西门子T-XP分散控制系统在广东国华台山电厂的应用———西门子T-

介绍台山电厂DCS控制系统T-XP的情况及在国内使用新技术、通过列举在调试运行出现的问题，为在建和已建成的电厂在DCS选型和调试及维护提供借鉴.
关键词：DCS TELEPERM-XP　通讯　新技术 解决方案
   
  1　台山电厂概述
   1.1　锅炉
      型号：SG-2026/17.5-M905型（引进美国CE公司技术生产），亚临界一次中间再热燃煤控制循环汽包炉，单炉膛倒U型露天布置，燃用可结渣性的烟煤，燃烧器共六层煤三层油、四角喷燃布置方式，同心反切向燃烧，平衡通风，固态排渣。
采用二级点火方式（高能点火点燃轻柴油，由轻柴油再点燃煤粉）。
汽温调节方式：过热蒸汽采用二级喷水减温方式调温，再热汽温主要通过摆动燃烧器调节，再热器入口管道内备有事故喷水。
   1.2　汽机
      型号：N600-16.7/537/537（引进美国Westinghouse公司技术生产），亚临界，一次中间再热，四缸四排汽，高中压分缸、双流低压缸，单轴冲动凝汽式汽轮机。汽轮机的液压控制油系统和润滑油系统分开，而且小汽轮机与主机共用一套抗燃油液压控制油系统。汽机转速调节采用数字式电液控制系统。
   1.3　发电机
型号：QFSN-600-2（引进美国Westinghouse公司技术生产），水-氢-氢冷却方式汽轮发电机。氢油水系统采用集装式布置
   1.4　DCS
      广东国华粤电台山发电厂一期工程2×600MW机组分散控制系统（以下简称DCS）由西门子电站自动化有限公司设计和制造的TELEPERMò XP。DCS能完成数据采集（DAS）、模拟量控制（MCS）、锅炉炉膛安全监控系统（FSSS）、顺序控制（SCS）、电气控制（ECS）功能，并具有DEH、MEH操作员站及对其它控制系统（有数据通信接口）的监控功能。5月完成系统联调及全面测试。5月中旬至10月中旬进行现场各系统的静态调试。10月21日，机组正式运行，开始各系统的动态调试。12月下旬系统投运基本完成，所有系统投入使用，工作正常。
   
  2　西门子DCS－TELEPERMò XP介绍
      台山电厂600WM机组TELEPERM-XP分散控制系统的硬件结构如图。由图可见，T-XP系统（一号机组含公用系统）采用1对容一错的SINEC H1 FO工厂总线，和1对容一错的SINEC H1 FO终端总线，通讯介质为光纤，对于公用系统和一二号机组在终端总线上使用网桥相连，保证了在一、二号机组可以对公用系统的设备进行监控操作。一号机组（含公用系统部分）的操作和监视系统（OM650）共设6个操作员站终端（OT），各配一只鼠标、21英寸CRT纯平显示器，在OT1上配有一块键盘，其中1台操作员站终端使用两块大屏幕显示器；共有4台打印机/硬拷贝机，4台打印机分别接在操作员站OT1/OT2/OT3/OT4上；1对冗余配置的历史数据记录站（SU），配一台历史数据备份用磁光盘机（MOD）；2个与IT接口的网关计算机（XU），一号机组和公用系统分别各1个；4对冗余配置的西门子公司T-XP分散控制系统特有的过程处理单元（PU）计算机，其中1对为公用系统部分用作历史数据记录和过程处理功能；1个工程师站（ES680）,配有一台激光打印机和一台数据备份用的数字音频磁带机（DAT）；自动控制系统AS共有 13个控制站（AS620-B），其中2个控制站为公用系统使用，另外还有一套用于实现DCS里FSSS功能的专用控制站（AS620-F）；其中控制站机柜16个单柜（在5号、8号控制站和公用系统的1号控制站内下挂了远程IO站，分别用于采集、监视、控制锅炉区的汽水及风烟部分、汽机区的抽汽及循环水部分、公用系统的燃油部分）；继电器柜10个单柜；端子柜29个单柜（由于控制柜内使用专用工具进行绕接和压接线，因此配有端子柜）；配电柜4个单柜用以集中给控制机柜、通讯机柜计算机柜、远程IO机柜、和操作员站打印机设备供电）；计算机柜3个单柜；与外系统通讯机柜2面（公用系统和一号机组各一面）。
   
  
     
