西门子6ES7216-2BD23-0XB8厂家质保
1 引 言
集散控制系统（Distributed ControlSystem－DCS）集计算机技术、控制技术、通信技术、CRT技术于一体，广泛应用于生产过程控制系统。随着计算机和网络技术的飞速发展，产生了一种新型的控制系统———现场总线控制系统（FieldbusControlSystem－FCS）。但国内生产企业的情况是：大多数企业还处于模拟仪表和人工控制的阶段，采用DCS控制系统的企业仍是少数。由于DCS应用广泛、技术成熟，在现有的技术条件和市场条件下，FCS还不能完全取代DCS，目前现场总线设备和系统还十分昂贵。除了新建企业外，国内企业在较长时间不可能全面采用现场总线技术，而必须走逐步发展、过渡的道路。
我们在上海石化股份公司环保部水质净化厂监控系统的改造项目中，对3个生产单元已有的DCS和PLC进行改造，增加通信功能，实现总调度室对各生产装置的集中监控。
2 系统改造方案
根据水质净化厂各生产单元的功能和建设阶段，分为厂外调节池、污水一段、氧化沟、四期污水处理、污泥脱水、污泥干化6个生产单元。在厂部设有总调度室，总调度室的监控水平较为落后，改造之前基本上不能对各个生产单元进行监控。为了适应生产需要，提高生产效率，改善操作条件，加强监控手段，确保各生产装置的正常运行，急需对各生产单元和总调度室进行技术和设备的更新改造，从而能在总调度室对各装置进行监视管理，及时了解各装置的运行情况，达到指挥及时和调度准确的目的。
2．1 现场监控系统的改造
现场监控系统的改造要充分利用原有仪表和设备，主要考虑可靠性和实时性。对自控程度较高的3个单元进行改造（系统结构见图2—1）：
四期污水处理生产单元控制设备配置了两套ALLEN－BRADELY公司PLC设备。25块开关量输入信号卡，可采集384点信号；7块开关量输出信号卡，可输出112点信号；3块模拟量输入信号卡，可采集24点信号。两套AB—PLC通过DH＋（数据高速通道）实现数据共享。在原有的现场控制计算机上分别增加以太网卡，通过以太网将实时数据送到总调度室处理。 输出192点信号；1块模拟量输入信号卡，可采集8点信号。系统运行采用遥控开关操作与全模拟流程盘显示。在原有的SiemensS5－115UPLC上增加RS－232通讯模块（CP524）和1台现场操作站，用点对点方法连接，使PLC的数据通过现场操作站送到以太网上，与总调度室监控计算机通信。但RS－232传输速率只有9600bps，操作站仅对现场起到监视作用。
污泥干化生产单元控制设备采用Honeywell9200ePCS。系统配置了9块开关量输入信号卡，可采集288点信号；3块开关量输出信号卡，可输出96点信号；3块模拟量输入信号卡，可采集48点信号；
5块模拟量输出信号卡，可输出20点信号。由于现场使用的工业计算机的CPU、内存与硬盘都不能满足进行数据通讯等项要求，必须予以更新。新的计算机选用工业控制计算机，配置以太网卡，使总调度室监控计算机可以通过以太网访问Honeywell9200e的实时数据。
由于3套控制系统为不期所建，采用了不同的PLC，不具备开放性，相互之间直接通信在技术上存在很大困难，且意义不大；并且3套装置距离较远，施工费用也将很高。综合考虑成本和效益，不再建立3个单元之间的现场级网络。对其余3个自控程度较低的生产单元，可考虑使用现场总线技术，即可方便地实现各单元之间的通信。现场总线的应用从技术和成本考虑都并非如宣传的那样完美，但它毕竟是一种开放、分散、可互操作的技术和产品，代表了控制领域的发展方向。在已有的DCS系统中应用现场总线新技术，实现FCS与DCS的集成，根据不同的应用需求，可有3种模式，具体可参阅文献［3］、［4］。
2．2 上位机网络的实现
上位机网络主要考虑网络的可靠性、传输效率及可扩展性。Ethernet在工业领域的应用受到限制，主要是由于它采用CSMA／CD碰撞检测方式，在网络负荷较大时，网络的确定性不能满足工业控制的实时要求。但随着网络技术的发展，Ethernet在工业控制领域的应用已经得到了广泛的认可。
