NT6000DCS系统在苏龙改造项目上的应用

NT6000系统在苏龙DCS改造项目上的应用葛志伟（南京科远自动化集团股份有限公司南京211100）摘要：本文主要介绍NT6000DCS控制系统在江阴苏龙热电有限公司#3、#4机组及公用系统改造的应用实例。关键词：分散控制系统（DCS）；NT6000；改造。1引言火力发电是现代社会电力发展的主力军，江阴苏龙发电有限公司地处江阴市夏港镇，公司安装六台燃煤发电机组，总装机容量121.5万千瓦，年发电量可达80亿千瓦时。二期工程建设两台14万千瓦国产发电机组于2003年投产发电，全厂机组广泛的采用了DCS控制系统，二期#3、4机组制系统采用欧陆公司NETWORK6000系统，上位机采用FIX软件，操作员站系统为WINDOWSNT。随着技术的发展和控制要求的不断提升，欧陆NETWORK6000在网络结构、操作响应速度、控制器容量等使用维护方面的指标渐渐显得有些落后。最新的NT6000分散控制系统在继承老产品稳定可靠的基础上，可靠和易用性指标有了全面的提升，能适应机组各种运行工况的要求,确保机组安全、高效运行。做到适用性，可靠性，运行性能好和易于维修。2项目概况项目改造对象为二期两台（#3机组、#4机组）14万千瓦机组，该机组主要设备情况如下：锅炉：型号为SG—435／13．7－M768系上海锅炉厂有限公司制造的超高压，单汽包、一次中间再热，自然循环煤粉炉。汽机：N135-13.24/535/535上海汽轮机有限公司；发电机：QFS-140-2，双水内冷汽轮发电机；DCS改造项目的范围涉及数据采集、处理和监视系统（DAS）、模拟量控制系统(MCS)、顺序控制系统(SCS)、炉膛安全监控系统（FSSS）、汽机数字调节系统（DEH）、汽机本体保护系统（ETS）以及与其它控制系统的接口功能实现；此外还需实现新系统与原机组SIS系统的连接。本项目是NT6000DCS系统在大容量燃煤机组上的典型应用。3NT6000控制系统特点南京科远公司经过十余年的技术积累，引进消化吸收国际先进技术，并结合国内自动化需求，开发出了新一代NT6000分散控制系统，该系统采用高起点的设计标准，吸取了国外众多同类系统的优点,融合了当今最先进的计算机与通讯技术，以高速、可靠、开放的网络和功能强大的控制器为基础；软、硬件都采用了国际标准或主流工业级产品，易于升级，使用方便、灵活。可解决多变量、非线性、滞后性等复杂对象的控制难题，提供完整的现场总线、虚拟DCS、信息化的解决方案，有效提升工业自动化和信息化水平。NT6000分散控制系统主要技术特点1、控制器采用军工级PowerPC芯片，主备控制器同时运算，冗余I/O分支相互隔离；2、物理隔离的冗余工业以太网络，每个网络设备都具有两个独立网口，双网同时工作，在接受端进行数据过滤，网络的冗余切换时间等于零；完全对等的网络结构，采用基于组播技术的控制器主动发送机制，控制器具有确定的数据服务任务，负荷恒定，操作响应周期小于700ms，运行更可靠；3、所有组件采用坚固的铝合金封装，符合电磁兼容EMC三级标准；机柜中所有组件均采用标准、模块式结构，取消柜内接线；4、图纸化组态方式，组态结果直接以SAMA图输出，不需重复绘制逻辑图、SAMA图；5、丰富的热工自动化专业控制模块，自定义模块功能，为热控工程师提供有力的工具和广阔的舞台。6、维护方便，所有组态界面均为中文，组态方式所见即所得，报警、报表等功能使用简单可靠；系统可扩展性强。4NT6000控制系统配置情况项目采用NT6000DCS系统，下位机为KM950控制器，上位机使用Kview软件。单元机组采用两层客户站网络结构，单元机组与公用系统采用三层交换机实现数据访问，同时实现#3机组、#4机组物理间隔离。项目共配置机柜55只，其中本地机柜44只（单元机组36只、DEH6只、循泵2只）；远程柜7只（发电机IO2只、定排2只、循泵2只、化水1只）；主机柜4只。配置DPU31对，操作员站17台（不包含后增补4台）。