  3　西门子DCS在台山电厂使用的新技术
      台山电厂在设计时考虑将辅助的外系统接入DCS集中监控。当其它控制系统所采用的硬件型式与DCS系统不同时，DCS系统与这些控制系统的数据通讯，采用可以灵活组态并提供以太网（TCP/IP）通讯接口和Modbus485/RS-485/RS-232通讯接口的通讯模件(CM)来实现。台山电厂目前已经接入DCS集中监控的辅助系统有：
   (1) 汽机数字式电液控制系统（DEH）之间采用双向冗余数据通讯接口，由DCS系统的操作员站完成汽机的全部操作和监视功能，即共享操作员站
   (2) 与给水泵汽轮机电液控制系统（MEH）（两套）之间通过DEH与DCS的双向冗余数据通讯接口，由DCS系统的操作员站完成给水泵汽轮机的全部操作和监视功能，即共享操作员站
   (3) 与汽机旁路控制系统（BPC）之间采用双向冗余数据通讯接口，由DCS系统的操作员站完成汽机旁路控制系统（BPC）的全部操作和监视功能，即共享操作员站
   (4) 与锅炉吹灰程控系统（PLC）之间采用双向数据通讯接口，运行人员通过DCS系统的操作员站完成所有吹灰器全程顺控、局部顺控启/停操作，以及所有吹灰器状态显示
   (5) 与两台空预器间隙调整装置（PLC）之间分别采用双向数据通讯接口
   (6) 与炉底捞渣机控制装置（PLC）之间分别采用双向数据通讯接口，运行人员通过DCS系统的操作员站完成炉底捞渣机顺序启/停操作，以及状态显示
   (7) 与汽机安全监视仪表（TSI）（一套）和给水泵汽轮机安全监视仪表（TSI）（二套）本特利3500系统之间分别采用数据通讯接口
   (8) 与两套凝汽器胶球清洗程控系统（PLC）之间分别采用双向数据通讯接口
   (9) 与锅炉炉管泄漏监测系统之间采用数据通讯接口
   (10) 与电除尘器控制系统之间采用双向数据通讯接口
   (11) 与凝结水精处理控制系统（PLC）之间采用双向数据通讯接口，运行人员通过DCS系统的操作员站完成主要设备操作与主要参数监视
   (12) 与电气发电机-变压器组保护系统之间采用数据通讯接口
   (13) 与电气直流电源系统之间采用数据通讯接口
   (14) 与电气保安电源系统之间采用数据通讯接口
   (15) 与电气启-备变保护之间采用数据通讯接口
      西门子公司提供的与外系统通讯接口的通讯模件（CM）是一种基于PC机的架构、开放的、可以通过不同的总线协议实现DCS与外系统的数据交换，从而达到DCS对使用不同控制硬件的控制系统的集中监控。目前该通讯模件（CM）已经发布了MODBUS和IEC60870协议版本，其他协议还包含了TCP/IP、DH+、General Electric GSM、SIMATIC H1等协议。在台山电厂的DEH/MEH和凝结水精处理控制系统之间使用的是TCP/IP总线协议，冗余配置，其他接入DCS的外系统使用的是MODBUS总线协议。
      每个通讯模件（CM）提供6个串口基于MODBUS协议与外系统进行连接。由于MODBUS是国际上广泛使用的通讯协议，各个自动控制厂家都提供了基于MODBUS协议的接口，通过西门子公司提供的通讯模件(CM)可以很容易地与其他厂家的控制系统进行连接整合。通讯模件（CM）控制器设置为RTU传输模式，其数据传输通信使用主-从技术，即仅一设备（主设备）能初始化传输（查询），其它设备（从设备）根据主设备查询提供的数据作出相应反应。错误检测域的内容是通过对消息内容进行16位的循环冗长检测方法得出的，但是通讯模件（CM）不支持广播电报方式。通讯模件里的任意一个串口都可以用于单独操作一个MODBUS系统，每个接口界面既可以作为主设备进行操作也可以作为从设备进行操作。通讯模件通过MODBUS总线协议与外系统连接的概貌图如下
   
      在西门子TXP里，通讯模件（CM）可以近似为挂在工厂总线（Plant Bus）上的一个控制站（AS620），通过操作和监视系统（OM650）对其连接的控制站进行操作和监视，通过工程师站（ES680）对通讯模件进行组态，对于与外系统的接口参数如传输波特率、奇偶校验位在通讯模件（CM）内部进行设置
通讯模件的端口设置如下：
;－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－-
; Modbus Master
; Serial Interface 3
[ModbusMaster_1]
PortAdr=0x3E8
Irq=7
Baudrate=38400
Parity=Even
StopBits=1
DataBits=8
; Hardware handshake active nur f黵 RS485:
RtsCts=1
;Angabe in ms, wie lange auf eine R点kantwort max. gewartet wird
Timeout=1000
; Anzahl zulaessige Timeouts bevor Meldung erzeugt wird
MaxTimeoutCount=3
;Angabe in ms, in welchen Zeitintervall ein Lebenszeichentelegramm
; (FC 8) zu den angeschlo遝nen Slaves gesendet wird
; LoopBackTime=1000
; Anzahl der L点ken in der Modbusadressierung
;Dummys=5
;Timedelay between each request telegram in ms
Delay=100
; Read Coil Status ( Code 1 )
RCS-Offset = -1
; Read Input Status ( Code 2 )
RIS-Offset = -1
; Read Holding Register ( Code 3 )
RHR-Offset = -1
; Read Input Register ( Code 4 )
RIR-Offset = -1
; Force Single Coil ( Code 5 )
FSC-Offset = -1
; Preset Single Register ( Code 6 )
PSR-Offset = -1
; Force Multiple Coils ( Code 15 )
FMC-Offset = -1
; Preset Multiple Register ( Code 16 )
PMR-Offset = -1
      通讯模件（CM）的数据采集、控制组态在ES680里完成，如同T-XP的逻辑组态一样，以功能块化、参数化进行组态，直观、易懂、快捷，其组态的画面如下图。
   