常用的网络拓扑结构有总线型、星型、环形等，由于总调度室到各生产单元之间要交换实时数据，选择星型拓扑结构，任意站点之间的通信通过交换机实现透明的转发，不存在信道共享引起的竞争问题。
对于通信介质的选择，由于总调度室与各个生产单元距离较远，分别为1000m、800m和900m，选用4芯多模室外光缆作为通信介质，它具有通信速率高、抗电磁干扰、信号传输衰减小等优点。两端采用转换器EM316E／M进行光电转换。
由于Ethernet是目前应用广泛的计算机网络技术，人们对Ethernet技术十分熟悉，可以降低系统的开发、培训和维护费用。由于应用广泛，其硬件价格也十分低廉。目前，Ethernet网卡的价格只有Profibus、FF等现场总线网卡的十分之一。
采用这种网络结构，单机故障不会影响其它站点，网络瘫痪，各现场操作站仍可独立运行。该系统具有良好的可扩展性，向下可以增加其余生产单元，向上可以和公司内各个部门互连。另置一台2900系列交换机提供10M／100M自适应端口便于扩展（见图2—2）。公司内多数事业部，如化工部、塑料部等有各自的服务器，可以很方便地浏览各事业部的主页，实现信息共享。
3 系统软件及功能
该系统上位机软件采用Inbbblution公司开发的iFIX组态软件。根据iFIX组件功能不同，可分为3大类：服务器软件及选项、客户端软件及选项、其它组件及Internet产品。用户可以根据需要选配适当的软件和选项。
上位机监控软件采用iFIXHMIPAK－Unlimited－Developer。由于数据库无数据点数的限制，系统扩展3套生产单元时，只要硬件具备条件，软件只需增加数据通讯接口，配置iFIX，设计相应监控流程图，数据就能为生产监控系统所用。
四期处理生产单元原有RSVIEW监控软件，与上位机系统的通信采用OPC方式，即RSVIEW将应该上报的数据传输到OPCServer中，iFIX和Client读取数据。
对于氧化沟和污泥干化两个生产单元，现场监控站软件采用iFIX2．5，将数据传输到上位机中。
系统主要通过以下几种功能方式监视主要装置的关键过程参数：
实时流程图：通过流程图总览画面，使全厂管理人员迅速掌握主要生产装置开、停车；实时动态地显示主要生产装置的关键过程参数。
实时趋势图：根据预先定义的实时趋势图，实时动态地显示关键过程参数在近一段时间内的变化过程。
历史趋势图：帮助管理人员在进行质量追踪、故障事后分析或掌握生产状况时，可以对过去某一特定时间段的关键过程参数的变化过程加以了解。
异常报警：提供关键参数越限报警信息。
过程统计分析：提供强大的统计分析工具帮助技术人员对生产过程中的重要技术参数进行分析。
图形、报表打印：提供流程图、趋势图的实时打印功能。
总调度室模拟屏根据现场采集的数据实时仿真，可直观地反映现场生产概况。
4 结束语
本文探讨了控制系统的集成化改造，并在上海石化公司环保部水质净化厂生产装置的监控系统改造项目中实现。我们对现有的DCS和PLC进行改造，无论从经济还是技术角度考虑，都是明智之举，并为控制系统的网络化发展，实现控制—信息一体化打下基础。今后，随着企业发展的需要，必须建立完整的控制网络和信息网络，实现整个企业内部及与外界的信息共享。该项目的实现，改善了上海石化水质净化厂生产装置的控制系统，提高了生产管理水平，也为国内企业控制系统的应用和发展提供了一个可行的范例。
0 引言
