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摘要：华能太仓电厂2号300MW 机组1999年投运生产，采用TXP分散控制系统，运行至今，设备老化、备品卡件采购困难、可靠性逐步降低，2013 年10月利用机组大修将DCS改造升级成Ovation系统。本文主要论述了改造方案及具体施工过程，讲解了改造后的软硬件配置、施工調试的成功经验及DEH系统数据库一体化升级，针对改造中的问题给出了解决方法，供其他机组DCS改造升级时参考。
关键词：Ovation 控制系统；TXP 控制系统；升级改造；300MW
0 引言
随着计算机技术的迅猛发展，电子产品更新换代的速度也越来越快，一些关键元器件因厂家停产而逐步被市场淘汰，我国早期投入生产的火电机组正面临着备品备件采购困难的窘境，尤其是DCS系统备品卡件，价格昂贵，采购周期冗长，严重危机到了机组的安全经济运行。因此，电厂热控维护人员应及时商讨对策，选择可靠、经济的方案对原有DCS系统进行升级改造。
1 目前存在问题
华能太仓电厂2 号机组于1999 年2 月建成投入商业运行。锅炉和汽轮机辅助系统采用Siemens 公司的TXP 分散控制系统，实现数据采集DAS、模拟量控制MCS、开关量控制OCS、炉膛安全监视系统FSSS 等功能；现有TXP系统为上世纪九十年代早期产品，系统和卡件连续运行十多年，已严重老化，系统故障率大幅上升，CPU负荷率居高不下，备品备件采购周期长、价格昂贵，维护费用与日俱增，已严重影响到机组的安全、稳定、经济运行；由于系统当初的设计缺陷，TXP 系统可扩展性差，备用通道几近用完，脱硝等新增控制装置无法加入，新技术、新软件也很难有机会融入老系统。经广泛调研、充分论证和优化选型，最终确定对机组控制系统进行改造，选用EMERSON公司全新的专家控制系统Ovation替换现有的TXP系统。
2 DCS改造总体方案
经过前期充分调研和对多种方案进行反复比较，确定方案如下：
（1）最大限度地保留现场电缆；
（2）拆除原TXP 系统继电器输出柜（RC柜），在电缆层设立4只新的RC转接柜，DCS指令信号通过新RC转接柜送至就地设备，解决电缆长度不够的问题；
（3）拆除原TXP系统输入信号转接柜（MC柜），在原地址设立新的MC中间端子柜，输入信号通过中间端子转接后送至DCS卡件；
（4）拆除所有TXP系统AP柜 ，按功能区建立新的17对DPU柜；
（5）原SINEC NET通讯总线系统被Ovation 快速以太网取代；
（6）依照原设计进行锅炉主燃料跳闸柜（MFT柜）改造。
（7）取消原PS01，PS02电源柜，设立Ovation系统电源柜和网络柜；
（8）取消2号机组共15只基地式调节装置，新增电缆引至DCS控制。
（9）取消炉侧原有的3只远程IO装置，炉管壁温选用无锡贝尔远程IO装置引至DCS，其余测点重新铺设电缆直接引至DCS卡件；取消机侧发电机温度远程控制站3面机柜，将其温度以无锡贝尔远程I/O形式纳入DCS系统。
（10） 取消循环水泵就地控制盘，在循环水泵房控制设备室加装1个远程I/O柜，将循环水系统控制设备通过远程光缆引入DCS系统。
（11）DEH系统原先是WINDOW XP系统，将DEH数据库与DCS数据库合并，取消原先DEH服务器。
（12）按照原先TXP系统的人机界面进行Ovation系统的画面组态。尽量不改变原先运行人员的操作习惯；
（13）尽量保持原TXP系统的控制策略及控制算法。
本方案最大限度的保留了现场电缆，节省了大量工程费用，大大缩短了施工周期，热控班组通过辛勤努力只用了仅38天便完成DCS改造的艰巨任务。
3 Ovation系统软硬件配置
3.1 硬件配置
3.1.1 工作站
拆除原有系统所有工作站，全部更换成全新的OVATION系统WINDOWS平台工作站。WINDOWS平台维护方便，操作灵活，软硬件支持强大，功能丰富，简单易学，工作站备件易采购。