     4　西门子公司的T-XP分散控制系统在台山电厂的运用是成功的，但是由于台山电厂是西门子公司T-XP在国内在国产600WM机组上的首次使用，在调试和运行期间遇到了一些问题，但是通过各方的努力都得到了很好的解决方案，如：
   (1) 电源插座内部烧蚀导致电源接触不良导致过程处理单元（PU）死机，从而影响部分重要过程数据无法监控达20分钟，开始由于西门子公司技术人员判断为系统故障导致死机，以致由于插座接触不良的同一个原因造成过程处理单元（PU）死机的现象出现了两次。更换了有接触不良的插座并彻底检查了其他电源插座后至今未出现过电源插座接触不良导致的计算机死机问题。
   (2) 系统组态过程中由于西门子公司技术人运的疏忽导致上下层单元的数据不一致<过程处理单元(PU)和外系统通讯模件（CM）>。结果过程处理单元不断循环向外系统通讯模件（CM）发送请求信息，导致网路故障，结果造成过程处理单元（PU）死机，直接影响操作员站（OT）的监控，恢复过程监控功能长达25分钟。对上下层单元数据进行重新核对后并进行修改后至今未出现过该现象。
   (3) 鼠标在操作员站的运动轨迹不灵活，由于操作员站是使用的REDHAT LINUX操作系统（以往使用SCO UNIX），T-XP操作员站软件与LINUX操作系统的存在兼容性问题，后来重新设置T-XP里的鼠标相关的系统数据后正常。
   (4) 过程处理单元的Streams resources（NSTRPAGES）的快速增长导致处理器单元（PU）与网络通讯中断导致其关机，在未有解决方案前，过程处理单元每20天需要重新切换并启动一次来终止Streams resources（NSTRPAGES）的增长。后来由西门子公司通过系统自检文件的分析是由于UNIX使用的驱动程序不对，使用了LINUX的驱动程序而导致这种情况发生。后来由德国西门子公司发来了UNIX的驱动补丁并安装到过程处理单元（PU）上得以解决该问题。
   (5) 操作员站在组态曲线数据时会发生操作员站（OT）自动重新气动的现象。分析是由于T-XP系统软件和操作员站安装的LINUX操作系统兼容问题，后来由德国西门子公司发来了操作员站的补丁并安装到OT上得以解决该问题。
   (6) 西门子公司在设计历史记录数据时，没有与电厂热控人员深入探讨，导致在查找事故历史纪录时没有数据存档。后来经过热控人员整理，将未完善的数据都根据西门子T-XP的历史数据记录的要求增加了时间标签（TTD），保证了历史数据的全面，方便了故障原因的查找。
   (7) 初期DCS的网路负荷偏高，并且历史记录数据量增长迅速，分析为数据采集时的例外报告设置不完善，经过电厂热控人员的分析修改，将DCS里的数据采集的例外报告进行了完善，修改了T-XP里数采集据的参数DELTA值后，DCS的网路负荷和历史数据量的增长趋于正常设计值。
   (8) 计算机柜内温度过高，DCS设计时由于美观等的原因，将集中摆放计算机（PU/SU/XU）带小型UPS的计算机柜放置在电子间内，并且设计成带有封闭柜门（原设计无柜门），结果在计算机运行期间发现计算机温度过高，即使在空调正常运行保证电子间温度在（20～25）℃范围内，计算机柜内实际测得的温度高达到37℃，由于DCS使用的计算机是工业级PC机，其耐热性能设计不是很好，因此目前运行时将计算机柜门的单侧打开用于散热。
   (9) 西门子公司在设计时没有完善系统报警，如控制站单侧电源丧失、网路交换机（OSM）故障、网络故障、MFT电源故障等。在机组投运前完善了这些报警。
   (10) 西门子公司配接控制机柜内的接线由于是使用专用工具压接的，会存在毛刺现象，在调试期间出现了不少信号异常，热控人员使用放大镜、绝缘的卡片对压接部分的接线端子进行一次全面的毛刺清理后基本消除了由于毛刺产生的信号异常现象。
   (11) 在DCS的系统接地和信号屏蔽问题，严格按照DCS系统的接地规程要求做到电气地网和热工地网分开，而且也根据厂家的接地要求施工、对于信号接地问题，原来厂家建议我们使用多点接地，后来在与设计院的专家、使用同类型DCS电厂的经验和与厂家协调后还是使用比较成熟的单点接地方式。
      总体来讲，西门子公司的分散控制系统在台山电厂的应用是成功的，较好地实现了CCS、MCS、SCS、FSSS、DAS等多项功能，采用CRT/大屏幕／鼠标操作方式，取消常规显示仪表和手操设备，而且将机组的辅助系统通过通讯集中进入DCS监控，特别是通过西门子公司的先进技术将DEH/MEH与DCS共享操作员站，提高了机组的自动化程度。