随着计算机软件、硬件、网络技术的飞速发展以及发电机组单机容量的迅速增加，微机局域网络的应用已是电力监控系统发展的必然趋势［1，2］。江油发电厂7号、8号机组为进口法国ALSTHOM公司的330MW火电机组，其控制设备Centrolog—T20系统为国外80年代产品，共采集模拟量700个、逻辑量3000多个，是典型的大型分散控制和集中监视系统。其下位机T20系统包括逻辑控制(Controlbloc)、锅炉控制(Micro—z)、汽机控制(Micro—Rec)等下级控制和调节系统，它完成机组主辅机控制和调节以及电气控制。上位机Centrolog系统是以1台BULL公司的Solar小型机为中心，在RTES16实时操作系统支撑下构成的多任务实时系统，对机组运行状态和参数信息进行集中监视。机组多年的运行表明：下位机T20系统具有很高的可靠性，其系统软、硬件设计严密周到，充分考虑了特殊情况，留有充足的备用资源；上位机Centrolog系统的数据有较高的可靠性和准确性。由于机组取消了很多常规仪表，数据大多通过Centrolog系统进行监测，它具有相当的实用性，是不可缺少的重要设备。Centrolog系统也存在一些问题，给发电机组的安全运行带来了较大影响和隐患。基于此，省电力局组织科研力量于1996年开始对系统进行技术改造，利用现有的高性能微机取代原小型机，与微机网络接轨。
1 Centrolog系统存在的问题
1.1 备品问题
Centrolog系统是以小型机为中心的计算机系统。从计算机技术水平来看，该系统只相当于80年代中期水平；从发展角度来看，小型机已经逐渐被高性能微机所取代；从价格方面来看，由于Solar机系统的专用性，其备品必须依靠国外，价格昂贵。而微机的价格/性能比、通用性、兼容性都有无可比拟的优势。
1.2 性能问题
Centrolog监控系统的性能与我国制定的关于300 MW火电机组监控机标准相比，存在以下差距。
a.系统平均无故障时间（MTBF）：按国家标准主机不少于4 320 h，系统应不少于2 168h，而Centrolog从投运以来，连续无故障运行的好记录未超过1个月。
b.系统冗余：按国家标准，系统CPU应有15%或以上的冗余，内外存储器也应有25%以上备用。经测试，Centrolog的CPU负荷高峰时可达95%，由于负荷曲线小的平均时间是5s，在更小的时间段中，机时占有率超过95%是完全可能的。
c.响应时间：系统键盘响应时间及画面切换速度慢，远未达到国家标准。
d.事件分辨率：Centrolog系统的事件分辨率是20 ms,而国内监控机一般都在5 ms以内。
e.扩充性：系统的可扩充性、可维护性、可移植性与90年代计算机系统相比差距很大。
1.3 功能缺陷
a.原设计的一些功能没有实现，例如，电量累计显示，设备启停和维护记录等。
b.打印功能稳定性和可靠性差。
c.无历史数据记录功能。
d.系统的调试、维护手段和工具有很大局限性。
2 Centrolog—T20系统改造
2.1 系统改造方案与接口设计
基于对原系统的分析，问题主要出自上位机。对原下位机T20系统不作任何更改，保留其所有功能；摈弃原以Solar机为核心的上位机Centrolog系统，用微机局域网系统替代。设计由1台数据采集工作站和1个32路电流环智能串口箱共同组成微机局域网，与下位机T20系统接口。该接口主要功能有：串/并数码转换，发送信息，识别地址和接收数据；对发送数据加上检验段并接收数据的检验段；把高速数据总线上送来的地址翻译成内存地址，而后把传送的数据存入内存。
2.2 技术关键点
2.2.1 通信协议的识别实验
Centrolog系统与T20系统的通信数据流是按一定规律进行编码的非标准协议(由公司自定义)，尤其是模拟量的编码非常复杂，在国外专家没有提供有关资料的情况下，通过大量实验，识别出数据流中的数据是这一改造工程的技术关键。
2.2.2 微机通信接口技术
由于该330MW机组为四川电网的主力机组，新系统的调试、安装、试运行都应以不影响机组的安全、稳定、经济运行为前提。针对这一问题和对系统硬件的分析，提出了以下解决方法：新系统（微机系统）只在通信链路上介入原系统。此方式对通信链路的影响仅为：增加链路压降约1V，增加驱动电路功耗20 mW(20 mA×1 V)，而链路的端电压24 V，驱动功率为1W以上。无论理论分析还是实验都证明了新系统介入不影响原系统的工作。这一方法是改造得以实现的重要保障。
2.2.3 OOP技术
