郑志海 冯怒
华能长兴电厂 浙江 长兴 313100
【摘要】探讨在机组不停役的情况下，对干出灰PC+PLC控制系统改造为DCS控制系统。本文介绍了该控制系统改造技术方案、优缺点及实施流程。
【关键词】PLC DCS 控制 改造 技术方案
0 引言
华能长兴电厂装机容量为2X135MW，其中#4机组于1992年2月投产，而#5机组于1992年8月投产发电。原两台机组的出灰系统采用水出灰，在2001年改造为干出灰系统，其控制系统采用由浙江菲达机电集团公司提供的PC+PLC程序控制和现场手动操作相结合的控制系统，正常运行时利用PC机在电除尘值班室进行集中控制，当PLC系统出现异常后可就地手动控制各仓泵。2006年3月华能长兴电厂2X135MW机组进行烟气脱硫改造工程，脱硫岛控制系统采用GE新华公司的XDPS-400+分散控制系统。为了减人增效，决定将干出灰系统的控制纳入FGD_DCS的控制范围，作为FGD_DCS的一个远程子站，取消电除尘值班室。因此要对原PC+PLC控制系统进行改造。
1 现PLC系统及设备概况
华能长兴电厂现有的干出灰系统控制系统采用PC+PLC程序控制和现场手动操作相结合的方法，在PC上可直接操作及显示各个设备的运行状态和故障情况。PLC的硬件系统采用MODICON的QUTUMN140系列硬件，在电除尘控制室内配置有一个主站，另外通过远程I/O形式在干灰库码头配有一个从站。主站负责除尘器的灰斗、一、二、三电场仓泵、压缩空气系统设备的状态量及模拟量的采集及控制，而从站主要对与系统相关的干灰库设备进行状态采集和实现必要的控制。目前PLC的软件系统采用CONCEPT编程软件进行系统组态，上位机通过FIX7.0应用软件实现系统操作画面绘制，并实现与PLC的数据交换。
由于近年来不断有外围设备纳入干出灰的PLC控制系统进行监控和部分输入通道硬件故障，目前PLC的硬件已无余量，无法满足一些新增功能的要求。且由于PLC技术的不断更新，原有设备的配件购置也存在着一定的困难。
2 常规改造存在的问题
2.1 干出灰PLC程控系统的改造施工，按常规的施工方法，为了保障运行设备的安全，必须将全部干出灰系统的设备撤出运行后，才能进行设备安装和接线工作。
2.2 由于干出灰的新控制系统是作为FGD_DCS的一个远程子站，为了能使干出灰系统的控制功能正常实现，干出灰系统的FGD_DCS远程子站接入时间应在FGD_DCS系统已具备正常投运的前提下，方能考虑干出灰控制系统的改造和接入。
2.3 华能长兴电厂的#4机组和#5机组的干出灰系统合用一套PC+PLC控制系统进行控制，而根据华能长兴电厂当前的发电形势，不可能两台机组同时停役给改造工作创造必要的条件。
2.4 在FGD_DCS的调试过程中，会对干出灰控制系统带来安全上的影响，进而影响机组的安全运行。
综上所述，干出灰系统的DCS控制系统改造难度很大，且存在较多不确定因素，如果施工处理失当，会极大的影响电厂的安全稳定运行。
3 改造工程的技术方案
3.1 技术方案简述
鉴于上述分析，经过和烟气脱硫改造工程总承包商、新华控制工程有限公司（DCS供货商）共同探讨，我们提出如图一所示的技术改造方案。增加控制信号转接柜，现场变送器箱送来的AI信号、阀门控制箱送来DI信号先接到控制信号转接柜，AI信号经信号分配器、DI信号经中间继电器再分配后，一路接入原有的PC+PLC控制系统，一路接入FGD_DCS干出灰系统远程站的机柜；对于控制系统输出的DO信号，通过控制信号转接柜的切换开关切换后，接到就地设备。采用这种改造方式，可以在FGD_DCS正常投运前，用PC+PLC控制系统作为主控制系统，控制干出灰系统的正常运行，在FGD_DCS接入条件具备后，通过转换开关的切换，将干出灰系统移交FGD_DCS进行控制。（图一）
图一
3.2 控制信号转接柜的设计
