概述：華能聊城熱電有限公司#5機組在2003年投產(chǎn)到現(xiàn)在已經(jīng)運行了10年以上，原有控制系統(tǒng)已經(jīng)不滿足目前機組安全運行的需要，DPU過熱、離線重啟等問題嚴重，DCS控制系統(tǒng)的改造已經(jīng)是迫在眉睫。華能聊城熱電有限公司經(jīng)過反復選擇，咨詢斟酌最終選擇了LN2000控制系統(tǒng)作為和利時的替代產(chǎn)品，經(jīng)過半年多的穩(wěn)定運行，LN2000控制系統(tǒng)充分得到了現(xiàn)場的認可。

一、工程現(xiàn)狀

華能聊城熱電廠#5機組（140MW）熱控系統(tǒng)，原設計：DCS控制系統(tǒng)為和利時MACS Ⅱ分散控制系統(tǒng)；汽機調(diào)節(jié)系統(tǒng)為數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)，DEH控制系統(tǒng)為新華公司的XDPS系統(tǒng)，DCS與DEH通過硬接線及通訊方式聯(lián)接。運行人員通過DCS、DEH系統(tǒng)的操作員站，實現(xiàn)對機、爐熱力系統(tǒng)及設備的監(jiān)視和操作。#5、6機組公用系統(tǒng)DCS同為和利時MACS Ⅱ分散控制系統(tǒng)，有1個控制站，2臺冗余的服務器，未設置獨立的工程師站和操作員站上位機，與#5、6機DCS通過網(wǎng)絡交換機實現(xiàn)通訊，#5、6機組DCS通過切換域來實現(xiàn)對公用DCS系統(tǒng)的監(jiān)視和操作。

#5機組分散控制系統(tǒng)有10個控制站（包括#5、6機公用系統(tǒng)），主控單元和模塊端子柜采用集中布置，系統(tǒng)共布置10對冗余的主控單元、2臺冗余的服務器、2臺工程師站，5臺操作員站。各控制單元設備分配如下；

1）#10站：汽機主汽、再熱汽、抽氣系統(tǒng)及冷卻水、循環(huán)水系統(tǒng)

2）#11站：汽機凝結水、疏水、真空系統(tǒng)及汽機油系統(tǒng)

3）#12站：給水系統(tǒng)和爐主汽、再熱汽系統(tǒng)控制設備

4）#13站：機組排污、吹灰系統(tǒng)及爐主汽、再熱汽系統(tǒng)DAS等

5）#14站：SOE、FSSS功能及風煙油系統(tǒng)    

6）#15站：鍋爐煙風系統(tǒng)

7）#16站：機組CCS功能及制粉系統(tǒng)、磨油系統(tǒng)

8)#17站：機組發(fā)電機變壓器組、高壓廠用變壓器、6KV廠用電等電氣系統(tǒng)

9)#18站：低壓廠用變壓器、直流電源、UPS監(jiān)視等電氣系統(tǒng)

10)#19站：機組啟備變、低備變及空氣系統(tǒng)等公用系統(tǒng)

二、分散控制系統(tǒng)介紹

聊城熱電#5機組改造以后選了安全、可靠、先進、開放，有豐富工程經(jīng)驗的LN2000分散控制系統(tǒng)。LN2000    控制系統(tǒng)是一種模塊化的基于現(xiàn)場總線的新一代過程控制系統(tǒng),繼承和發(fā)揚了傳統(tǒng)DCS和PLC的優(yōu)點，將兩者的功能有機結合在一起,充分體現(xiàn)了全集成自動化的特點，使得系統(tǒng)應用范圍更廣闊,是一種適用于現(xiàn)在、面向未來的開放型控制系統(tǒng)。并且吸取了國內(nèi)外各個ＤＣＳ系統(tǒng)的優(yōu)點，應用軟件更貼近注重實際的應用，系統(tǒng)操作簡易、維護方便。

LN2000 DCS具有合理的系統(tǒng)結構，功能強大、豐富的控制軟件，充分體現(xiàn)現(xiàn)代意識的簡潔操作界面和得心應手的組態(tài)及維護工具，以及開放的外部通訊接口等幾個特點。

1.系統(tǒng)結構合理、可靠性高

LN2000 DCS采用多處理機的方式，分布式數(shù)據(jù)庫在多處理機之間通過可靠的冗余通信網(wǎng)絡連為一體，實現(xiàn)了分散控制，集中管理。

系統(tǒng)采用兩級通信網(wǎng)絡：實時數(shù)據(jù)網(wǎng)和CAN現(xiàn)場總線網(wǎng)絡，。實時數(shù)據(jù)網(wǎng)采用無服務器對等網(wǎng)絡結構，負責各功能節(jié)點（包含過程控制站節(jié)點、操作員站節(jié)點、工程師站節(jié)點等）間實時信息和命令的通信。實時數(shù)據(jù)網(wǎng)采用以太網(wǎng)協(xié)議并采用冗余配置，通信速率為100M，滿足了高速、可靠、開放的工業(yè)控制計算機網(wǎng)絡要求。CAN現(xiàn)場總線負責一個過程控制站與其下層各I/O模塊之間的通信，也采用冗余配置，過程控制站與I/O模塊之間的通信采用主從方式，使通信更加可靠。

