1 改造前系統(tǒng)情況
該2臺(tái)300MW機(jī)組化水一、二級(jí)除鹽水（以下簡(jiǎn)稱除鹽水）程控系統(tǒng)以及凝結(jié)水精處理程控系統(tǒng)已運(yùn)行多年，雖經(jīng)數(shù)次改造，仍存在諸多問題。
除鹽水程控系統(tǒng)采用的是OMRON C200H系列PLC，配置了雙CPU主機(jī)；凝結(jié)水精處理程控系統(tǒng)采用的是AB ControlLogix5000系列PLC，也配置了雙CPU冗余主機(jī)；配置了2臺(tái)互為備用的上位機(jī)工控機(jī)，上位機(jī)人機(jī)接口軟件是iFix3.0。
由于前期的改造不夠徹底，硬件配置和軟件組態(tài)不合理，除鹽水和精處理的2套PLC主機(jī)冗余功能均不能投用。2臺(tái)上位機(jī)通過串行口與除鹽水PLC主機(jī)建立一路通訊，通過Control net 1784卡與精處理 PLC主機(jī)建立另一路通訊,上位機(jī)通訊負(fù)擔(dān)過重、通訊信號(hào)不穩(wěn)定，經(jīng)常死機(jī)。
2 改造目標(biāo)要求
全面更換除鹽水程控系統(tǒng)OMRON C200H系列 PLC，換成與精處理程控系統(tǒng)一樣的AB ControlLogix5000系列 PLC，將凝結(jié)水精處理程控系統(tǒng)主站CPU模塊拆除后，作為I/O站與除鹽水處理程控系統(tǒng)整合為一體，除鹽水和凝結(jié)水精處理程控系統(tǒng)PLC使用一套雙機(jī)熱備冗余CPU主機(jī) [1]，各I/O站與PLC主機(jī)之間的通訊改用雙路冗余通訊以提高通訊可靠性，原來2套PLC程序重新編寫到一套程序之中。
配置2臺(tái)互為冗余的上位機(jī)，每臺(tái)上位機(jī)安裝2塊以太網(wǎng)卡，通過以太網(wǎng)線接入一對(duì)冗余的以太網(wǎng)交換機(jī)；2臺(tái)PLC主機(jī)也通過以太網(wǎng)專用通訊模塊分別接入這對(duì)冗余的交換機(jī)，在分別實(shí)現(xiàn)上下位機(jī)設(shè)備冗余的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)上下位機(jī)之間的通訊冗余。
3 風(fēng)險(xiǎn)分析及解決對(duì)策
電廠方面明確提出本次改造不能影響機(jī)組的運(yùn)行，即在改造過程中必須保持化水系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行。因此，相對(duì)于新建項(xiàng)目或者停機(jī)改造項(xiàng)目，這次改造的難度和風(fēng)險(xiǎn)都比較大。
改造過程中的風(fēng)險(xiǎn)主要包括：
a） 上位機(jī)或下位機(jī)死機(jī)、癱瘓或長(zhǎng)時(shí)間不能運(yùn)行；
b） 設(shè)備誤操誤動(dòng)，如機(jī)組運(yùn)行期間補(bǔ)水泵停運(yùn)、補(bǔ)水調(diào)節(jié)閥關(guān)閉等；
c） 精處理凝結(jié)水、除鹽水供應(yīng)不足，造成機(jī)組跳機(jī)；
d） 發(fā)出錯(cuò)誤信號(hào)至DCS系統(tǒng)，造成機(jī)組跳機(jī)；
e） 人員傷害。
為了降低改造風(fēng)險(xiǎn)，項(xiàng)目組人員經(jīng)過多次討論，形成如下應(yīng)對(duì)策略：
a） 在改造方案設(shè)計(jì)方面
最大限度地保持新舊系統(tǒng)的一致性，避免過多的和不必要的改動(dòng)，將編程、安裝和調(diào)試過程中出現(xiàn)錯(cuò)誤的可能降到最低。
保持外部信號(hào)接口不變。不更換PLC控制柜，不改變控制柜出線端子的接線，僅僅更換柜內(nèi)的PLC模塊以及模塊與柜內(nèi)端子之間的信號(hào)線，以及網(wǎng)絡(luò)通訊電纜。
保持內(nèi)部信號(hào)接口不變。新模塊與舊模塊在硬件安裝和軟件地址配置方面基本保持同樣的對(duì)應(yīng)順序，并在出廠前完成新模塊接線臂的預(yù)接線，在每根線上套上編號(hào)套管。
保持上位機(jī)人機(jī)界面不變。對(duì)原人機(jī)界面軟件進(jìn)行版本升級(jí)，代替原計(jì)劃更換其它品牌人機(jī)界面軟件的方案，同樣達(dá)到了提高軟件性能的目的。這一方面可以避免重新編程組態(tài)過程中可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤，減少了工作量、保證了工作效率；另一方面也避免了運(yùn)行人員由于對(duì)新的人機(jī)界面不熟悉造成誤操作。
保持軟件地址不變。在編寫下位機(jī)PLC程序時(shí)，保持所有的I/O地址以及與上位機(jī)通訊的中間變量的名稱不變，僅僅根據(jù)運(yùn)行工藝的要求對(duì)內(nèi)部邏輯進(jìn)行重新編寫。在上位機(jī)中利用OPC通訊軟件，對(duì)上下位機(jī)的通訊信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換傳送，避免在每個(gè)畫面元素中修改組態(tài)地址造成難以避免的錯(cuò)誤，提高了工作效率。
