论文部分内容阅读
摘要：本文主要对宁德电厂4号机组目前DCS系统及其设备的基本情况、存在问题、进行改造的背景、必要性和改造方案进行分析，并对DCS系统版本由Ovation2.4.1升级为3.3版本的软、硬件系统升级进行方案论证
关键词：Ovation系统；改造；方案；论证
1、4号机组DCS系统拟改造背景
目前4号机组的DCS系统采用的是美国艾默生公司的OVATION系统，机组于2006年9月投产，至今已运行8年。Ovation系统的版本为ovation 2.4.1是艾默生公司windows平台中的早期产品，该版本中控制器与网络为单网连接，即每个控制器与网络只有一根网线相连接，没有实现冗余配置，
配套的计算机为Dell公司04年左右的产品，服务器、历史站的操作系统为windows2003+sp1，操作站的操作系统为XP+sp1。上述型号Dell计算机均已停产，目前DCS系统服务器、工程师站、各操作员等硬件系统已陆续开始出现故障。
2、目前DCS系统和设备的基本配置
DCS网络配置采用总线型结构配置如下图
DCS网络结构图
控制器CPU配置：奔腾处理器， 64MB 内存， 32MB闪存， 包括PCPS电源， 3个以太网口；数据服务器/工程师站配置： 512 MB 内存、4 x 36GB 硬盘；操作员站配置： 512MB内存、40GB 硬盘；历史站配置：512MB 内存8 x 36GB硬盘；软件：系统为Ovation2.4+windowsXPSp1；网络：单冗余快速以太网， 5对交换机。
4、目前DCS系统存在的主要问题及改造必要性
4.1缺陷情况的历史记录和叙述：4号机组DCS系统的1台服务器、1台工程师站、1台OPC站、1台历史站、6台操作员站都已经出现过硬件老化不能使用的故障。
4.2影响人身和设备安全的问题： DCS系统的服务器、工程师站、OPC站、操作员站出现故障都会影响机组的安全稳定运行，如果发生比较严重的故障甚至可能导致机组退出运行，目前上述硬件都已出现过故障。
4.3影响设备可靠性的问题
4.3.1 4号机组DCS系统服务器、工程师站、各操作员等硬件系统运行年限过长，已陆续开始出现故障，原备件陆续替换完，目前基本已无备件，而且厂家已经停产，虽然服务器、工程师站、各操作员的少量硬件暂时能采购到，但是备件的来源、途经及质量无法得到保证给机组安全稳定运行带来很大的风险，也使DCS系统的可靠性水平降低。
4.3.2、控制器采用单网与交换机相连，Ovation 网络冗余度不够；任何一个交换机故障或网线接头发生松动，则会立刻切换到备用DPU， 在故障未解除之前，机组是单DPU 运行，给电力生产带来一定的威胁；并且DPU 切换是电力生产企业较大事情，因此需对OVATION系统网络配置进行完善。
4.3.3随着网调与环保要求的日益提高，机组与脱硫系统的历史数据显的非常重要，提高历史站的可靠性也日益重要；历史站的历史数据回放速度缓慢且没有冗余配置，影响运行分析的效果和数据保存的可靠性。
综上所述有对Ovation系统进行升级改造的必要性。
5、改造方案及论证
5.1需要通过技术改造解决的问题
5.1.1解决4号机组DCS系统服务器、工程师站、各操作员等硬件系统运行年限过长，已陆续开始出现故障，原备件陆续替换完，目前基本已无备件，而且厂家已经停产，虽然服务器、工程师站、各操作员的少量硬件暂时能采购到，但是备件的来源、途经及及质量无法得到保证给机组安全稳定运行带来很大的风险，也使DCS系统的可靠性水平降低的问题.