3.1.2 系统网络结构
改造后配置一面网络柜，安装3 对互为冗余的CISCO 2960 交换机、1 台IP 交换机、1 台与对外通信交换机、1 台路由器及1 套冗余电源切换装置。网络结构采用100Mbps单层、点对点的快速以太网。同时OVATION系统采用的是ORACLE全嵌入式、分散型的关系数据库，系统能将数据管理分散嵌入到网络上的对应的站点中，任何站点的工作均不需要彼此依赖。使得系统在数据管理上真正做到了彻底地分散。每个站点（如工作站、控制器等）均作为独立的节点存在于网络中，相互之间不存在任何依赖关系，任何一个站点故障均不会影响其他站点的正常运行。
3.1.3 控制器
全部控制器采用OVATION系统的OCR1100控制器，OCR1100控制器CPU采用Intel技术，采用Vx-Works工业级操作系统，具有大容量、高可靠性等特点。 本次改造共有17对控制器，根据工艺系统要求进行功能配置。
3.1.4 I/O 卡件
（1）DCS和DEH系统的所有卡件更换为OVATION系统专用R系列模件；
（2）原输入信号经MC柜接入I/O卡件；
（3）原输出信号经继电器输出在RC柜转接后输出至现场设备；
（4）新增加的电缆直接接至I/O卡件。
3.1.5 电源柜和MFT柜
Ovation 系统配置了一面电源柜：为控制器、上位机、网络柜供电。电源柜为2 路进线（1 路UPS，1 路保安段）；按照原设计思路，重新搭建新的MFT柜。 3.2 软件配置
3.2.1 操作系统软件和OVATION软件
考虑到DCS系统稳定性，本次改造未采用OVATION最新版本3.5版，而是采用比较成熟的3.3版本，采用WINDOWS 8操作平台，改造中將DCS系统和DEH系统整合为一个系统，实现DCS和DEH的一体化网络无缝集成。
3.2.2 画面和控制逻辑
（1）保留原TXP时的画面风格；
（2）在充分消化SIEMENS 的控制思想和设计理念基础上，依据原TXP 系统的控制逻辑图，根据提供的IO清单和控制要求进行控制逻辑组态。
（3）对于DEH 系统，将原先的数据库合并至DCS数据库。
4 施工调试方案的制定与实施
4.1 工厂验收（FAT）
验收除检查、确认设备供货完整性、安装质量和接线的规范性外，全面检查控制逻辑及组态与原TXP的一致性和完整性，检测电源柜、网络柜、MFT 柜的功能和验证控制与保护逻辑。工厂验收的正确率要确保达到100%。
4.2 制订周密的DCS 改造施工调试主线进度计划
结合机组设备停役顺序，明确旧机柜拆除日期，新机柜的安装日期，电缆回穿、继电器柜拆线、新的DCS上电、Ovation 系统建立、I /O 测点信号的对线/校线、各大功能子系统回路调试等的进度日期，编制改造的主线进度，确立了DCS 上电和I /O 电缆核对等关键工程节点，从而保证系统改造工期和检修工期。
4.3 现场施工方案
（1）将电子间旧计算机柜、电缆全部做好标记后拆除；根据转接柜图纸，将已拆下的电缆连接至新的中间端子柜；因新添设备而新增加的电缆则直接敷设至新机柜内。
（2）接线完成且系统受电后，根据测点清单逐点进行I/O信号的核对，保证测点完好率、正确率100%。
4.4 三方联合调试
I/O信号核对后，根据检修进度，按DL/T 774[1]规程要求逐项进行试验验证，同步检查保护动作结果和报警信息；为保证调试的顺利进行，专门抽调运行、调试所、热控三方人员共同负责，对调试中发现的问题及时解决。
5 改造中遇到的突出问题及解决方案
（1）磨煤机相关温度白天大幅晃动，晚上和中午几乎不晃动，如图2所示
经查阅资料[2]，我厂一期2台机组是引进型机组，磨煤机属整套进口，配套的温度原件采用搭壳型E型热电偶，其负端在现场都处于接地状态，而根据OVATION热电偶模件的结构，其负端在DCS侧也接地。这样就造成了热电偶测量回路的二端接地，由于现场的地与DCS的地之间存在着电势差，且这个电势差不稳定（白天现场施工比较多，电焊机施工比较频繁，晚上干扰相对较小），因此导致了热电偶信号的跳跃，拆除热电偶特性模块相关通道上面的短接片（如图3所示）后温度恢复正常。
