300MW锅炉吹灰程控系统改造

[摘 要]介绍我公司300MW机组#4炉吹灰程控系统改造情况，对发现的问题及采取的措施进行了阐述，对改造后的运行效果进行了评估。

[关键词]吹灰；程控；升级改造

中图分类号：TG633 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）26-0044-02

1.概述

1.1 主要功能

本控制系统是由中外合资企业上海克莱德贝尔格曼机械有限公司开发设计，适用于300MW机组锅炉，能够完成对安装在锅炉本体和空气预热器上的所有吹灰器及吹灰蒸汽管路的控制和监视，系统配置如下：

a）数据采集系统。

b）模拟量控制系统。

c）开关量控制系统。

d）网络通信系统。

1.2 300MW锅炉吹灰程控系统包括硬件：

a）采用施耐德公司的PLC（CPU434），多个开关量输入单元、多个开关量输出单元、部分模拟量输入和模拟量输出单元，实现对就地设备的控制与监视。

b）CPU自带的RS485接口与DCS通信。

d）Concept2.2ML作为组态软件。

e）数据记录、人机画面使用组态王实现。

f）运行操作员站使用Foxboro公司的DCS系统实现人机交互。

g）就地吹灰设备使用电动机提供动力，反馈使用限位开关实现。每台吹灰器有两个开关代表吹灰器进到位和退到位。

h）系统示意图如图1所示：

2.存在的问题

2.1机组锅炉侧的工况差，灰尘比较多，吹灰器的前进和后退行程开关触点容易被灰尘污染影响正常使用。

2.2每一个吹灰器的工作时间都是通过时间继电器来控制的，PLC无法查看和修改这个时间，出现系统问题时，无法在线实时查看吹灰器运行状态。

2.3吹灰器的电源柜、接触器、时间继电器在锅炉12.6米，灰尘多，工作环境差，这些电气设备的损坏率非常高，有些联锁是硬回路连接，线路纵横交错，不便于发现问题。

2.4组态电脑上的画面系统经常死机或者自动退出。

2.5吹灰程控系统主要的控制方法是顺序控制，旧的PLC程序可读性太差，全部变量无注释，程序的查阅和修改难度大，可维护性太差。

3.改造的措施及施工

3.1 系统结构

升级后的锅炉吹灰程控系统主要由就地设备、冗余的双路PLC、输入输出设备、工作站、冗余的10M/100Mbps快速切换型以太网、智能切换开关（switchHUB）构成。

3.2 系统工作站部分

a.更换原先的工作站电脑，安装WINDOWSXP操作系统，组态软件使用UnityPro，人机界面采用IFix制作。工作站与PLC之间使用TCP/IP网络协议通信。

b.增加一台备用服务器（盲SCACD）杜绝了旧系统中工作站画面退出后DCS无数据的情况发生。增加数据历史库，便于事故追忆。

3.3 系统网络部分

a.在原先的PLC机柜中安装两台冗余的小型交换机，PLC新增的两个NOE通讯卡件分别与两个交换机冗余。

b.制作连接相应的网络线路，包括NOE到交换机的网线（RG45接口），PLC和子站之间的同轴电缆，工作站、备用服务器到交换机的网线，DCS操作员站、工程师站到交换机的网线等。

c.DCS工程师站、操作员站增加一个网卡专门用于访问和控制吹灰系统，新增网卡与原先的网卡采用软件隔离，互不影响，DCS系统画面上只有吹灰画面可以通过这个网卡接收和发送数据。