为继承原系统的一些功能，实现原系统未达到的功能以及丰富组态的要求，采用面向对象编程（OOP）技术，把要求解决的问题分解成一些对象及对象之间传递信息的进程，实现软件的模块化、信息掩蔽、知识表现，使软件具有继承性、发展性和可移植性。
2.3 微机系统组成结构
微机系统把原小型机集中完成的任务分解成数个子任务，由数台微机分别完成，各微机之间的通信由串行通信技术支持。原Centrolog系统的工作由一小型微机局域网络完成。
2.3.1 网络组成
a.网络服务器：网络操作系统在网络服务器上驻留和运行，存储和读取各工作站的实时数据和历史数据。
b.打印服务器：带3台～4台打印机，完成事件打印、报表打印、随机打印和硬拷贝功能。
c.数据采集工作站：实现微机系统与下位机的通信，由1台微机管理32路电流环智能通信接口。
d.显示工作站：由4台带高分辨率显示器（1024×768）的微机组成。
e. I/O工作站：实现所有的数字量输入/输出和D/A转换功能，并驱动语音系统。
f.网络管理工作站（兼工程师工作站）：完成系统管理和网络管理工作。
g.美国网络通（SynopticsInc）智能Hub系统2000：满足Centrolog系统实时性要求和节点管理要求，便于与厂MIS接口。
2.3.2 网络结构
网络结构如图1。它把小型机所完成的庞大工作成功地分配给网络上的各微机来完成，使系统可靠性、实时性、冗余度均大大提高。
图1 新(微机)系统结构
Fig.1 Structure of microcomputer local area networksystem
3 软件结构
微机系统软件由网络操作软件、网络管理软件、网络数据库和Centrolog系统软件四大部分组成。网络操作系统选用NetwareV3.11，容量为25户。网络管理软件采用Synoptics公司专为其智能Hub设计的Optivity。网络数据库选用Sybase。Centrolog系统及组态软件编程采用OOP技术。
4 微机系统经济效益分析
新系统（微机系统）经济效益主要体现在以下几个方面：
a.改造后的系统试运行表明，可靠性和稳定性大大提高，为机组的安全、稳定、经济运行提供了可靠保证。曾发生的数日无法启动Centrolog的严重事故隐患消除了，发挥了良好的社会经济效益。
b.维持原Centrolog系统运行平均每年的备品费用为80万元～100万元人民币，系统改造后，此费用可降至10万元以下。
c.直接与厂MIS通信，不用另做上网接口，实现了全厂信息共享。
d.避免了小型机被淘汰带来的维护成本高和难度大的隐患，为系统实现控制预留了接口。
5 结语
Centrolog—T20改造后的微机系统自调试运行以来，解决了原系统存在的问题，且具有灵活易懂、美观实用的操作界面。监控系统的稳定性和可靠性得到提高，为机组安全运行提供了保障，产生了较好的经济效益。
引 言
随着现代化生产的发展，DCS（分散型控制系统）的应用越来越广泛．DCS具有技术先进、功能齐全、可靠性高和安全性好等特点，适用于各种规模的过程控制和管理，可以大大提高经济效益．随着DCS的冗余技术、容错技术不断完善，其系统可靠性远比常规仪表控制系统高得多，设备可利用率高达99．98％，从而保证生产装置长期稳定运行．
系统数据通信技术标准化，可做到资源共享，为企业计算机管理创造了条件．系统硬件、软件标准化，安装使用方便，功能扩展方便，可节省人工，节省备品备件，使维护工作减少，运行费用降低．
1 热控系统的现状和缺陷
热电二站（燃煤）建于80年代末、90年代初，该站内装有4台410t／h锅炉，一台B25背压机组，3台C50单抽机组，一台CC50双抽机组，两台低压除氧器，5台高压除氧器，给泵等辅助设备，采用母管制运行方式，现有装机容量225MW．
热电二站4台410t／h工业锅炉，均采用了DCS控制技术．1988年选型，采用的是德国西门子公司的bbbEPRAMM型集散控制系统中的AS235K自动子系统，由大连中德控制系统有限公司总承包．在选型之初，限于DCS在国内电厂的应用水平和实绩（二站是西门子公司DCS产品在中国电厂应用的家用户）以及受当时使用外汇的限制，选用的DCS设备很简易，对其功能要求也很简单，仅是作为常规仪表的后备监控手段来使用．
