燃氣輪機本特利3500 控制系統(tǒng)軟硬件升級改造

朱俊

（上海華電電力發(fā)展有限公司望亭發(fā)電分公司，江蘇 蘇州215155）

1 原控制系統(tǒng)概況

上海華電電力發(fā)展有限公司望亭發(fā)電分公司兩臺GE 公司的S109FA 燃氣——蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組采用了GE MK VI 透平控制系統(tǒng)，與其配套的燃機、汽輪發(fā)電機組本體監(jiān)測和危險氣體檢測系統(tǒng)采用的是本特利3500 控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)共由兩個機架、一臺監(jiān)視和組態(tài)用的上位機、以及電源模塊、交換機等部件組成。機架1 負責(zé)對燃機、汽輪發(fā)電機組本體振動、軸位移、差脹、偏心、鍵相等信號進行監(jiān)測；機架2 對燃機及發(fā)電機側(cè)甲烷、氫氣等危險氣體濃度信號進行監(jiān)測，輸出模擬量及開關(guān)量控制信號到MK VI 系統(tǒng)進行邏輯運算，作為機組啟動允許及聯(lián)鎖跳閘保護條件。

2 改造前存在的問題

該公司兩臺燃氣輪機自2005 年雙投后連續(xù)運行至今已有十多年時間，作為燃機及汽輪發(fā)電機的重要監(jiān)測保護系統(tǒng)——本特利3500 控制系統(tǒng)，其軟硬件還是十多年前的產(chǎn)品，設(shè)備老化嚴重，運算速度、安全穩(wěn)定性已經(jīng)完全不能適應(yīng)目前機組運行的要求，存在的具體問題如下：

2.1 兩臺監(jiān)視和組態(tài)用的集成一體式上位機老化嚴重，觸摸屏已失效，更換過硬盤、風(fēng)扇等部件，其主板、內(nèi)存、顯卡等部件也發(fā)生出現(xiàn)不同程度的老化，目前市場上已采購不到相同類型的備件，一旦發(fā)生故障將直接導(dǎo)致無法對系統(tǒng)進行組態(tài)和監(jiān)視。

2.2 兩臺上位機采用的操作系統(tǒng)還是Windows2000 系統(tǒng)，其組態(tài)軟件、畫面監(jiān)控軟件、數(shù)據(jù)庫都是老版本的32 位系統(tǒng)下的應(yīng)用程序，不支持現(xiàn)在Win7 以上的64 位操作系統(tǒng)，單純升級硬件將無法使用軟件。而且系統(tǒng)運行日益緩慢，頻繁出現(xiàn)卡頓、死機等故障，對于監(jiān)視、設(shè)備校驗和系統(tǒng)組態(tài)帶來很大的影響。

2.3 兩個機架上的框架接口模塊是老型號的3500/20 卡件，只支持RS-232/RS-422 串行通訊，沒有TCP/IP 以太網(wǎng)傳輸功能，需和3500/92 通訊網(wǎng)關(guān)卡件配合使用才能實現(xiàn)以太網(wǎng)傳輸。該卡件已經(jīng)故障更換過，備件已使用完，目前工廠早已停產(chǎn)，市場上已采購不到相同型號的備件，一旦再出現(xiàn)故障將直接導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓。

2.4 本特利3500 操作員畫面監(jiān)視軟件是V1.50 版本，與現(xiàn)場數(shù)據(jù)的通訊是靠3500 Data Acuisition Server 軟件通過網(wǎng)線與兩個機架上的通訊卡件進行通訊，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換，是依靠軟件通過以太網(wǎng)傳輸來實現(xiàn)的。由于軟件版本低、交換機運行年限較長等原因，與通訊卡件的數(shù)據(jù)交換不是很穩(wěn)定，經(jīng)常會發(fā)生通訊中斷，必須重啟操作系統(tǒng)，并重新打開數(shù)據(jù)交換軟件和操作員畫面監(jiān)視軟件，有時還需要重啟交換機才能解決問題。