本改造方案的核心就是控制信号转接柜，担负着把从现场来的各种AI、DI信号再分配给两个不同控制系统的任务，同时还要通过切换开关把两个不同控制系统的DO输出切换至被控设备。控制信号转接柜的关键就是把从现场来的4~20mA的模拟量信号分配给两个不同控制系统，而且相互之间不能产生干扰。因此对控制信号转接柜中回路供电隔离器的要求较高，该器件选择的好坏将直接影响改造的成功与否。所以我们采用了进口产品，用Weidmuller的WAS5 CCC 2OLP型一进二出回路供电隔离器接成如图二所示回路，完成把现场来的4~20mA的模拟量信号分配给原PC+PLC控制系统与新FGD-DCS控制系统。
图二
对于DI信号的再分配，我们利用小型中间继电器来实现。如图三所示，因为二个控制系统的输入电压等级不同，也为了保证两个控制系统间没有电的联系。我们把现场来的DI信号通过欧姆龙小型继电器进行接点扩展，分别送给两个不同的控制系统。
图三
对两个控制系统输出的DO信号的切换若用继电器进行扩展切换，则回路设计很复杂，容易出现问题。由于干出灰系统的仓泵在机组运行时可以逐台短时停运，所以我们设计了对两个控制系统输出的DO进行停电切换的方式。利用LW5-16型万能转换开关进行手动切换，实现了回路接线简单，功能实现方便。
3.3 具体实施流程
A、控制信号转接柜就位。
B、由控制信号转接柜至现场阀门控制箱、变送器箱的控制电缆敷设。
C、由控制信号转接柜至原PLC控制柜的控制电缆敷设。
D、控制信号转接柜至FGD-DCS的出灰控制远程柜的控制电缆敷设。
E、控制信号转接柜至FGD-DCS的出灰控制远程柜接线完成；控制信号转接柜柜内至原PLC控制柜的接线完成。
F、停一个仓泵控制单元，将该仓泵控制单元现场来的DI、AI、DO回路接入控制信号转接柜。同时拆除老电缆。
G、将已停运仓泵控制单元的经控制信号转接柜再分配后的DI、AI、DO回路接入原PLC 控制柜。同时拆除老电缆。
H、将控制信号转接柜的DO转换开关切至PLC 控制并对该回路进行调试，调试成功后投运该单元。
I、重复上述F、G、H步骤，直到所有控制单元均完成。
J、FGD-DCS主体调试开始后，停一个仓泵控制单元，在控制信号转接柜上将该回路切至由FGD-DCS控制。
K、对该仓泵控制单元的FGD-DCS控制进行调试。调试完成后仍切至PLC控制。
L、重复上述J、K步骤，直到所有控制单元均完成。
M、FGD-DCS正常运行后，将各控制单元逐个切至FGD-DCS控制。
3.4 本技术方案的优缺点
3.4.1 优点：
A、可以在不停炉的情况下实施改造方案，从而使改造工作不影响电厂的经济利益。
B、改造完成后原干出灰PC+PLC控制系统与FGD_DCS对干出灰系统的控制可以互为备用。提高了控制系统的可靠性。
C、在FGD_DCS系统对干出灰控制系统进行调试时，可以逐台仓泵进行，从而不影响机组的运行。
3.4.2 缺点：
A、施工工期相对较长，对施工组织与施工管理带来较大的困难。
B、施工安全要求较高。
C、必须对原有系统的接线情况非常熟悉。
4 实施改造方案的安全注意事项
A、在施工实施前应充分摸清原PLC控制柜各控制单元的接线情况。
B、在原PLC控制柜进行拆、接线工作时应做好误碰相邻运行单元的安全措施。如拆下的线头用绝缘带临时包扎并做好标记，对运行单元做好告警标志等。
C、在控制电缆施工时应注意对运行设备的保护。
D、在分单元进行调试时应密切注意对其他运行单元的影响。
5 结论
目前华能长兴电厂的#5炉干出灰改造已按照方案成功实施完毕，实现了#5炉干出灰系统既可通过PLC完成原来的程控，又可以通过切换用DCS系统实现每个仓泵单元独立控制或是#5炉干出灰系统的顺控。实践证明了不停炉改造干出灰控制系统的设计方案在实际运用中是切实可行的，实现了改造不影响干出灰系统的正常出灰,也为我们以后做改造方案提供了一种新思路。目前由于时间和现场设备运行情况的限制，#4炉的干出灰改造暂未进行，待准备工作就绪，人员到位后即将开展工作，以及早完成整个干出灰系统的改造。
作者简介：
郑志海（1969- ） 男 浙江余杭人 本科 工程师 从事保护、控制技术管理工作
冯 怒（1972- ） 女 浙江兰溪人 本科 工程师 从事热工技术管理工作
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