，是可以在普通電腦上安裝。這一點(diǎn)對(duì)PGP的學(xué)習(xí)和熟悉有很大的幫助，但安裝時(shí)應(yīng)注意：

（1）安裝PGP的電腦必須英文操作系統(tǒng)環(huán)境，否則運(yùn)行時(shí)容易出錯(cuò)；

（2）PGP程序在沒(méi)有LISENCE的情況下，可以試用1個(gè)月，但可以通過(guò)修改操作系統(tǒng)日期繼續(xù)使用；

（3）PGP自帶信號(hào)模擬程序，可以對(duì)單個(gè)標(biāo)簽或全部進(jìn)行信號(hào)模擬，方便查看畫面符號(hào)的動(dòng)態(tài)效果。

4 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

OIS25轉(zhuǎn)換的畫面中符號(hào)不能再進(jìn)行修改，為了今后方便DCS完善，建議還是重新建立標(biāo)準(zhǔn)的符號(hào)庫(kù)。

雖然PGP開(kāi)放性好，但由于組態(tài)自由度大，也大大增加了組態(tài)的工作量，組態(tài)時(shí)需要注意的細(xì)節(jié)更多，為了更好的使用，需要不停的逐步完善。