（2）电机、电磁阀等就地设备开关量信号同时来同时失去
经分析检查，就地设备送DCS的开、关信号一般都是用3芯转4芯，由于拆线重新接线后，2根公共线接至DI卡件的+24端子上，当任一信号闭合后，相当于2个通道的正端同时检测到了低电平信号，导致开、关信号同时到位。将2跟公共线接至-24V端子上解决了此类问题。
（3）磨煤机B的冷热调门控制引用了磨煤机A的信号
经查，逻辑组态时，同类逻辑采用了拷贝、粘贴的方式，部分测点由于疏漏，未改正点名，而热控保护连锁校验未涉及到自动控制逻辑的梳理，最终造成了此类低级错误。针对此类错误，举一反三，逐页检查模拟量控制逻辑的正确性。
（4）机组并网时，GV调门快速打开，运行人员手动跳闸
经检查分析，DEH控制逻辑在数据库合并后，逻辑页序按序号进行了重排，由于检修工期缩短，未做DEH的仿真试验，未能及时发现控制逻辑的执行顺序错误，导致并网后，调门指令先执行满负荷指令回路，再切至初始负荷回路，造成调门快速打开。根据原DEH数据库逻辑顺序重新调整控制逻辑页序，调整后如图4所示，重新冲转并网后恢复正常。
6 结束语
华能太仓电厂2号机组通过细心的前期逻辑、测点全面梳理，严谨的工厂验收，辛勤的检修改造，成功的实现了由TXP系统升级成Ovation系统，整个改造工程工期短、施工工序复杂、涉及面广、技术难度大，通过制定施工调试进度计划等措施，改造有条不紊的顺利完成，完全达到了预期目标。改造后机组于2013 年11月底正式并网运行，控制系统运行平稳，各项指标均符合要求，达到了机组安全、稳定、经济运行的要求。本改造项目的成功实施，对现役控制系统改造有较强的借鉴意义。
参 考 文 献：
[1] DL /T 774—2004 火力发电厂热工自动化系统检修运行维护规程[S]. 北京： 中国电力出版社， 2004.
[2] 孙长生，朱北恒，尹峰，等. 火电厂热控系统可靠性配置与事故预控[M]. 北京： 中国电力出版社，2010： 15-50.
关键词：Ovation 控制系统；TXP 控制系统；升级改造；300MW
0 引言
随着计算机技术的迅猛发展，电子产品更新换代的速度也越来越快，一些关键元器件因厂家停产而逐步被市场淘汰，我国早期投入生产的火电机组正面临着备品备件采购困难的窘境，尤其是DCS系统备品卡件，价格昂贵，采购周期冗长，严重危机到了机组的安全经济运行。因此，电厂热控维护人员应及时商讨对策，选择可靠、经济的方案对原有DCS系统进行升级改造。
1 目前存在问题
华能太仓电厂2 号机组于1999 年2 月建成投入商业运行。锅炉和汽轮机辅助系统采用Siemens 公司的TXP 分散控制系统，实现数据采集DAS、模拟量控制MCS、开关量控制OCS、炉膛安全监视系统FSSS 等功能；现有TXP系统为上世纪九十年代早期产品，系统和卡件连续运行十多年，已严重老化，系统故障率大幅上升，CPU负荷率居高不下，备品备件采购周期长、价格昂贵，维护费用与日俱增，已严重影响到机组的安全、稳定、经济运行；由于系统当初的设计缺陷，TXP 系统可扩展性差，备用通道几近用完，脱硝等新增控制装置无法加入，新技术、新软件也很难有机会融入老系统。经广泛调研、充分论证和优化选型，最终确定对机组控制系统进行改造，选用EMERSON公司全新的专家控制系统Ovation替换现有的TXP系统。
2 DCS改造总体方案
经过前期充分调研和对多种方案进行反复比较，确定方案如下：
（1）最大限度地保留现场电缆；
（2）拆除原TXP 系统继电器输出柜（RC柜），在电缆层设立4只新的RC转接柜，DCS指令信号通过新RC转接柜送至就地设备，解决电缆长度不够的问题；
