大港电厂DCS改造升级组态程序化的实践

一、DCS系统改造前情况
天津华能大港发电有限责任公司#4机组是328.5MW燃煤机组，于1992年5月1日移交生产，其控制系统为BAILEY-N90分散控制系统。N90系统包括闭环控制系统、开环控制系统、燃烧器管理系统、数据采集系统、汽机自启停系统。N90系统共有27个节点，节点模件为NPMOl、NISO1，端子部件为NTCLOl，模件电缆为NKLSOl;使用两台OIS主机，带四台OIC。
由于受当时技术水平的限制，多功能处理器MFCOl～05版本陈旧，控制执行周期长、负荷率高，处理能力和速度较低。模拟量和温度信号模件采用的是早期的AMM模件，可靠性差，还存在温度漂移、需做复杂的校验等问题。经过十多年的运行，这些模件均已到故障的高发期，加之早已停产，备品备件根本无法买到，严重影响到机组的安全运行。因此，控制系统升级改造势在必行。
改造前#4机组DCS控制系统有2.5个节点(PCU节点23个，OIS节点2个)，其中PCU3/PCU4、PCUl8/PCUl9和PCU5/PCUll在同一个机柜，具备节点合并的条件。
本次改造中，采用大容量处理器BRClO0和MFPl2替代MFCOl、MFCO2、MFCO3和MFCO5，用ASI23取代AMM和ASM。软件采用合并和优化的方式重做和修改。在标签库和趋势库修改以及OIS的操作画面变动上尽量维持原状，以保持运行人员的操作习惯。
二、硬件改造方案
1.硬件配置原则
(1) 将原系统的控制器模件MFC提升为MFP或BRC，并将原有各MFC中的逻辑进行适当合并。
(2) 将AMM全部淘汰。
(3) 保持原系统的架构不变，原有端子板保持不动，确保系统分散度。
(4) 将模件总线改造为双总线(CONTROLWAY)方式。
2.各节点的硬件配置方案
改造后各节点的硬件配置方案如下表，共计有14个BRClO0、27个MFPl20。

三、软件改造方案
1.实现软件组态改造合并全过程监控
本次改造由于涉及的范围大、对象广，同时它又不是整个系统全部推倒重来，因此不同于一般电厂的DCS改造，对软件组态改造合并后的正确性提出了严格的要求。借鉴全面质量管理的经验，我们提出了对本次软件组态改造合并全过程进行监控的想法。但是，如果使用手工进行软件组态改造合并，对其全过程进行监控的困难非常大，而且要进行大量繁琐的验证工作，耗费的时间将大大增加。电厂的合作方北京华能新锐控制技术有限公司吴鹤春同志自行开发了用C++语言编写的全自动组态改造合并程序，组态程序一次自动生成，实现了对DCS系统软件组态改造合并和全过程监控。
2.DCS系统改造的组态修改合并过程
(1) 方案确定
电厂与华能新锐公司就DCS系统改造软件方案反复探讨后，确定改造的总体方案为:先对MFC中原有的功能块压缩，然后分别移动到新的块地址段。例如，将2个MFC中原各自分散在0～9999中的块(本厂大部分为MFCO3)先压缩，视压缩后各自占有功能块的多少确定合并后块地址段，如第一个MFC的功能块地址段为0～6000,另一MFC中功能块的地址段为6000～10000。同时，为今后维护方便，在全压缩的基础上，在每一百个块后空10个块，其它类推。
(2) 原始组态
电厂提供机组实际的所有PCU模件的CFG文件，并核对CAD图无误。
(3) 原始记录
用华能新锐公司的自动组态改造合并程序扫描所有CFG文件，自动生成对应CFG功能块的EXCEL表。每个模件两个表，一个为CFG文件记录原模件的组态细节，一个为功能块合并文件记录原模件的功能块、功能码、每个块占用的输出块号、目标功能块号、完全压缩后的块号，此表为合并中的各种信息提供记录，如原功能块所在的文件名(查证原图与功能块)、新功能块(修改后)、交叉修改(原交叉名)、对应的标签号、标签中PCU模件修改记录、新文件图号等。全部模件一次生成全部表单(十分钟)。
(4) 生成合并方案
按自动生成的EXCEL表，根据上述确定的方案重新分配块号，此一分配在EXCEL表自动完成(自动计算出新的块地址)，生成新的EXCEL表作为合并目标块号。
(5) 用自动组态程序扫描全部图纸
做好每一个功能块的原文件号记录，以备核对和备查。4339张图，只需要十几分钟就全部记录在案。