2.5 原設(shè)計兩臺機組本特利3500 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)是互通的，當(dāng)一臺機組故障時可以使用另一臺機組的系統(tǒng)進行監(jiān)控，實現(xiàn)相互備用。然而由于軟件版本以及系統(tǒng)通訊問題，有時會出現(xiàn)報警互竄現(xiàn)象，給報警分析及故障追憶帶來不便。而且在一臺停機的機組上進行系統(tǒng)組態(tài)時，會不小心選到另一臺運行的機組上去，存在較大的安全隱患。

3 改造方案

基于以上存在的這些問題，必須對兩臺燃機的本特利3500 控制系統(tǒng)進行軟硬件升級改造。我們與制造廠家本特利公司簽署合作協(xié)議來共同完成兩臺燃機本特利3500 控制系統(tǒng)的升級改造工作。具體改造方案如下：

3.1 取消原系統(tǒng)中兩臺監(jiān)視和組態(tài)用的老式上位機，采用本特利最新型號的94M 系列一體式集成機取代。

3.2 監(jiān)視系統(tǒng)和組態(tài)系統(tǒng)分離，上位機負責(zé)監(jiān)視系統(tǒng)參數(shù)，提供監(jiān)控畫面、信號報警、實時趨勢、歷史追憶等功能，組態(tài)系統(tǒng)采用專用的便攜式組態(tài)編程器來完成。

3.3 在兩臺機組的四個機架上增加四塊3500/94M 通訊模件以及兩臺94M 路由器，將機架上面卡件的組態(tài)信息通過專用電纜直接與94M 一體式集成機進行數(shù)據(jù)通訊，通過硬件來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換。增加兩塊94M 一體機和路由器專用的24V 開關(guān)電源。

3.4 將兩臺機組四個機架上面的四塊3500/20 框架接口模塊升級為支持以太網(wǎng)傳輸控制協(xié)議，且?guī)в兴矐B(tài)數(shù)據(jù)接口（TDI）的框架接口模塊3500/22M，并取消原系統(tǒng)中的四塊3500/92 通訊網(wǎng)關(guān)卡件。

3.5 便攜式組態(tài)器采用最新的64 位Win10 操作系統(tǒng)，3500 系統(tǒng)組態(tài)軟件升級為最新的支持Win10 系統(tǒng)的V6.3 版本，畫面監(jiān)控、趨勢、報警等軟件都升級到最新版本。

3.6 升級原系統(tǒng)中的兩臺老型號的以太網(wǎng)交換機，采用高安全穩(wěn)定性的菲尼克斯工業(yè)級以太網(wǎng)交換機，取消原來兩臺機組兩套本特利3500 系統(tǒng)的交叉控制功能，實現(xiàn)各自獨立。本特利3500 控制系統(tǒng)軟硬件升級改造前后的對比如表1所示。

4 改造中所做的具體工作

4.1 在兩臺機組的檢修中完成具體的改造工作。開工前分別編制了本特利3500 控制系統(tǒng)軟硬件升級改造施工安全措施和技術(shù)組織措施，嚴把升級改造工作的安全質(zhì)量關(guān)。

4.2 改造前事先做好原來四個機架組態(tài)文件、控制常數(shù)、監(jiān)控畫面、報警信號等內(nèi)容的備份工作。

表1

4.3 記錄好原系統(tǒng)內(nèi)兩臺上位機、四塊3500/20 數(shù)據(jù)接口模塊及3500/92 通訊網(wǎng)關(guān)卡的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議配置信息。

4.4 對原系統(tǒng)機架上所有“BYPASS”信號進行記錄，對系統(tǒng)內(nèi)所有模件進行檢查并記錄故障報警情況，對系統(tǒng)內(nèi)所有采用常閉觸點和常為“1”信號的DO 點進行整理。系統(tǒng)斷電前與運行人員聯(lián)系好，確認機組停用且具備3500 系統(tǒng)升級改造條件。