（3）拆除原TXP系统输入信号转接柜（MC柜），在原地址设立新的MC中间端子柜，输入信号通过中间端子转接后送至DCS卡件；
（4）拆除所有TXP系统AP柜 ，按功能区建立新的17对DPU柜；
（5）原SINEC NET通讯总线系统被Ovation 快速以太网取代；
（6）依照原设计进行锅炉主燃料跳闸柜（MFT柜）改造。
（7）取消原PS01，PS02电源柜，设立Ovation系统电源柜和网络柜；
（8）取消2号机组共15只基地式调节装置，新增电缆引至DCS控制。
（9）取消炉侧原有的3只远程IO装置，炉管壁温选用无锡贝尔远程IO装置引至DCS，其余测点重新铺设电缆直接引至DCS卡件；取消机侧发电机温度远程控制站3面机柜，将其温度以无锡贝尔远程I/O形式纳入DCS系统。
（10） 取消循环水泵就地控制盘，在循环水泵房控制设备室加装1个远程I/O柜，将循环水系统控制设备通过远程光缆引入DCS系统。
（11）DEH系统原先是WINDOW XP系统，将DEH数据库与DCS数据库合并，取消原先DEH服务器。
（12）按照原先TXP系统的人机界面进行Ovation系统的画面组态。尽量不改变原先运行人员的操作习惯；
（13）尽量保持原TXP系统的控制策略及控制算法。
本方案最大限度的保留了现场电缆，节省了大量工程费用，大大缩短了施工周期，热控班组通过辛勤努力只用了仅38天便完成DCS改造的艰巨任务。
3 Ovation系统软硬件配置
3.1 硬件配置
3.1.1 工作站
拆除原有系统所有工作站，全部更换成全新的OVATION系统WINDOWS平台工作站。WINDOWS平台维护方便，操作灵活，软硬件支持强大，功能丰富，简单易学，工作站备件易采购。
3.1.2 系统网络结构
改造后配置一面网络柜，安装3 对互为冗余的CISCO 2960 交换机、1 台IP 交换机、1 台与对外通信交换机、1 台路由器及1 套冗余电源切换装置。网络结构采用100Mbps单层、点对点的快速以太网。同时OVATION系统采用的是ORACLE全嵌入式、分散型的关系数据库，系统能将数据管理分散嵌入到网络上的对应的站点中，任何站点的工作均不需要彼此依赖。使得系统在数据管理上真正做到了彻底地分散。每个站点（如工作站、控制器等）均作为独立的节点存在于网络中，相互之间不存在任何依赖关系，任何一个站点故障均不会影响其他站点的正常运行。
3.1.3 控制器
全部控制器采用OVATION系统的OCR1100控制器，OCR1100控制器CPU采用Intel技术，采用Vx-Works工业级操作系统，具有大容量、高可靠性等特点。 本次改造共有17对控制器，根据工艺系统要求进行功能配置。
3.1.4 I/O 卡件
（1）DCS和DEH系统的所有卡件更换为OVATION系统专用R系列模件；
（2）原输入信号经MC柜接入I/O卡件；
（3）原输出信号经继电器输出在RC柜转接后输出至现场设备；
（4）新增加的电缆直接接至I/O卡件。
3.1.5 电源柜和MFT柜
Ovation 系统配置了一面电源柜：为控制器、上位机、网络柜供电。电源柜为2 路进线（1 路UPS，1 路保安段）；按照原设计思路，重新搭建新的MFT柜。 3.2 软件配置
3.2.1 操作系统软件和OVATION软件
考虑到DCS系统稳定性，本次改造未采用OVATION最新版本3.5版，而是采用比较成熟的3.3版本，采用WINDOWS 8操作平台，改造中將DCS系统和DEH系统整合为一个系统，实现DCS和DEH的一体化网络无缝集成。
3.2.2 画面和控制逻辑
（1）保留原TXP时的画面风格；
（2）在充分消化SIEMENS 的控制思想和设计理念基础上，依据原TXP 系统的控制逻辑图，根据提供的IO清单和控制要求进行控制逻辑组态。
（3）对于DEH 系统，将原先的数据库合并至DCS数据库。
4 施工调试方案的制定与实施
4.1 工厂验收（FAT）