项目使用KM631A与东大金智电气保护装置、脱硫欧陆T940系统通讯，化水使用KM631A两端主从通讯，通过eNetOPC，使用SyncMB、Agent软件与厂内SIS等通讯。#3、4机组DCS、DEH系统改造采用合适的冗余配置、组态和诊断至卡件级的自诊断功能,使其具有高度的可靠性和可控性，系统的监视、报警和自诊断功能应高度集中在LCD上显示，并能在打印机上打印,控制，报警，监视和保护等的基本功能应在功能上和物理上分散，以便一种功能故障而不致引起其它功能的故障，应特别注意保护功能的独立性，以保证电厂人员和设备的安全，要求DCS能适应机组各种运行工况的要求,确保机组安全、高效运行。做到适用性，可靠性，运行性能好和易于维修。5改造方案1、原欧陆系统构造说明（1）现场#3、4机电子设备分为两个位置布置，分别是主控制室及电子设备间，系统网络分为DCS系统网及DCS控制网，两网络之间采用一组服务器实现数据交换，即服务器读取控制网的监控对象数据后，发布到系统网络中各操作站；同时操作站操作指令数据再通过系统网络发送到服务器后，再经由控制网络作用到监控对象上。欧陆系统网络配置图（2）欧陆系统配置系统配置53对T103控制器，10对T940控制器，22只控制机柜（公用2只），远程柜7只(循环水2只、化学水1只、发电机2只、定排2只)。#3、4机组+公用+SOE：8844点。（3）人机接口配置DCS和DEH系统人机接口一共配置包括10套操作站、1套值长站、2套接口站、4套数据存储器、2套工程师站。2、NT6000系统配置方案系统改造重新对人机界面、机柜、IO测点、网络等进行配置，方案如下：（1）人机界面取消原来#3、4机组DCS服务器，增加2台数据存储，用于数据的记录分析，及报表软件安装，分别放置在#3、4机组的工程师站台内。所有操作员站都是全功能操作员站，通过软件闭锁的方式分成各个相关的功能区。操作员站具有显示管理功能，可以显示系统总貌，分组显示、回路显示、报警显示、系统状态显示、用户定义的生产流程动态显示、相关参数显示等。同时可进行操作信息、系统状态信息、生产记录信息和统计报表等的打印。值长站具有与操作员站的功能，通过值长站口令确保其只有查询的权限，而不能进行任何修改。（2）机柜的改造配置方案本次改造机柜尺寸仍使用原机柜尺寸机柜，为保持原来的电缆长度不变，机柜正面放置3个IO分支，机柜背面不放置IO分支而放置两列端子排，与现有的端子排排列相同，再由柜内接线实现卡件端子到两侧端子排的连接。使用以上方式，现场电缆不需要变动、加长。（3）DPU及IO点的配置由于各机柜内测点已经固定，且为适应此次改造对应的信号电缆及范围不变的原则，本次改造DPU配置（#3、4机组+公用）共计32对，具体分配如下：单台机组锅炉配置7对KM950控制器；单台机组汽机配置6对KM950控制器；单台机组电气配置1对KM950控制器；公用配置4对KM950控制器；NT6000DCS系统I/O测点共配置9136点。（4）网络的配置NT6000DCS系统的控制网络为冗余eNET网，交换机均采用工业级管理型以太网交换机。用于连接分散处理单元DPU、工程师站、操作员站等，完成各站的通讯和数据交换，传输速率100Mbps。任一操作员站和工程师站都有数据处理和存储能力，任一台操作员站和工程师站故障均不影响其他操作站的正常工作。DCS机柜与循环水的远程机柜由网线连接改为光缆连接，提高系统的可靠性。NT6000系统配置图6改造效果NT6000较NETWORK-6000系统的性能对比。序号改造后的NT6000系统原NETWORK-6000系统升级效果1网络结构1.1两层网络体系：控制网、I/O网。物理隔离的冗余工业以太网络，每个网络设备都具有两个独立网口，双网同时工作，在接受端进行数据过滤，网络的冗余切换时间等于零。三层网络体系：系统网、控制网、I/O网，采用客户/服务器结构，操作站依懒服务器。冗余工业以太网络，通过网络设备集连在一起，物理上没有隔离。