热电二站采用的ASK235K自动子系统，只是DCS中的控制级，严格地说，AS235K自动子系统不能称之为DCS系统，存在一定的先天性缺陷．
在热电二站筹建时期，DCS在国内电厂的应用尚未达到一定的水平和应用实绩，国内电力规划院尚无较完整的DCS设计规范，设计院未对该套DCS作系统设计．可以说，AS235K系统是在没有设计院参与的情况下，完全通过用户与DCS供应商直接对话建立起来的．因为用户与DCS供应商双方的局限性，不可避免地造成系统设计、软件设计的不完善，致使AS235K系统功能未得到充分开发．
随着科学技术的发展，DCS技术也发生了日新月异的变化，无论从硬件技术还是软件技术来讲，AS235K系统已经属于淘汰产品．从目前了解的信息看，西门子公司已停止生产该系统，这给热控的维护工作带来很多困难，AS235K的淘汰已成为必然趋势．
热电二站汽机部分共装有一台B25背压机组，3台C50单抽机组，一台CC50双抽机组，两台低压除氧器，5台高压除氧器及给水泵等．热控控制系统采用国产的电动组合仪表，自动化水平低，运行、维修不方便．汽机负荷调节采用常规的液压控制系统．
应尽快对二站热控系统进行改造，选用较先进的DCS产品，重新作系统设计和软件设计，尽量发挥计算机的优势，使二站的机炉控制水平上一个台阶．
2 系统改造的方向
2．1 改造原则
2．1．1 系统技术
改造后系统应具备管控一体化的DCS技术基本框架．即系统必须满足各类现场实时数据的采集处理和控制能力的还能适应今后发展的需要．
系统应具有较强的数据综合能力和网络结构，还留有与厂级生产调度管理系统的通讯接口，这为今后全厂信息系统的建立、电量竞价上网、电力市场开发提供可持续发展的条件．
2．1．2 系统结构
系统应具备分期扩展且能保持整体先进的能力．其基本要求是：台机炉DCS改造时，即能形成上述基本框架．后续机组DCS改造时，能方便地扩展和投运，且能与原系统融为一体，而又不影响整个系统的运行．
这就要求选择一个有持续发展前景的系统，使今后不再有结构性的投入．
2．1．3 工程实施
对系统进行总体改造方案设计，采用一次规划、分步实施的方案，并结合机组大修进行改造．
2．2 DCS改造后应具备的功能
DCS改造后控制系统应具备MCS（模拟量控制系统）、DAS（数据采集系统）、SCS（顺序控制系统）、DEH（汽机电液调节系统）等功能．控制系统改造完后应实现以CRT为主的电厂控制模式，使热电二站的控制水平上一个台阶，并能够投入AGC运行，以满足电网调峰要求．
2．2．1 MCS功能
实现机组正常工况下的闭环控制及机组启停工况下的分段控制，使机组各控制参数达到佳
要求．MCS至少具备以下控制功能：
1 汽包水位控制；
2 炉膛负压控制；
3 风量（送风、引风、一次风压等）控制；
4 主蒸汽压力控制；
5 主蒸汽温度控制；
6 磨煤机（入口负压、出口风温）控制；
7 高加水位控制；
8 除氧器（水位、压力）控制；
9 轴封汽压控制．
2．2．2 DAS功能
整个数据采集系统可将机组的所有运行参数、输入输出状态、操作信息、异常情况等信息以实时的方式提供给操作人员，以各种方式进行记录．
实现机组安全经济运行，一旦机组发生任何异常情况，就及时报警，以确保机组安全．整个数据系统包括以下功能：
1 CRT显示，包括操作显示，成组显示，棒状图显示，趋势显示，报警显示等；
2 记录，包括定期记录，运行人员操作记录，事故顺序记录，跳闸记录，操作员记录，设备运行记录等；
3 历史数据储存和再现、事故追忆等．
2．2．3 SOE功能
事故顺序记录处理器的分辨率应小于或等于1ms，采集和处理后的信号经过格式化处理后存入实时数据库．SOE应该有专门的SOE卡来记录．
2．2．4 SCS功能