d.吹灰程控系统网络地址设置为跟DCS系统不同的网段，有效防止操作员站电脑维修后网线插错产生的网络IP冲突。

3.4 控制机柜部分

a.更换更高版本的PLC和容量更大的电源（两路冗余）确保PLC的电源稳定性，增加两路冗余的NOE替换原先的RS485。

b.拆除原先锅炉侧12.6米的就地电源柜和接触器柜子，在电子间增加接触器柜，拆除时间继电器以及其他硬回路联锁。

3.5 就地吹灰器部分

a.拆除原先接触式的行程开关，更换为供电电压为24V的电磁感应式行程开关。

b.增加带有过流保护的电机远传电流表，输出为4-20mA。

3.6系统软件及组态工作

a.DCS工程师站和操作员站软件配置保持不变，吹灰系统工作站安装UnityPro、IFix、

b.对系统逻辑进行优化，顺序控制采用模块化设计，增加程序的可读性，与DCS通讯的几个PLC地址保持不变，每个变量地址增加注释说明。

c.增加对于每一个吹灰器吹灰时间设定的优化，并且远传至DCS，使每个吹灰器的吹扫时间可视可调整。

d.根据吹灰器电机电流和行程开关的反馈状态，PLC程序增加吹灰器卡涩的逻辑判断，并通过开关量的形式远传至DCS，同时历史数据库记录相关参数的数据变化曲线。

e.画面的相关设定，包括：辅汽控制、冷态运行等信号的设定远传至DCS系统。旧系统中的所有硬回路联锁全部拆除，增加到PLC逻辑中。

3.6 遗留问题

升级后的系统在软件方面的改造比较全面，但是部分硬件还是使用原先的老部件，包括：控制柜内原先的继电器、PLC的I/O卡件、部分旧的接触器。

不过把接触器从锅炉12.6米拆除，安装到了环境更好的电子间之后，接触器损坏的机率会小很多。

3.7 调试情况

调试中，DCS工程师站和操作员站电脑新增加的网卡在进行软件隔离的时候出现了一点问题，最后通过咨询FOXBORO公司得到了解决。

使用了原先的控制机柜和继电器，调试时间比较长，期间试运行的时候个别几个吹灰器的动作不太理想，后期通过调整PLC逻辑达到了预期的效果。

4.改造效果

此次升级改造，硬件将DPU版本由原来的DPU4E版本升级为DPU4F版本。操作员站操作系统升级为WINXP系统；组态软件改造为maxTOOLS4E，版本MaxDNA3.5；图形组态器GraphicalConfigurator；图形用户界面软件maxVUE；历史数据和报表包软件maxSTORIAN；还包含有丰富工具软件（报警、记录、诊断等）、Security安全软件、SBPWrapperCalculation背板软件等。

改造后的操作员站MAXSTATION人-机接口，解决了老DCS系统操作员站死机、无硬件更换的问题，解决了运行人员可靠的与DCS系统接口、保证机组安全。

数据通讯系统改造为MAXNET数据通讯系统，星型网络故障比环形网络故障容易处理，网络更加可靠实用，解决老DCS网络OEI光电转换装置、网络故障引起操作员站死机的问题和网络故障。

改造后的DPU4F版本，使设备的可靠性得到了提高。该DPU4F版本的DPU无需风扇、不会受散热不良的影响其DPU的工作，解决了原来DPU风扇故障导致DPU散热不良而导致DPU故障、死机的问题。DPU无需电池，使用存储卡进行下装程序的保存，增加设备的稳定可靠性，解决了因老DPU电池失效带来程序因电源切换等原因造成的程序丢失。新DPU4F取消了插针，使得DPU4F通讯只靠总线通讯，简化安装方式，安装方便，接触可靠，解决老DPU插针加总线的安装方式带来的一系列故障、及不方便、也容易损坏插针和接触不良带来的故障。

操作员站操作系统升级为WINXP系统，使得系统运行比原来win95系统更加可靠稳定。增加了一台操作员站，保证了运行人员有足够的操作监视平台，保障了安全。

升级后的DCS系统组态软件方便、填表式的组态方式容易上手，在设备的可靠性和安全性上得到了提高。硬件上有利于备品备件的订购，方便维护，增加了一台操作员站，方便了运行人员的操作。

升级后完善的报警、SOE记录、历史趋势等功能保证了机组运行的需求，解决了原始SOE、历史趋势记录时间较短（有时30分钟SOE记录就刷新掉）无法及时保存的难题。

总体上，此次升级改造，解决了老MAX1000系统的软件、硬件问题，确保了机组的的安全运行。

此次升级改造，硬件更换了配置更高的工控机电脑，新增加一台IFix服务器。工作站电脑操作系统升级为WINXP系统，组态软件改造为UnityPro，图形、数据采集软件改为IFix4.0，IFix自带历史数据库、报警、记录、诊断等功能，是高级的SCADA平台，完全能够胜任吹灰程控的各种系统要求。

改造后的操作员站使用戴尔工控机，很好的解决了老系统死机和画面自动推出的问题，提高了系统的稳定性。

数据通信从原先的RS485改为TCP/IP协议，每一个节点都采用冗余配置，相比较原先的单一树形网络，新的星型网络增加了系统的稳定性，维护更方便。

升级后的双路冗余PLC具有更大的机身内存和更快的运行速度，冗余配置使运行稳定性有了极大的提高，两路PLC程序数据自动同步、备份，配合升级的UnityPro组态软件，可以很好的实现逻辑的在线阅读、在线更改、程序备份、程序上装与下装。

工作站电脑操作系统升级为WINXP后运行更稳定，增加了一台冗余的IFIX服务器可以很好的解决原先工作站画面不能退出的问题。

部分逻辑做了优化，通过吹灰器电机电流和行程开关状态来判断吹灰器的故障，拆除原先硬回路联锁，吹灰时间可监视，模块化程序设计的理念增加了复杂顺序控制系统逻辑的可读性。有效的降低了维护人员的工作难度和运行人员的工作强度。

升级后完善的报警、历史趋势等功能保证了机组运行的需求，解决了原先系统出现偶然性缺陷时无法检查的问题。

总体上，此次升级改造，解决了老吹灰系统的软件、硬件问题，确保了机组的的安全运行。

5.结束语

此次锅炉吹灰程控系统升级改造，提高了机组的安全稳定性，决解了吹灰程控系统原先发现的软件、硬件问，维护方便。降低了整个系统的故障率，提高了生产效率和缺陷数量，减轻了运行维护人员的工作强度。