b） 在改造過程實(shí)施方面
始終保證運(yùn)行監(jiān)視和控制的需要，使得改造對(duì)運(yùn)行的影響降到最小。
在施工開始后，先將重要的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)信號(hào)、特別是模擬量信號(hào)通過加裝的臨時(shí)表計(jì)顯示給運(yùn)行人員。
除鹽水和精處理系統(tǒng)都是雙列設(shè)備，在程控設(shè)備的安裝調(diào)試過程中盡可能逐列完成。
與化水運(yùn)行人員和主控室DCS運(yùn)行人員保持溝通，加強(qiáng)協(xié)調(diào)配合，必要時(shí)在加強(qiáng)監(jiān)控的情況下解除信號(hào)聯(lián)鎖保護(hù)，避免在安裝調(diào)試過程中造成信號(hào)誤發(fā)引起設(shè)備誤動(dòng)甚至引起機(jī)組跳機(jī)。
在安裝調(diào)試過程中將補(bǔ)水泵、補(bǔ)水調(diào)節(jié)閥設(shè)為手動(dòng)控制，避免在機(jī)組運(yùn)行期間造成補(bǔ)水調(diào)節(jié)閥關(guān)閉。
新舊系統(tǒng)逐步過渡，在拆除舊程控系統(tǒng)設(shè)備之前，先安裝新的程控系統(tǒng)設(shè)備。首先迅速將與新系統(tǒng)相互兼容的精處理系統(tǒng)的I/O站直接轉(zhuǎn)入新系統(tǒng)；再將除鹽水系統(tǒng)的新PLC機(jī)架和模塊臨時(shí)固定在主機(jī)柜和I/O柜的柜門上并充分考慮接線的便利（保證在將I/O模塊信號(hào)線接到柜內(nèi)端子后，拆除舊模塊就可以直接將新的機(jī)架和模塊安裝固定，不需要重接I/O模塊與柜內(nèi)端子間的信號(hào)線），然后分批逐一將信號(hào)移接到新程控系統(tǒng)中來，通過這種新舊系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行、逐步推進(jìn)的方式，實(shí)現(xiàn)改造過程中監(jiān)控手段的過渡銜接，保證了化水運(yùn)行人員監(jiān)視和控制的需要，也保證了安裝調(diào)試工作的正確率。
與運(yùn)行人員保持良好協(xié)作，根據(jù)實(shí)際需要，提前做好現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制的準(zhǔn)備。
c） 在人員安全方面
嚴(yán)格執(zhí)行工作票制度，帶好安全帽、穿好絕緣鞋，嚴(yán)格限制帶電施工，現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試過程中盡可能安排運(yùn)行人員隨同，避免出現(xiàn)砸傷和觸電等人身傷害事故。
4 改造計(jì)劃及實(shí)施
下面對(duì)計(jì)劃實(shí)施過程的關(guān)鍵性步驟和內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)介紹：
第一步：現(xiàn)場(chǎng)摸底、編制詳細(xì)的設(shè)計(jì)施工圖紙。
由于此前的化水程控系統(tǒng)經(jīng)歷過數(shù)次改造，圖紙資料與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況存在諸多不符，需要對(duì)逐臺(tái)設(shè)備、逐個(gè)信號(hào)進(jìn)行徹底的現(xiàn)場(chǎng)摸底核查，為新系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確依據(jù)。
第二步：硬件組裝測(cè)試、軟件程序模擬。
在進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試前，將整個(gè)新程控系統(tǒng)在調(diào)試車間內(nèi)臨時(shí)搭建起來，進(jìn)行通訊測(cè)試、通道檢查、程序模擬測(cè)試。通過這步工作，消除了畫面軟件升級(jí)形成的錯(cuò)誤，檢驗(yàn)了通訊軟件程序的性能，校對(duì)了軟件和硬件通道的一致性，修正了邏輯程序的一些錯(cuò)誤。
第三步：現(xiàn)場(chǎng)分步施工、分步調(diào)試。
利用化水系統(tǒng)設(shè)備間的互相備用功能、部分設(shè)備間歇運(yùn)行的特點(diǎn)，在保證工藝系統(tǒng)運(yùn)行的前提下，分步推進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)施工調(diào)試工作。
（1）現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試新系統(tǒng)的上位機(jī)程序。
在新系統(tǒng)的2臺(tái)上位機(jī)中分別安裝舊系統(tǒng)和新系統(tǒng)的程序，并列與PLC通訊，操作員繼續(xù)使用舊程序，同時(shí)觀察新程序畫面是否同步變化，這樣既檢驗(yàn)工控機(jī)的性能、又檢驗(yàn)了新的人機(jī)界面程序。