4.5 對系統(tǒng)內(nèi)所有上位機及機架斷電，移除老的上位機、3500/20 數(shù)據(jù)接口模塊、3500/92 通訊網(wǎng)關(guān)卡、網(wǎng)絡(luò)交換機，斷開兩臺機組的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)光纜。安裝新的一體式集成機、3500/94M 通訊模件及路由器、框架接口模塊3500/22M、24V 開關(guān)電源和網(wǎng)絡(luò)交換機，敷設(shè)并連接好相關(guān)的電源線、3500/94M專用通訊電纜及網(wǎng)線，確認各端子接線及通訊電纜插頭和網(wǎng)口連接無誤后進行系統(tǒng)上電調(diào)試。

4.6 系統(tǒng)上電，檢查系統(tǒng)內(nèi)所有機架、上位機、94M 路由器、網(wǎng)絡(luò)交換機是否都上電工作。確認正常后，進行上位機及四個機架3500/22M 框架接口模塊的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議配置，3500/94M 通訊模件的組態(tài)，“BYPASS”信號、常閉觸點和常為“1”信號的恢復(fù)，控制常數(shù)、監(jiān)控畫面、報警信號等內(nèi)容的檢查配置，機架組態(tài)信息的下裝等工作。

4.7 檢查四個機架上所有卡件的工作狀態(tài)，確認無報警異常信息，在上位機上查看各個機架上面的數(shù)據(jù)是否通訊正常，畫面切換是否流暢，檢查信號數(shù)據(jù)、控制參數(shù)、系統(tǒng)時間、報警信息、歷史追憶等功能都完好正確。

4.8 在便攜式組態(tài)器上面安裝好正版Win10 系統(tǒng)和3500config v6.3 組態(tài)軟件，設(shè)置好網(wǎng)絡(luò)協(xié)議配置信息后接入系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)交換機上，測試網(wǎng)絡(luò)協(xié)議配置是否正確，確認與系統(tǒng)各機架通訊正常。打開組態(tài)軟件測試各機架組態(tài)信息上傳、下裝以及危險氣體探頭信號標(biāo)定功能都正常無誤。

4.9 所有調(diào)試工作都完成后，將各個機架新的組態(tài)文件下載并導(dǎo)出保存。

圖1 改造后3500/94M 模件與上位機及路由器連接圖

5 改造后的效果

兩臺機組本特利3500 控制系統(tǒng)軟硬件升級改造后，上位機觸摸屏反應(yīng)靈敏，通過專用通訊電纜直接與3500/94M 通訊模件進行通訊，不再依靠軟件通過網(wǎng)口進行數(shù)據(jù)傳輸，程序固化在一體機內(nèi)，無需升級，從而使得數(shù)據(jù)刷新迅速、畫面切換流暢、不存在卡頓延遲現(xiàn)象，報警信息、歷史趨勢等功能調(diào)用迅速簡便，一目了然。機架上的數(shù)據(jù)接口模塊由老型號的3500/20 框架接口模塊升級為帶有瞬態(tài)數(shù)據(jù)接口（TDI）的3500/22M 接口模塊，解決了老型號卡件停產(chǎn)無備件的問題，增強了系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)功能，提升了兼容性及穩(wěn)定性。以太網(wǎng)交換機升級為菲尼克斯公司FL SWITVH 4TX/FX 工業(yè)級交換機，提升了系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)乃俣燃胺€(wěn)定性。把系統(tǒng)的監(jiān)視和組態(tài)功能分離，上位機只負責(zé)監(jiān)控，系統(tǒng)組態(tài)由便攜式組態(tài)器完成，增強了系統(tǒng)的安全性。取消兩臺機組本特利3500 控制系統(tǒng)交叉控制功能，實現(xiàn)各自獨立，解決了報警互竄問題，而且可以防止誤操作，保障機組安全運行。系統(tǒng)軟件及組態(tài)軟件都升級到最新的版本，提升了整個系統(tǒng)的兼容性及安全穩(wěn)定性。

6 結(jié)論

綜上所述，兩臺燃氣輪機通過對本特利3500 控制系統(tǒng)進行軟硬件升級改造，大大提升了系統(tǒng)的運行速度以及安全性和穩(wěn)定性，有效降低機組非停事件的發(fā)生率，為確保機組的安全穩(wěn)定運行提供了堅強保障。