大港電廠DCS改造升級組態程序化的實踐

一、DCS系統改造前情況
天津華能大港發電有限責任公司#4機組是328.5MW燃煤機組，于1992年5月1日移交生產，其控制系統為BAILEY-N90分散控制系統。N90系統包括閉環控制系統、開環控制系統、燃燒器管理系統、數據采集系統、汽機自啟停系統。N90系統共有27個節點，節點模件為NPMOl、NISO1，端子部件為NTCLOl，模件電纜為NKLSOl;使用兩臺OIS主機，帶四臺OIC。
由于受當時技術水平的限制，多功能處理器MFCOl～05版本陳舊，控制執行周期長、負荷率高，處理能力和速度較低。模擬量和溫度信號模件采用的是早期的AMM模件，可靠性差，還存在溫度漂移、需做復雜的校驗等問題。經過十多年的運行，這些模件均已到故障的高發期，加之早已停產，備品備件根本無法買到，嚴重影響到機組的安全運行。因此，控制系統升級改造勢在必行。
改造前#4機組DCS控制系統有2.5個節點(PCU節點23個，OIS節點2個)，其中PCU3/PCU4、PCUl8/PCUl9和PCU5/PCUll在同一個機柜，具備節點合并的條件。
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。軟件采用合并和優化的方式重做和修改。在標簽庫和趨勢庫修改以及OIS的操作畫面變動上盡量維持原狀，以保持運行人員的操作習慣。
二、硬件改造方案
1.硬件配置原則
(1) 將原系統的控制器模件MFC提升為MFP或BRC，并將原有各MFC中的邏輯進行適當合并。
(2) 將AMM全部淘汰。
(3) 保持原系統的架構不變，原有端子板保持不動，確保系統分散度。
(4) 將模件總線改造為雙總線(CONTROLWAY)方式。
2.各節點的硬件配置方案
改造后各節點的硬件配置方案如下表，共計有14個BRClO0、27個MFPl20。

三、軟件改造方案
1.實現軟件組態改造合并全過程監控
本次改造由于涉及的范圍大、對象廣，同時它又不是整個系統全部推倒重來，因此不同于一般電廠的DCS改造，對軟件組態改造合并后的正確性提出了嚴格的要求。借鑒全面質量管理的經驗，我們提出了對本次軟件組態改造合并全過程進行監控的想法。但是，如果使用手工進行軟件組態改造合并，對其全過程進行監控的困難非常大，而且要進行大量繁瑣的驗證工作，耗費的時間將大大增加。電廠的合作方北京華能新銳控制技術有限公司吳鶴春同志自行開發了用C++語言編寫的全自動組態改造合并程序，組態程序一次自動生成，實現了對DCS系統軟件組態改造合并和全過程監控。
2.DCS系統改造的組態修改合并過程
(1) 方案確定
電廠與華能新銳公司就DCS系統改造軟件方案反復探討后，確定改造的總體方案為:先對MFC中原有的功能塊壓縮，然后分別移動到新的塊地址段。例如，將2個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，為今后維護方便，在全壓縮的基礎上，在每一百個塊后空10個塊，其它類推。
(2) 原始組態
電廠提供機組實際的所有PCU模件的CFG文件，并核對CAD圖無誤。
(3) 原始記錄
用華能新銳公司的自動組態改造合并程序掃描所有CFG文件，自動生成對應CFG功能塊的EXCEL表。每個模件兩個表，一個為CFG文件記錄原模件的組態細節，一個為功能塊合并文件記錄原模件的功能塊、功能碼、每個塊占用的輸出塊號、目標功能塊號、完全壓縮后的塊號，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)、對應的標簽號、標簽中PCU模件修改記錄、新文件圖號等。全部模件一次生成全部表單(十分鐘)。
(4) 生成合并方案
按自動生成的EXCEL表，根據上述確定的方案重新分配塊號，此一分配在EXCEL表自動完成(自動計算出新的塊地址)，生成新的EXCEL表作為合并目標塊號。
(5) 用自動組態程序掃描全部圖紙
做好每一個功能塊的原文件號記錄，以備核對和備查。4339張圖，只需要十幾分鐘就全部記錄在案。
(6) 用自動組態程序進行改造合并