5.1、2、解决每个控制器采用单网与交换机相连，Ovation 网络冗余度不够；任何一个交换机故障或网线接头发生松动，则会立刻切换到备用DPU， 在故障未解除之前，机组是单DPU 运行的问题。
5.1.3、解决原历史站的历史数据回放速度缓慢且没有冗余配置，影响运行分析的效果和数据保存的可靠性的问题。
5.1.4、解决Ovation2.4.1是艾默生公司windows平台中的早期产品较为落后的问题。
5、2改造调研的主要依据、过程及结论
由于4号机组DCS系统服务器、工程师站、各操作员等硬件系统运行年限过长，已陆续开始出现故障，原备件陆续替换完，目前基本已无备件，而且厂家已经停产，虽然服务器、工程师站、各操作员的少量硬件暂时能采购到，但是备件的来源、途经及质量无法得到保证给机组安全稳定运行带来很大的风险，因此有必要对DCS系统进行升级技术改造。通过2013年艾默生DCS技术讨论会上调研和通过对其他兄弟电厂新机组DCS配置及SIS通信接口方案的调研，建议采用艾默生公司Ovation 3.3版本 。
5.3、改造方案
使用控制器上的冗余网络端口实现每个控制器的网络通讯冗余，同时修改原有的交换机设置，以实现网络的全冗余配置；服务器、历史站、OPC站、工程师站、操作站全部更换为目前的主流产品；服务器、历史站的操作系统由windows2003+sp1升级为windows2008；OPC站、工程师站、操作站的操作系统由windowsXP+sp1升级为windows7；历史站实现冗余配置；DCS系统版本由Ovation2.4.1升级为3.3。下表为改造前后软、硬件差异表
配置差异表
5.4、施工方案
5.4.1前期准备工作
5.4.1.1数据库在线备份工作
在项目实施前两个月与艾默生公司做好沟通工作，完成在线数据的备份工作（在艾默生工程师完成数据的备份工作后，现场不要有新的改动，否则新的改动逻辑、参数等不会出现在升级后的系统里。如果必须改动，做好记录，升级完成后再手动修改）。 5.4.1.2新系统的搭建，数据库、组态文件等的导入工作（由艾默生工程师在上海完成）
在服务器上装好windows2008操作系统，Ovation3.3软件，添加授权等。导入最新备份的数据库、画面；将备份回来的逻辑转换至适合Ovation3.3格式，并导入至新的系统中；接下来工程师需要花大量时间对各种参数做好比对工作，确保新老系统参数一致性。在新的操作站上装上操作系统，与服务器建立连接，装好Ovation操作站软件。注意事项：服务器与需要更换的操作员站，以及所有的画面，逻辑转换、比对工作都要在发货前做完，至少需一个月时间时间（多位工程师协同完成）。
5.4.2现场工作
第一天进行系统恢复前的备份包括控制器参数备份、服务器备份、license备份等；第二天至第四天；安装服务器包括安装操作系统及OVATION系统、导入数据库、检查定义所有的逻辑图和画面、配置控制器以及其他所有的工作站；第五天连接所有新增的网线、升级电厂现有的交换机操作系统。
第六天至第七天；清空所有控制器及CF卡、恢复所有控制器、安装其他操作员站、安装历史站。
第八天；配置打印机及双屏、安装OPC站、安装其他Windows操作员站；第九天电厂组织人员对升级后的DCS系统进行验收。
6、改造预期达到的效果和评估
服务器、工程师站、OPC站、操作员站全部更换为目前主流产品，软件更新，性能更加先进，原来面临的硬件老化、故障等问题得到解决； ovation系统网络的稳定性增强，控制器网络实现冗余可靠性提高；系统软件性能增强、OPC站性能提升、工程师站、操作员站性能提升；组态使用OCB组态工具不再依赖AutoCAD授权； Publish功能，可将组态文件转化为PDF文件另存，PDF文件可灵活实现组态页的交叉参考调用，灵活调用、检验组态的设定值和整定参数；历史站升级为OPH，不再依赖oracle数据库，历史数据查询速度加快，历史站性能增强；历史站升级为冗余配置，实现两台服务器同时进行数据采集和存储；当一台历史站故障恢复后，可以从另一台历史站中将缺失的数据自动拷贝过来，实现两台历史站数据的一致。改造将使DCS整体性能更加可靠和先进，从而达到使机组运行安全性、可靠性大幅提高的效果。DCS系统是整个电厂控制核心，确保DCS系统安全可靠的重要性是不言而喻的，因此改造带来的间接经济效益是巨大的。