应能满足机、炉、给泵、除氧等各自的子功能，具有手动（在CRT上操作软开关）、自动顺序控制功能，使设备按预定顺序自动启停，从而达到提高自动化水平的目的．如：风机、泵、阀门等进行操作与监视．
2．2．5 DEH功能
应能自动调节电负荷和热负荷，能接收自动负荷控制指令，DEH具有在线故障自诊断、OPC超速保护、监视、报警、追忆和打印等功能．应用DEH后能够投入AGC运行，满足电网调峰要求，提高机组整体控制水平．
2．2．6 FSSS功能
主要包括炉膛吹扫、主燃料跳闸MTF、跳闸原因显示及追忆、火焰检测、油枪管理、火检探头冷却、风机管理、联锁报警等功能．
2．2．7 SIS功能
随着电力市场逐步开放，竞价上网的实行，对系统的优化控制就显得越来越重要．如果系统具有优化控制功能，系统就可以对全厂机组实时监控和调度，从而为发电成本分析、全厂负荷优化分配、成本预测和报价提供准确依据，为企业降低成本提高经济效益提供可靠手段．
2．3 DCS改造后的机组控制方式
由原来就地分散控制方式，即设有锅炉控制室、汽机控制室、除氧给水控制室的方式变为机、炉集中控制的方式，即将机、炉的控制集中于一个控制室内．
采用机、炉集中控制后，可减少运行人员，便于机、炉间的协调管理．
改造后的4炉5机控制设两个机、炉集中控制室：原1＃、2＃锅炉控制室改造为1＃、2＃炉及0＃、1＃、2＃机控制室．原3＃、4＃锅炉控制室改造为3＃、4＃炉及3＃、4＃机控制室．原0＃、1＃、2＃、3＃、4＃汽机控制室改造为相应的汽机热控装置室．
2．4 DCS改造后的控制室布置
原锅炉热工控制室和辅助盘平面位置不变，拆除1＃、2＃锅炉控制操作盘、台，用于布置1＃、2＃锅炉，0＃、1＃、2＃汽机控制盘及DCS操作员站．
改造原电源切换盘及配电箱室，将原盘拆除，布置DCS机柜和工程师站，将原盘箱移至新设的UPS小室内或就地布置．
拆除配电箱墙，与辅助盘合为一室．
除氧给水系统控制室按原设计，单独设置于控制室内，并保持原位置不变，其中1＃、4＃、0＃、1＃机控制室平面布置图如图1所示．
2．5 4炉5机DCS组态
从机组安全运行出发，为确保热负荷供给，每台锅炉、汽机及除氧给水的控制系统就应自成系统，独立进行控制．各系统信息可共享，DCS留有全厂监控信息管理（SIS）的接口．
发电机线圈、铁芯温度，汽机缸壁温度可采用远程I／O，其他重要参数均进DCS机柜．见图2．
上海新华控制工程有限公司提供的XDPS－400分散控制系统，通过高速实时网络分别对锅炉、汽机、除氧给水系统进行控制，通过以太网与其他信息网络连接，从而完成了对生产过程的控制、测量，实现生产管理信息一体化．
霍尼韦尔有限公司提供一体化方案的开放体系（TPS），将4炉5机的信息和控制有效结合起来，使全厂的生产管理、过程控制和信息系统统一成一个整体．见图3．
图3中，采用2套TPS系统，分别实现对1＃～4＃锅炉和0＃～4＃汽机的控制（包括0＃～4＃汽机的DEH）、除氧给水系统控制．至于采用哪套方案，要根据设备的价格性能比及投资的额度来确定．
3 结论与建议
1 热电二站进行4炉5机DCS改造后，将提高机组的自动化控制水平及机组的运行效率，降低控制系统的故障率，使机组的可利用率大大提高，为热电二站的安全、可靠、经济运行提供了保障，可减少操作人员的劳动强度和工作量，为企业实现减员增效创造条件，本改造工程是必要的、可行的，也是经济的．
2 由于热电二站的送风机、引风机均采用离心风机，风量调节利用进口导向挡板，调节效果差、精度低、运行效率低，特别在锅炉低负荷时尤为明显，建议增加液力藕合器，以提高风机运行效率及调节精度和灵敏度，以便于与燃烧自动控制相匹配，提高机组运行效率，降低厂用电量．
3 落实原有的重要调节阀及执行机构，以确保其调节精度、调节速度与DCS控制要求相匹配．
4 配合DCS系统改造的电气设备（指开关设备等）已使用多年，由于DCS的功能较全、运行速度快，有可能出现这样的情况：由操作人员在DCS操作键盘上发出某辅机分、合闸的指令后，要经过“较长”时间才能在CRT上反映出指令是否完成的信息．