程序掃描新EXCEL表中的目標塊號，自動修改CAD圖中的全部功能塊號。將CAD圖上的原塊號按與之對應的新分配塊號一次更改完成，并在EXCEL表中顯示出與新塊號對應的CAD圖頁號。如果是合并模件，此時被合并模件的CAD圖塊號、頁號同時更改，只需將此CAD圖導入目的模件即可。
(7) 用自動組態修改交叉號
由于不同模件中使用的交叉號基本相同，因此合并后交叉必須區分不同模件的組態，在原交叉基礎上增加新標識，此一過程比較復雜。因為原設計是在不同國家進行的(汽機組態在美國，鍋爐組態在加拿大)，風格不同，隨機性比較大，為此設計了多種程序方案。有按PCU號模件號塊號交叉;也有按系統號交叉;也有用信號名稱交叉等。主要難點是在字長接近30個最大允許長度時的修改，有時只能加一個字節進行。但均能一次性正確編譯通過，確保了全部交叉的正確完成。
(8) 用自動組態程序修改數據庫
CAD圖紙的修改完成后，標簽庫的修改工作也十分浩大，而且容易出錯。但采用了自動組態修改程序后就十分簡單，一次性修改編譯完成后沒有任何錯誤。自動程序修改數據庫工作是以原標簽號作為基準，首先從原圖中的PCU號模件號和塊號找到相應的標簽號，按相應的新PCU號、模件號和塊號修改該標簽，再用自動組態改造合并程序掃描此一新EXCEL表，生成對應于新塊號的新DBF文件，將此新DBF文件導入項目樹，就可生成新的標簽庫。
(9) 用自動組態程序修改文件號
在完成上述工作后，由于模件的合并，大量的圖紙要從一個模件合并到新模件中，因此圖紙文件名修改工作量也很大。自動組態修改程序設計了專門用于文件名修改的程序，可一次性完成修改。此項工作遇到的困難是，由于模件合并后的圖號不夠用，十位數超過26個字母和個位數超過10個數字后CAD文件名就不能認。因此，專門設計了個位數用26個字母的程序，保證了文件編號的正確。
(10) 用自動組態程序進行圖紙修改
上述工作完成后，主要組態工作基本完成。但是，在圖紙方面有大量的工作要做，標題欄上的修改工作很多，PCU號、模件號、子模件號、文件名、子模件位置、端子板位置等許多修改工作要完成。特別是對于子模件，手動修改費時費事，一一核對容易發生手工錯誤。因此，專門設計了一個修改程序。自動修改程序將從功能碼中自動導入，不會發生錯誤，其它圖紙同樣都是從文件中直接寫入，避免了各種手工錯誤的發生，一次性的對全部圖紙的標題欄進行了全面核對。人工完成一次圖紙的核對工作，通常至少也得4個人花費三個月的時間，但使用自動組態程序后只需要幾天時間。
(11) 組態工作的基本完成
在完成上述工作后，將全部組態圖導入原工程項目，并導入新數據庫。重新編譯和交叉后，基本完成了全部組態工作，只需一周時間，比手工修改節約了大量的時間和人工。可靠準確的組態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，此時新的EXCEL表中記載著所有的改動信息，包括舊塊號、新塊號、舊頁號、新頁號、標簽庫中的原索引及對應的舊塊號和新塊號。檢查起來一目了然，省時省力。
由于華能新銳公司的自動組態改造合并程序全過程均是自動完成，不需人工手動更改，且自動生成EXCEL表，使得組態改造全過程流程監控得以一目了然，便于檢查核對，大大節省了人力物力，工期得以幾十倍縮減，且正確率更不是手動更改可以相比的。
在組態改造合并程序完成后，我們首先進行了DCS所有DI/AI逐點傳動，并與OIS畫面相比較，以確保組態及標簽的正確性，其次進行了設備的系統傳動，在這其中沒有發現一例因組態合并造成的錯誤。通過傳動，證明該自動組態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、目標塊、壓縮后目標塊、原圖號、修改后塊號、標簽表、標簽號等EXCEL表。
四、DCS改造后情況
天津華能大港發電有限責任公司#4機組DCS改造于2004年5月1日開始，5月26日結束，歷時26天。機組于2004年6月15日順利并網發電。實踐證明，我們這次DCS改造是圓滿成功的。改造后，主模件控制運行執行周期和負荷率均有大幅度的降低，提高了控制系統的可靠性和可用率。大港電廠DCS改造的組態程序自動生成是可行的，不僅確保了組態正確率和可靠性，而且提高組態自動化水平，大大減輕了組態過程的工作強度，縮短了工期。