系統(tǒng)采用模塊化結構，智能化體系，可靠性高。通過技術創(chuàng)新，采用冗余、容錯等技術，局部故障不會影響整個系統(tǒng)工作，確?？煽啃??？刂普静捎玫凸腃PU，無須風扇換熱，極大的延長了使用壽命，提高了工作的穩(wěn)定性。冗余控制站之間實現(xiàn)了進程級監(jiān)控，可靠性高。智能I/O模塊采用采用低功耗元器件，模塊化結構封裝，減小灰塵腐蝕，克服了插件式結構的缺點。熱電偶模塊內(nèi)自動實現(xiàn)冷端補償，線性化處理，可實現(xiàn)零點、增益的自動校準，避免了漂移現(xiàn)象。

為防止通信堵塞，提高網(wǎng)絡的通信效率，以及最有效地利用信息傳輸中的每一信息字節(jié)，使用了例外報告技術和信息打包技術。數(shù)據(jù)廣播采用獨創(chuàng)技術，雙網(wǎng)同時廣播，實現(xiàn)了網(wǎng)絡流量的均衡控制，避免了網(wǎng)絡廣播“風暴”現(xiàn)象。

2.功能強大、豐富的控制軟件

LN2000系統(tǒng)設計了各種各樣的控制算法塊，這些算法塊的外部特性清楚，小塊、中塊、大塊合理結合，非常有利于組成透明結構的控制策略，使工程師能夠利用外部連接的方法確定邏輯關系，給組態(tài)、調(diào)試等工作創(chuàng)造了方便的條件。

LN2000控制算法塊有如下特點：

控制算法塊采用獨創(chuàng)的、科學的自動排序算法，消除了傳統(tǒng)DCS算法塊按組態(tài)順序運算有可能造成控制邏輯紊亂的弊端。

算法塊結構簡單，功能一目了然，容易理解和掌握。

圖形化組態(tài)，可根據(jù)邏輯要求選用相應的算法塊來構成相對應的控制策略。

操作命令采用點對點方式直接發(fā)給算法塊，操作可靠，自動實現(xiàn)主備站之間的備份。

3.充分體現(xiàn)現(xiàn)代意識的簡潔操作界面

對現(xiàn)場生產(chǎn)過程實時監(jiān)控是操作員站的主要任務。LN2000系統(tǒng)用于運行監(jiān)控的軟件主要是系統(tǒng)管理（STARTUP）、監(jiān)控畫面（OPTVIEW）、報警（ALARM）、趨勢（TREND）、自診斷（SELFTEST）等。操作員可以通過這些軟件準確、快捷、方便地監(jiān)視控制生產(chǎn)過程。

監(jiān)控畫面以人性化為出發(fā)點，充分考慮操作員的操作習慣：

（1）自動導航可一次切換到需要的畫面

（2）層次清晰、布局合理、顯示醒目

（3）最大限度的容錯、重要操作提示

（4）監(jiān)控畫面上實時數(shù)據(jù)的刷新周期為0.5秒

（5）快捷的反應

趨勢顯示是一種非常重要的工業(yè)過程分析工具。趨勢程序提供了一整套趨勢功能，并且可以由操作員對趨勢功能特性進行設在LN2000系統(tǒng)中，任何數(shù)據(jù)點都可以建立實時趨勢，實時趨勢可以和歷史趨勢無縫隙對接，用戶可以打開多個趨勢窗口。

實時報警的功能是將實時數(shù)據(jù)中的報警點顯示在報警欄中。并有各種過濾條件，可以將符合過濾條件的報警濾出。

自診斷軟件用來監(jiān)視整個DCS系統(tǒng)中從上位的操作員站、工程師站到下位的過程控制站、CAN網(wǎng)、模塊、數(shù)據(jù)通道的所有狀態(tài)，以圖例的方式清晰地顯示出站是否在線、站網(wǎng)絡的通斷、過程站的主備站狀態(tài)、CAN網(wǎng)的通斷、I/O模塊通道的好壞等，為用戶掌握系統(tǒng)運行狀態(tài)提供充足的實時信息。自診斷功能可以將故障定位到每個通道，這使使用者可以方便得對系統(tǒng)進行維護。

4.得心應手的組態(tài)及維護工具

組態(tài)軟件承擔著系統(tǒng)設計、現(xiàn)場調(diào)試、系統(tǒng)維護等一系列功能。為了適應多樣和復雜的過程控制的需求，組態(tài)軟件要具備設計理念新穎、操作靈活、簡單易用等特點。尤其是友好的界面，能使工程師進一步發(fā)揮智慧，把系統(tǒng)設計得更加合理和先進。