（2）現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試新系統(tǒng)的PLC程序。
在現(xiàn)場(chǎng)將新系統(tǒng)的PLC模塊和機(jī)架臨時(shí)布置在對(duì)應(yīng)的機(jī)柜上并接上電源，通過以太網(wǎng)與新系統(tǒng)上位機(jī)通訊，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試上下位機(jī)的程序以及信號(hào)通道，并進(jìn)行程序邏輯測(cè)試。
隨后，與運(yùn)行人員協(xié)調(diào)，采取將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備切換為就地手動(dòng)操作方式等臨時(shí)措施，將新的PLC程序裝載到凝結(jié)水精處理程控系統(tǒng)的CPU中，然后再將受控設(shè)備逐臺(tái)切換到程控方式進(jìn)行單體調(diào)試，最后進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。由于新程序此前經(jīng)過了充分的模擬測(cè)試，該步工作進(jìn)行得非常順利。
（3）模擬量信號(hào)臨時(shí)并接。
將除鹽水系統(tǒng)的模擬量信號(hào)（均為4-20mA信號(hào)）采用串接的方式接入新系統(tǒng)的模擬量模塊通道，新舊系統(tǒng)均可以監(jiān)視工藝系統(tǒng)中的重要模擬量信號(hào)（如流量、壓力、溫度等）。
（4）開關(guān)量信號(hào)移接。
將除鹽水系統(tǒng)開關(guān)量I/O信號(hào)接入新系統(tǒng)的PLC模塊并進(jìn)行程控調(diào)試。先將除鹽水系統(tǒng)設(shè)備全部切換到現(xiàn)場(chǎng)就地手動(dòng)控制模式，并利用除鹽水系統(tǒng)各列設(shè)備交替運(yùn)行的間隙，分批將開關(guān)量I/O信號(hào)接入新系統(tǒng)的PLC模塊，由于新模塊的接線臂的信號(hào)線已經(jīng)事先接好并套好標(biāo)記，現(xiàn)場(chǎng)只需要將相應(yīng)的信號(hào)線“對(duì)號(hào)入座”，這部分工作進(jìn)展非常順利，沒有出現(xiàn)誤接的情況。再逐個(gè)將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備切換到程控模式進(jìn)行調(diào)試，由于軟件程序經(jīng)過了反復(fù)測(cè)試，相應(yīng)的調(diào)試工作非常順利，開關(guān)量I/O信號(hào)轉(zhuǎn)接入新模塊、單體設(shè)備調(diào)試以及系統(tǒng)聯(lián)調(diào)只花了不到1周的時(shí)間。
（5）將凝結(jié)水精處理系統(tǒng)并入新程控系統(tǒng)。
拆除凝結(jié)水精處理系統(tǒng)主站CPU，將主從I/O站全部作為從站接入新的程控系統(tǒng)�，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)試過程中，精處理系統(tǒng)I/O站難以建立正常通訊，后來發(fā)現(xiàn)是硬件版本不兼容的原因，通過重新刷新精處理系統(tǒng)通訊模塊軟件、重新分配I/O站號(hào)等方法，解決了該問題。
（6）新系統(tǒng)的PLC模塊和機(jī)架最終安裝就位。
拆除除鹽水系統(tǒng)的PLC模塊和機(jī)架，將除鹽水系統(tǒng)的模擬量信號(hào)直接接入新系統(tǒng)的模擬量模塊通道，將臨時(shí)“掛”在柜邊的新系統(tǒng)PLC模塊和機(jī)架安裝就位。至此，整個(gè)改造最為核心的工作基本結(jié)束。
最后，將2臺(tái)上位機(jī)內(nèi)的程序全部更新為新程序，實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)冗余運(yùn)行，整個(gè)系統(tǒng)全面投入運(yùn)行，改造工程基本結(jié)束。
在改造剛剛結(jié)束時(shí)，上位機(jī)曾經(jīng)發(fā)生過死機(jī)現(xiàn)象，但是經(jīng)過優(yōu)化系統(tǒng)程序、重裝軟件處理后，整個(gè)系統(tǒng)已經(jīng)連續(xù)無故障運(yùn)行了2年時(shí)間。
5 結(jié)束語
本次改造的最大困難就在于確保技術(shù)改造目標(biāo)能夠安全順利地實(shí)現(xiàn)。由于改造方案細(xì)致周密，準(zhǔn)備工作非常充分，順利克服了改造過程中需要維持工藝系統(tǒng)正常運(yùn)行、允許的施工調(diào)試時(shí)間短、現(xiàn)場(chǎng)施工空間狹窄、施工工序復(fù)雜、原來未投用程控的設(shè)備較多、新舊PLC模塊兼容性差等實(shí)際困難，改造過程進(jìn)展非常順利，完全實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的技術(shù)目標(biāo)和安全目標(biāo)。
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