验收除检查、确认设备供货完整性、安装质量和接线的规范性外，全面检查控制逻辑及组态与原TXP的一致性和完整性，检测电源柜、网络柜、MFT 柜的功能和验证控制与保护逻辑。工厂验收的正确率要确保达到100%。
4.2 制订周密的DCS 改造施工调试主线进度计划
结合机组设备停役顺序，明确旧机柜拆除日期，新机柜的安装日期，电缆回穿、继电器柜拆线、新的DCS上电、Ovation 系统建立、I /O 测点信号的对线/校线、各大功能子系统回路调试等的进度日期，编制改造的主线进度，确立了DCS 上电和I /O 电缆核对等关键工程节点，从而保证系统改造工期和检修工期。
4.3 现场施工方案
（1）将电子间旧计算机柜、电缆全部做好标记后拆除；根据转接柜图纸，将已拆下的电缆连接至新的中间端子柜；因新添设备而新增加的电缆则直接敷设至新机柜内。
（2）接线完成且系统受电后，根据测点清单逐点进行I/O信号的核对，保证测点完好率、正确率100%。
4.4 三方联合调试
I/O信号核对后，根据检修进度，按DL/T 774[1]规程要求逐项进行试验验证，同步检查保护动作结果和报警信息；为保证调试的顺利进行，专门抽调运行、调试所、热控三方人员共同负责，对调试中发现的问题及时解决。
5 改造中遇到的突出问题及解决方案
（1）磨煤机相关温度白天大幅晃动，晚上和中午几乎不晃动，如图2所示
经查阅资料[2]，我厂一期2台机组是引进型机组，磨煤机属整套进口，配套的温度原件采用搭壳型E型热电偶，其负端在现场都处于接地状态，而根据OVATION热电偶模件的结构，其负端在DCS侧也接地。这样就造成了热电偶测量回路的二端接地，由于现场的地与DCS的地之间存在着电势差，且这个电势差不稳定（白天现场施工比较多，电焊机施工比较频繁，晚上干扰相对较小），因此导致了热电偶信号的跳跃，拆除热电偶特性模块相关通道上面的短接片（如图3所示）后温度恢复正常。
（2）电机、电磁阀等就地设备开关量信号同时来同时失去
经分析检查，就地设备送DCS的开、关信号一般都是用3芯转4芯，由于拆线重新接线后，2根公共线接至DI卡件的+24端子上，当任一信号闭合后，相当于2个通道的正端同时检测到了低电平信号，导致开、关信号同时到位。将2跟公共线接至-24V端子上解决了此类问题。
（3）磨煤机B的冷热调门控制引用了磨煤机A的信号
经查，逻辑组态时，同类逻辑采用了拷贝、粘贴的方式，部分测点由于疏漏，未改正点名，而热控保护连锁校验未涉及到自动控制逻辑的梳理，最终造成了此类低级错误。针对此类错误，举一反三，逐页检查模拟量控制逻辑的正确性。
（4）机组并网时，GV调门快速打开，运行人员手动跳闸
经检查分析，DEH控制逻辑在数据库合并后，逻辑页序按序号进行了重排，由于检修工期缩短，未做DEH的仿真试验，未能及时发现控制逻辑的执行顺序错误，导致并网后，调门指令先执行满负荷指令回路，再切至初始负荷回路，造成调门快速打开。根据原DEH数据库逻辑顺序重新调整控制逻辑页序，调整后如图4所示，重新冲转并网后恢复正常。
6 结束语
华能太仓电厂2号机组通过细心的前期逻辑、测点全面梳理，严谨的工厂验收，辛勤的检修改造，成功的实现了由TXP系统升级成Ovation系统，整个改造工程工期短、施工工序复杂、涉及面广、技术难度大，通过制定施工调试进度计划等措施，改造有条不紊的顺利完成，完全达到了预期目标。改造后机组于2013 年11月底正式并网运行，控制系统运行平稳，各项指标均符合要求，达到了机组安全、稳定、经济运行的要求。本改造项目的成功实施，对现役控制系统改造有较强的借鉴意义。
参 考 文 献：
[1] DL /T 774—2004 火力发电厂热工自动化系统检修运行维护规程[S]. 北京： 中国电力出版社， 2004.
[2] 孙长生，朱北恒，尹峰，等. 火电厂热控系统可靠性配置与事故预控[M]. 北京： 中国电力出版社，2010： 15-50.