(6) 用自动组态程序进行改造合并
程序扫描新EXCEL表中的目标块号，自动修改CAD图中的全部功能块号。将CAD图上的原块号按与之对应的新分配块号一次更改完成，并在EXCEL表中显示出与新块号对应的CAD图页号。如果是合并模件，此时被合并模件的CAD图块号、页号同时更改，只需将此CAD图导入目的模件即可。
(7) 用自动组态修改交叉号
由于不同模件中使用的交叉号基本相同，因此合并后交叉必须区分不同模件的组态，在原交叉基础上增加新标识，此一过程比较复杂。因为原设计是在不同国家进行的(汽机组态在美国，锅炉组态在加拿大)，风格不同，随机性比较大，为此设计了多种程序方案。有按PCU号模件号块号交叉;也有按系统号交叉;也有用信号名称交叉等。主要难点是在字长接近30个最大允许长度时的修改，有时只能加一个字节进行。但均能一次性正确编译通过，确保了全部交叉的正确完成。
(8) 用自动组态程序修改数据库
CAD图纸的修改完成后，标签库的修改工作也十分浩大，而且容易出错。但采用了自动组态修改程序后就十分简单，一次性修改编译完成后没有任何错误。自动程序修改数据库工作是以原标签号作为基准，首先从原图中的PCU号模件号和块号找到相应的标签号，按相应的新PCU号、模件号和块号修改该标签，再用自动组态改造合并程序扫描此一新EXCEL表，生成对应于新块号的新DBF文件，将此新DBF文件导入项目树，就可生成新的标签库。
(9) 用自动组态程序修改文件号
在完成上述工作后，由于模件的合并，大量的图纸要从一个模件合并到新模件中，因此图纸文件名修改工作量也很大。自动组态修改程序设计了专门用于文件名修改的程序，可一次性完成修改。此项工作遇到的困难是，由于模件合并后的图号不够用，十位数超过26个字母和个位数超过10个数字后CAD文件名就不能认。因此，专门设计了个位数用26个字母的程序，保证了文件编号的正确。
(10) 用自动组态程序进行图纸修改
上述工作完成后，主要组态工作基本完成。但是，在图纸方面有大量的工作要做，标题栏上的修改工作很多，PCU号、模件号、子模件号、文件名、子模件位置、端子板位置等许多修改工作要完成。特别是对于子模件，手动修改费时费事，一一核对容易发生手工错误。因此，专门设计了一个修改程序。自动修改程序将从功能码中自动导入，不会发生错误，其它图纸同样都是从文件中直接写入，避免了各种手工错误的发生，一次性的对全部图纸的标题栏进行了全面核对。人工完成一次图纸的核对工作，通常至少也得4个人花费三个月的时间，但使用自动组态程序后只需要几天时间。
(11) 组态工作的基本完成
在完成上述工作后，将全部组态图导入原工程项目，并导入新数据库。重新编译和交叉后，基本完成了全部组态工作，只需一周时间，比手工修改节约了大量的时间和人工。可靠准确的组态为改造工作的顺利完成起到了决定性的作用。至此，工作基本完成，此时新的EXCEL表中记载着所有的改动信息，包括旧块号、新块号、旧页号、新页号、标签库中的原索引及对应的旧块号和新块号。检查起来一目了然，省时省力。
由于华能新锐公司的自动组态改造合并程序全过程均是自动完成，不需人工手动更改，且自动生成EXCEL表，使得组态改造全过程流程监控得以一目了然，便于检查核对，大大节省了人力物力，工期得以几十倍缩减，且正确率更不是手动更改可以相比的。
在组态改造合并程序完成后，我们首先进行了DCS所有DI/AI逐点传动，并与OIS画面相比较，以确保组态及标签的正确性，其次进行了设备的系统传动，在这其中没有发现一例因组态合并造成的错误。通过传动，证明该自动组态改造合并程序的正确率是100%。
改造后，可生成原功能块、原功能码、输出块、目标块、压缩后目标块、原图号、修改后块号、标签表、标签号等EXCEL表。
四、DCS改造后情况
天津华能大港发电有限责任公司#4机组DCS改造于2004年5月1日开始，5月26日结束，历时26天。机组于2004年6月15日顺利并网发电。实践证明，我们这次DCS改造是圆满成功的。改造后，主模件控制运行执行周期和负荷率均有大幅度的降低，提高了控制系统的可靠性和可用率。大港电厂DCS改造的组态程序自动生成是可行的，不仅确保了组态正确率和可靠性，而且提高组态自动化水平，大大减轻了组态过程的工作强度，缩短了工期。