火力发电厂PLC系统改造为DCS研究及实践

火力发电厂PLC系统改造为DCS研究及实践

陈云雷

(马鞍山当涂发电有限公司243000)

摘要：结合某公司#1～#4机组(4*600MW)精处理PLC控制系统改造并入单元DCS控制实例，分析了改造前后的具体实施方法步骤并针对改造过程中遇到的问题及解决方案进行简述，总结改造后实际使用效果及实践意义。

关键词：精处理;分散控制系统;可编程逻辑控制器;智能智慧

工业界对分散控制系统(DCS)与可编程逻辑控制器(PLC)孰优孰劣的争论已经持续了至少40年。传统认为，PLC侧重于开关量、简单的顺序控制，在逻辑运算方面比DCS要快。DCS侧重于模拟量、连续、复杂的自动调节控制，重点在于系统的可靠性、分散性及复杂数据的处理能力。组态方面，PLC以梯形图为主，DCS以模块功能图为主，从开发效率和程序可读性来考虑，DCS胜过PLC。以前，相对于PLC而言，DCS通常更加昂贵。然而，随着技术的发展，两者功能特性越来越接近，价格差异也在缩小，曾经一度清晰的选择，现在似乎变得越来越模糊。

1改造前精处理PLC介绍

1.1PLC控制系统硬件组成

凝结水精处理PLC系统的由PLC主机、I/O模块、网络通讯模块、电源柜、交换机、适配器、通讯电缆、光缆等PLC的全套软硬件控制设备，程控柜(含远程I/O柜)、电源柜包括柜内所有的继电器、电源开关等辅助设备和柜内接线等，凝结水精处理在电子间设置一台操作员站，单元机组集控室内通过全厂辅助车间监控网络上的操作员站对凝结水精处理系统进行集中实时监控。PLC为双机热备，双机热备系统主机和备用机完全相同的配置，即双机架、双电源、双CPU、双通讯模块，双机无扰切换时间保证两套主机的无扰切换，切换时间为60ms;CPU的内存不小于1.5M。PLC系统在上层冗余以太网中的地址可在热备系统中能够自动转换，无论哪一台PLC切换成主机，主机和备机IP地址总能够相互切换，使之固定不变。在1#机、2#机混床处均分别设远程I/O柜，其它程控机柜/电源柜均布置在凝结水精处理电子设备间内。控制机柜(含远程I/O柜)均为2100×1000×600(HxWxD)。I/DO模块的端子外部供电为24VDC，DI采用32点模块，DO采用16点模块;模拟量I/O为4mA～20mA，采用AI:16点和AO:8点模块。

1.2PLC控制系统网络结构

改造前精处理PLC与辅助车间网络通过光缆连接，辅助车间监控网采用冗余配置的100M工业以太网。PLC系统的以太网通讯接口卡冗余配置，当一条网络线路通讯故障时，可自动切换至另一条线路，不因此影响上层网络对本系统的监控。下层PLC控制网络通过冗余的ControlNet连接到控制器框架以及其它远程框架。

1.3PLC控制系统功能介绍

操作站兼工程师站具备的基本功能有:实时监视系统内每一个模拟量和数字量;显示并确认报警;显示操作指导;建立趋势画面并获得趋势信息;打印报表;自动和手动控制方式的选择;调整过程设定值和偏置;控制系统组态;数据库管理和维护;画面的编辑及修改。控制操作功能有:1)可按组态通过鼠标指定画面上的对象进行开关或增减操作;2)控制系统采用程控、远控、就地控制相结合的方式;3)对于程序控制系统具有自动、半自动、步操及就地手操4种操作方式;4)在手动方式下操作员启停电动机、开关阀门及其它设备时，LCD画面提供操作指导;5)现场设备故障，影响程控前进时，在满足相关约束下，运行人员干预可进行跳步操作;6)设备处于就地操作方式时，上位机操作无效。

2改造前存在问题

改造前，PLC控制系统无法长期保存历史趋势及操作记录，现代企业对设备及系统精细化管理水平要求提高，水质监测监督力度加大，改造前系统存储的短期数据已无法满足多数基于数据分析管理设备要求。

3升级改造内容

1)在现有PLC系统电子间内，拆除原有PLC除电源柜外所有设备，保留现有信号线缆，保留原PLC电源。

2)对现PLC系统使用的组态逻辑及工艺流程图进行转换，将现有和利时Logix内梯形图控制逻辑及Ifix图转换成升级后DCS系统自定义功能块逻辑及画面显示格式，在保持原操作习惯不变的前提下，对操作风格进行DCS人机交互优化。

3)将精处理原有PLC网络硬件取消拆除，采用现单元机组DCS系统网络结构，即稳定可靠直接通信的单层网、对等网络结构。

4)原现场至PLC端子的信号线缆接到新DCS卡件上，并进行校线、传动信号等工作，远程站控制设备拆除、继电器拆除作为DCS控制信号转接柜，敷设电缆至再生控制间DCS远程站DCS设计通道端子上。

5)在设备安装调试完成后对精处理系统所有顺控、程控及测点报警保护功能进行测试传动。

4改造后优点

4.1控制系统安全性能提升

单元机组DCS各处理器、网络和电源均采用的双冗余配置，在生产系统运行过程中发生某个重要硬件节点及控制软件故障，处于热备用状态的冗余元件立即切换为主工作元件并在系统设备报警中进行故障报警提示，使得控制系统安全可靠性能得以保证。但是原PLC控制系统之中，主从控制器间仅为备用状态，主要设备发生故障时只存在就地状态指示灯报警，系统安全性性能较弱。

4.2扩展性和兼容性差异

改造后，DCS的兼容性和扩展性较原PLC之间得到很大的提升，改造后和利时MACSK系列的DCS属于火电厂控制管理层的大型的网络系统工程，操作级和网络平台都是以太网形式，采用的是当前标准的TCP/IP协议，这为整个系统的扩展提供了方便。原PLC系统主要针对辅助设备进行控制，在兼容性和扩展性方面是存在设计弊端的，在底层生产现场的自动控制和数据采集层面对未来智能智慧火力发电系统资源需求和共享有很大的制约性。

4.3数据库统一

改造后，DCS使用的是将原PLC控制设备及测点与单元机组统一的数据库，单元机组DCS系统中保存所有原始数据，而单在PLC控制系统中，上下位软件的通讯建立都需要第三方进行数据库统一。统一的数据库为下一步智能智慧电站的实现保证了源数据质量。

5控制系统改造后投入运行效果

精处理PLC系统改造接入单元机组DCS控制能够充分满足现代大容量、高参数火力发电机组先进的生产管理需求，符合现代火力发电的大集控理念，也是减少运行人员数量、降低人工成本的有效技术手段。统一的数据库，标准化的网络协议及结构是建立云平台、大数据分析的基础。系统之间数据共享，运维更高效、便捷。其辅助生产系统19套PLC控制系统改造积累经验，确保全厂生产控制系统之间的无缝整合和控制安全。

6结语

工业生产自动化系统的网络化、标准化、智能智慧化是现代工业发展的必然趋势。将PLC系统改造为DCS，对火力发电厂控制系统进行统一化，充分实现电厂生产经营管理的智能化和自动化，达到提高企业现代化管理水平、提高企业经济效益的目的，为提高企业市场竞争能力的目标奠定了基础。

参考文献

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