参考文献
[1]宋笑妍《电厂DCS控制系统故障分析及可靠运行措施分析》《中国科技投资》2014年第A17期
[2]李海霞《DCS概述及故障分析》《时代报告》 2014年第5期
[3]李明 《黔北电厂3号机DCS系统升级前后优劣比较》《贵州电力技术》2014年第17卷第6期
[4]丁毅 黄天赐 《对DCS系统在电厂中的应用分析》《青年科学：下半月》 2014年第2期
作者简介：张啸海（1982-），男，工程师，工作单位：福建大唐国际宁德发电有限责任公司
关键词：Ovation系统；改造；方案；论证
1、4号机组DCS系统拟改造背景
目前4号机组的DCS系统采用的是美国艾默生公司的OVATION系统，机组于2006年9月投产，至今已运行8年。Ovation系统的版本为ovation 2.4.1是艾默生公司windows平台中的早期产品，该版本中控制器与网络为单网连接，即每个控制器与网络只有一根网线相连接，没有实现冗余配置，
配套的计算机为Dell公司04年左右的产品，服务器、历史站的操作系统为windows2003+sp1，操作站的操作系统为XP+sp1。上述型号Dell计算机均已停产，目前DCS系统服务器、工程师站、各操作员等硬件系统已陆续开始出现故障。
2、目前DCS系统和设备的基本配置
DCS网络配置采用总线型结构配置如下图
DCS网络结构图
控制器CPU配置：奔腾处理器， 64MB 内存， 32MB闪存， 包括PCPS电源， 3个以太网口；数据服务器/工程师站配置： 512 MB 内存、4 x 36GB 硬盘；操作员站配置： 512MB内存、40GB 硬盘；历史站配置：512MB 内存8 x 36GB硬盘；软件：系统为Ovation2.4+windowsXPSp1；网络：单冗余快速以太网， 5对交换机。
4、目前DCS系统存在的主要问题及改造必要性
4.1缺陷情况的历史记录和叙述：4号机组DCS系统的1台服务器、1台工程师站、1台OPC站、1台历史站、6台操作员站都已经出现过硬件老化不能使用的故障。
4.2影响人身和设备安全的问题： DCS系统的服务器、工程师站、OPC站、操作员站出现故障都会影响机组的安全稳定运行，如果发生比较严重的故障甚至可能导致机组退出运行，目前上述硬件都已出现过故障。
4.3影响设备可靠性的问题
4.3.1 4号机组DCS系统服务器、工程师站、各操作员等硬件系统运行年限过长，已陆续开始出现故障，原备件陆续替换完，目前基本已无备件，而且厂家已经停产，虽然服务器、工程师站、各操作员的少量硬件暂时能采购到，但是备件的来源、途经及质量无法得到保证给机组安全稳定运行带来很大的风险，也使DCS系统的可靠性水平降低。
4.3.2、控制器采用单网与交换机相连，Ovation 网络冗余度不够；任何一个交换机故障或网线接头发生松动，则会立刻切换到备用DPU， 在故障未解除之前，机组是单DPU 运行，给电力生产带来一定的威胁；并且DPU 切换是电力生产企业较大事情，因此需对OVATION系统网络配置进行完善。
4.3.3随着网调与环保要求的日益提高，机组与脱硫系统的历史数据显的非常重要，提高历史站的可靠性也日益重要；历史站的历史数据回放速度缓慢且没有冗余配置，影响运行分析的效果和数据保存的可靠性。
综上所述有对Ovation系统进行升级改造的必要性。
5、改造方案及论证
5.1需要通过技术改造解决的问题
5.1.1解决4号机组DCS系统服务器、工程师站、各操作员等硬件系统运行年限过长，已陆续开始出现故障，原备件陆续替换完，目前基本已无备件，而且厂家已经停产，虽然服务器、工程师站、各操作员的少量硬件暂时能采购到，但是备件的来源、途经及及质量无法得到保证给机组安全稳定运行带来很大的风险，也使DCS系统的可靠性水平降低的问题.
