基于PCS7的沧东电厂DEH控制系统换型改造

【摘 要】为了解决国华沧东电厂一期SIMATIC PCS7型DEH控制系统存在的安全隐患问题，尤其表现为EXM448-1卡件故障率高且备件已经停产，在线处理风险大。本文通过对SIMATIC PCS7型DEH控制系统各部件功能的深入研究，提出了一种取消EXM448-1卡件，利用总线电缆将FM458通过PROFIBUS DP接口直接连接至ADDFEM的解决方案。该方法减少了控制架构环节，优化了通讯结构。工程量小且具备快速恢复能力，风险要素可控。系统测试表明其对提高系统的可靠性具有积极意义。

【关键词】DEH控制系统；换型改造

0.引言

沧东电厂一期工程两台660MW亚临界汽轮机组的DEH系统采用西门子公司生产的SIMATIC PCS7系统进行控制。自2006年6月两台机组陆续投产以来，PCS7系统相继发生了十几次不同类型的系统故障，给机组的安全稳定运行带来了极大的风险和隐患。同时，国华系统内其他采用PCS7系统作为DEH、MEH等系统控制平台的多台600MW级机组，自系统投运以来，也相继发生了若干起由于EXM448-1故障而引发的机组强停的重大安全事件，严重威胁了机组的安全稳定运行。鉴于PCS7系统自身存在的问题，国华公司在2012年5月，将其列为了国华公司级的重大安全隐患。目前采取的解决办法，徐州华润、元宝山、北仑、惠州、准格尔等厂的DEH采用运行良好的GE新华 DEH-V型；国华锦界1-4号机组采用艾默生OVATION系统，稳定可靠性高。但以上两种方法均表现为换型成本非常高、工期长，不符合短期升级的目的。相比较而言，本文提出了一种简捷有效的升级改造方案，即摒弃了故障率较高的EXM448-1卡件，改为FM458与ADDFEM直连的方式。利用FM458自带的PROFIBUS DP通信端口与ADDFEM卡通信，并对ADDFEM版本升级，该方法减少了控制架构环节，优化了通讯结构。工程费用较低，解决了目前EXM448-1卡件故障率高和无备件的问题，软硬件改动少，工程量小，安装调试时间短，费用低。

1.PCS7型DEH控制系统分析

1.1 DEH系统网络结构

1.2各部件功能简要介绍

（1）电源模件：电源模件为冗余配置，每侧CPU及其通讯卡件各由一块PS 405电源模件供电。接入电压为DC24V，同时，内配置有两块3.6V的锂电池，防止电源模件失电后，造成CPU内部代码丢失。

（2）CPU模件：DEH系统使用的是S7-417H型CPU，一旦主CPU故障停运，会自动切至备用侧CPU运行。

（3）通讯模件：CP443-1是连接控制器和工业以态网的通讯卡件，用一根双绞线连接到TXP的工厂总线OSM的端口上，使用TCP/IP协议进行通讯。

（4）FM458模件：FM458模件为DEH系统所特有，称之为伺服模件，模件中主要运行的是DEH系统的闭环控制逻辑，相关信号通过CPU处理后送至伺服模件，再由伺服模件通过闭环控制阀门的开度。

（5）EXM448-1模件：EXM448模件是FM458的通讯模件，连接 ADDFEM模件进行数据交换。

（6）ADDFEM模件：DEH系统所特有，共4个，也叫做高速I/O卡，处理的信号都是相对重要的，负责LVDT阀位、发电机功率、汽机转速以及发电机并网，汽机挂闸信号的采集。

（7）ET200M功能模件：常用到的功能模件SM321、SM322、SM331、SM332。通过IM153通讯模件和CPU进行通讯。

2.系统软硬件升级改造

系统软硬件升级改造在系统全部备份完毕之后进行，以便出现问题时能够及时恢复。

2.1硬件改造

进入电子间，找到相应控制柜。硬件升级操作步骤如下：

①控制器左右侧机架完全停电，分别拆除左右侧机架上的EXM448-1，将与其相联接的PROFI-BUS接头连接在FM458的X3接口上。

②拆除第一块ADDFEM的电源接线，接线端子及PROFIBUS电缆接头，移除旧版本 6DL3100-8AA型ADDFEM卡件；安装6DL3100-8AC型的ADDFEM卡件，恢复所有端子及PROFIBUS 电缆接头，接电源接线。重复以上操作，完成对其余ADDFEM卡件的更换。

③左右侧机架上电，重启CPU417及FM458控制器。

④设置新ADDFEM的通讯地址。

2.2软件升级

①在SIMATIC管理器中装载6DL3100-8AC型ADDFEM卡件对应库函数GSD文件。然后删除FM448-1通讯卡件。

②建立FM458控制器的PROFIBUS 通讯接口，装载ADDFEM 8AC型16版本卡件。

③对ADDFEM进行硬件配置，保存及编译。

④修改FM458组态图表（包括PROFIBUS DP通讯输入、输出及初始化）。

进行相应的硬件配置软件升级之后将程序编译下装至CPU，下装至FM458，重启CPU417及FM458控制器。操作完毕。

3.改造后测试与试验

换型改造之后的DEH控制系统通过在SIMATIC管理器中强制信号或者在输入端加信号同时在卡件输出端测量输出值的方法实现对66个通道逐一测试。组态完成后对系统进行了静态仿真、动态仿真、系统所有功能的试验。包括CPU模件S7-417H在线冗余功能切换试验、FM458在线冗余功能切换试验、CP443通信模件在线切换试验。结果表明A、B侧各卡件状态显示准确、DEH监控画面状态正常、调门无异常动作。转速控制、负荷控制、阀门管理及在线实验、OPC超速等所有DEH系统功能性实验正常。

4.结论

本文提出的换型改造方案工期较短、费用较低。故障率高的EXM448-1卡件被取消，减少了PCS7系统中间通讯环节，优化了通讯结构，大幅降低了DEH系统的硬件故障发生率。同时，降低了EXM448-1通讯卡件对S7-417H型CPU和FM458控制器的影响程度，减少了在线处理风险。改造后的DEH系统备件采购和储备得到有效改善，也避免了系统故障造成的机组非停，对机组安全稳定运行意义重大。该方案在国华系统内同类机组已进行实施，目前运行正常。但是这种改造方案也存在一定局限性，表现为不能从本质上解决原系统设计不足的缺点。长远看来，还需要寻求更有效的解决办法。

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