简化网络结构，系统结构完全对等，故障点减少，系统整体性能及可靠性提高，维护方便。同时增加物理上的冗余，安全性提高。2数据库2.1分布式透明数据库，数据库分布在每只控制器中，透过eNet网络协议和数据接口被应用程序直接访问。LIN数据库集中在服务器中。修改数据库需要对冗余的服务器分别修改。无服务器分布式设计，提高了系统可靠性。数据库维护工作量降低。3历史数据3.1高性能历史数据库，数据记录精度达到100ms，容量10万点；所有操作员站均可快速（≈1秒）调用历史数据服务。历史数据记录精度最快1s，每台站5120点；用户调用历史数据时，不同时间段调用时间不同,普通操作员不能调用历史数据。历史数据调用速度快，方便维护。序号改造后的NT6000系统原NETWORK-6000系统升级效果4报警功能4.1256个报警分区，报警处理在控制器中实现，报警数据完全同步。报警区最多16个分区，报警处理在服务器中实现，服务器间报警数据不能实现同步。报警分区更灵活。报警维护简单。5控制器5.1控制器的CPU采用低功耗POWERPC无风扇结构，CPU主频400MHz，主备控制器同时工作、同时运算，每只分散处理单元均有两个独立网口接入不同的物理网段T940控制器的CPU采用PENTIUMX86系列带风扇结构，T940控制器的CPU主频266MHz，T2550控制器的CPU主频100MHz，主控制器运行时，后备控制器处于热备状态，每只T940控制器、T2550控制器只有一个网口DPU无转动部件，可靠性增强，运算速度更快5.2图纸化组态方式，组态结果直接输出工程逻辑图和SAMA图，不需要维护工程资料和I/O清册。适合电厂对技术资料正确性、完整性和版本控制的要求。模块化组态方式，组态输出与实际逻辑图、SAMA图有一定的差异，需要维护工程技术资料。降低资料维护工作量5.3除支持在线组态、修改和下载功能外，增加了控制策略按页下载功能，下载时不影响数据监视。支持在线组态、修改和下载功能，不支持按页下载功能，下载过程影响该控制器数据监视。机组运行时可以在线修改组态。6I/O模件6.1金属全密封设计，抗干扰能力更强，模件增加了通讯状态指示导电塑料封装，模件无通讯状态指示抗干扰性能佳，方便故障诊断6.2模拟量输入模件自带外供24V电源功能，用于向变送器供电，通过端子接线选择是否使用外供电源模拟量输入模件需外配端子板向变送器外供24V电源，增加故障点和机柜接线工作量使用方便，功能强大，维护方便。6.3开关量输入模件同时具有SOE功能，减少硬接线I/O数量采用独立的装置实现SOE功能，以通讯方式接入系统，增加硬接线I/O数量。使用方便，功能强大，维护方便。7控制机柜7.1控制机柜安装维护方便，机柜中所有的组件和连接件均采用标准的，模块式结构。风扇（进风、排风）安装在机柜门上。控制机柜使用端子排，I/O模件与端子排之间需要手工接线。风扇安装在机柜顶部。设计更加合理，散热、防尘效果好，维护、更换方便。7.2FSSS、ETS、OPC等重要保护回路设计专用的组件，安装、维护方便FSSS、ETS、OPC等重要保护回路在机柜中用分立元件接线实现，安装、维护不便稳定可靠，维护方便。序号改造后的NT6000系统原NETWORK-6000系统升级效果8系统保证值8.1操作响应周期（键盘、鼠标发出操作指令到返回信号在LCD上显示的总时间）小于1s，实测0.7s。操作响应周期（键盘、鼠标发出操作指令到返回信号在LCD上显示的总时间）1.5s-2s左右。系统可靠性增强8.21000个PID100ms运算周期仅占2%控制器负荷。1000个PID100ms运算周期占20%-30%控制器负荷。系统可靠性增强7结束语通过升级改造成NT6000系统，系统的可靠性提高、维护简单，直接降低DCS的维护成本。该项目自投运以来，NT6000系统的硬件、软件运行状况均良好，各种控制功能完善，自动控制效果良好，较好的使用效果赢得了用户的高度赞扬。