5.1、2、解决每个控制器采用单网与交换机相连，Ovation 网络冗余度不够；任何一个交换机故障或网线接头发生松动，则会立刻切换到备用DPU， 在故障未解除之前，机组是单DPU 运行的问题。
5.1.3、解决原历史站的历史数据回放速度缓慢且没有冗余配置，影响运行分析的效果和数据保存的可靠性的问题。
5.1.4、解决Ovation2.4.1是艾默生公司windows平台中的早期产品较为落后的问题。
5、2改造调研的主要依据、过程及结论
由于4号机组DCS系统服务器、工程师站、各操作员等硬件系统运行年限过长，已陆续开始出现故障，原备件陆续替换完，目前基本已无备件，而且厂家已经停产，虽然服务器、工程师站、各操作员的少量硬件暂时能采购到，但是备件的来源、途经及质量无法得到保证给机组安全稳定运行带来很大的风险，因此有必要对DCS系统进行升级技术改造。通过2013年艾默生DCS技术讨论会上调研和通过对其他兄弟电厂新机组DCS配置及SIS通信接口方案的调研，建议采用艾默生公司Ovation 3.3版本 。
5.3、改造方案
使用控制器上的冗余网络端口实现每个控制器的网络通讯冗余，同时修改原有的交换机设置，以实现网络的全冗余配置；服务器、历史站、OPC站、工程师站、操作站全部更换为目前的主流产品；服务器、历史站的操作系统由windows2003+sp1升级为windows2008；OPC站、工程师站、操作站的操作系统由windowsXP+sp1升级为windows7；历史站实现冗余配置；DCS系统版本由Ovation2.4.1升级为3.3。下表为改造前后软、硬件差异表
配置差异表
5.4、施工方案
5.4.1前期准备工作
5.4.1.1数据库在线备份工作
在项目实施前两个月与艾默生公司做好沟通工作，完成在线数据的备份工作（在艾默生工程师完成数据的备份工作后，现场不要有新的改动，否则新的改动逻辑、参数等不会出现在升级后的系统里。如果必须改动，做好记录，升级完成后再手动修改）。 5.4.1.2新系统的搭建，数据库、组态文件等的导入工作（由艾默生工程师在上海完成）
在服务器上装好windows2008操作系统，Ovation3.3软件，添加授权等。导入最新备份的数据库、画面；将备份回来的逻辑转换至适合Ovation3.3格式，并导入至新的系统中；接下来工程师需要花大量时间对各种参数做好比对工作，确保新老系统参数一致性。在新的操作站上装上操作系统，与服务器建立连接，装好Ovation操作站软件。注意事项：服务器与需要更换的操作员站，以及所有的画面，逻辑转换、比对工作都要在发货前做完，至少需一个月时间时间（多位工程师协同完成）。
5.4.2现场工作
第一天进行系统恢复前的备份包括控制器参数备份、服务器备份、license备份等；第二天至第四天；安装服务器包括安装操作系统及OVATION系统、导入数据库、检查定义所有的逻辑图和画面、配置控制器以及其他所有的工作站；第五天连接所有新增的网线、升级电厂现有的交换机操作系统。
第六天至第七天；清空所有控制器及CF卡、恢复所有控制器、安装其他操作员站、安装历史站。
第八天；配置打印机及双屏、安装OPC站、安装其他Windows操作员站；第九天电厂组织人员对升级后的DCS系统进行验收。
6、改造预期达到的效果和评估
服务器、工程师站、OPC站、操作员站全部更换为目前主流产品，软件更新，性能更加先进，原来面临的硬件老化、故障等问题得到解决； ovation系统网络的稳定性增强，控制器网络实现冗余可靠性提高；系统软件性能增强、OPC站性能提升、工程师站、操作员站性能提升；组态使用OCB组态工具不再依赖AutoCAD授权； Publish功能，可将组态文件转化为PDF文件另存，PDF文件可灵活实现组态页的交叉参考调用，灵活调用、检验组态的设定值和整定参数；历史站升级为OPH，不再依赖oracle数据库，历史数据查询速度加快，历史站性能增强；历史站升级为冗余配置，实现两台服务器同时进行数据采集和存储；当一台历史站故障恢复后，可以从另一台历史站中将缺失的数据自动拷贝过来，实现两台历史站数据的一致。改造将使DCS整体性能更加可靠和先进，从而达到使机组运行安全性、可靠性大幅提高的效果。DCS系统是整个电厂控制核心，确保DCS系统安全可靠的重要性是不言而喻的，因此改造带来的间接经济效益是巨大的。
参考文献
[1]宋笑妍《电厂DCS控制系统故障分析及可靠运行措施分析》《中国科技投资》2014年第A17期
[2]李海霞《DCS概述及故障分析》《时代报告》 2014年第5期
[3]李明 《黔北电厂3号机DCS系统升级前后优劣比较》《贵州电力技术》2014年第17卷第6期
[4]丁毅 黄天赐 《对DCS系统在电厂中的应用分析》《青年科学：下半月》 2014年第2期
作者简介：张啸海（1982-），男，工程师，工作单位：福建大唐国际宁德发电有限责任公司