LN2000組態(tài)軟件有下列特點:

（1）節(jié)省工程設計時間，提高工作效率

DATABASE允許工程師利用模板從微軟的EXCEL表格直接導入數(shù)據(jù)，形成完整的共享系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。DATABASE、 SAMA 、GRAPHIC全部在圖形化的方式下進行，同時使用拷貝、粘貼等編輯功能，減少了組態(tài)工作量，進而節(jié)省了工程時間。

（2）在線修改參數(shù)簡單易行，調(diào)試方便

DATABASE、 SAMA組態(tài)了系統(tǒng)所有控制策略，而在調(diào)試過程中，軟件工作在在線方式下，可以監(jiān)視所有數(shù)據(jù)點和算法塊的實時數(shù)據(jù)，如果需要修改其中的某個參數(shù)，只需打開其屬性對話框進行修改，然后點擊“確定”，一切就自動完成了。

（3）在線下裝LN-PU控制策略，安全可靠

如果控制策略需要進行改變，可以使用DATABASE、 SAMA軟件離線組態(tài)，然后在線下裝到備站，此時修改的控制策略并沒有立即執(zhí)行，進行主備站切換，修改后的控制策略得以執(zhí)行。如果發(fā)現(xiàn)修改后的控制策略有問題，可以再次進行主備站切換，恢復到原來狀態(tài)，確保安全。

（4）控制算法組態(tài)軟件直接得到工程圖紙

減少了從控制策略設計到工程實現(xiàn)中的環(huán)節(jié)，還可以用于現(xiàn)場的調(diào)試及參數(shù)的整定等，這樣就能大大縮短現(xiàn)場的開工調(diào)試時間和減少重復性的工作。

（５）開放的通訊接口

隨著信息技術發(fā)展，分散控制系統(tǒng)已經(jīng)不再是一個孤立的控制系統(tǒng)，而逐漸成為開放的系統(tǒng)。系統(tǒng)的開放性主要體現(xiàn)在與其它系統(tǒng)接口方面。LN2000系統(tǒng)提供各種接口，如與廠級信息監(jiān)控系統(tǒng)（SIS）的接口、與管理信息系統(tǒng)（MIS）的接口等，接口可以采用標準的OPC協(xié)議、MODBUS協(xié)議，也可以采用客戶訂制的非標準的協(xié)議。

三、工程應用

1.硬件配置

由于此次改造大修工期只有20天時間，時間緊任務重，為縮短施工時間，降低改造強度，故而在設計時保留原有機柜不拆除，原有電纜不拆把，在現(xiàn)有機柜基礎上更換DPU和卡件。目前聊城熱電#5機組DCS采用的控制系統(tǒng)原為和利時的控制系統(tǒng)，其系統(tǒng)硬件結構如下：控制柜的頂端為雙ＤＰＵ，下部為模塊化結構，標準機柜尺寸為2175*800*650；LN2000控制系統(tǒng)機柜內(nèi)部結構與和利時相似，機柜標準尺寸為2260*800*600。和利時系統(tǒng)AI、RT、TC、DO模塊的通道數(shù)與LN2000系統(tǒng)一致；AO模塊的通道數(shù)為8個是LN2000系統(tǒng)的2倍，DI模塊通道數(shù)為16個是LN2000系統(tǒng)的4/3倍；目前#5機組機柜內(nèi)最多的卡件數(shù)量為42塊，LN2000系統(tǒng)每個機柜最多布置模塊數(shù)量為54塊。和利時系統(tǒng)柜內(nèi)卡件布置正面為3列，LN2000系統(tǒng)柜內(nèi)卡件布置為2列。在做系統(tǒng)配置時，盡量保證原有卡件位置不動，在增加卡件和調(diào)整卡件位置時，盡可能將上方卡件配置到機柜下方，避免了電纜長度不夠的問題,通過認真細致的工作將卡件布置到了最合理的位置，盡可能的減少了電纜對接情況。

在工期緊的情況下，為了減少工程的工程量和出錯率，在出廠前將ＤＰＵ、模塊、電源做測試后到現(xiàn)場安裝。對現(xiàn)場的改造做如下的方案：

（１）在做系統(tǒng)配置時需考慮原有接線長度問題，在卡件布置時盡可能遵循原有卡件的布置位置，需要做更改的將上方卡件移動到下方，DO卡件盡量布置到機柜頂部，這樣就可以避免了電纜長度不夠的問題。

（２）系統(tǒng)采用3對24口交換機，其中#5機組兩對，公用系統(tǒng)一對。#5機組2對交換機，其中一對為根交換機，#10DPU、#11DPU、各操作員站與工程師站以及子交換機的數(shù)據(jù)交換由根交換機實現(xiàn)；另外一對為子交換機，#12~#19DPU之間的數(shù)據(jù)交換由子交換機實現(xiàn)，子交換機通過網(wǎng)線與根交換機相連。公用系統(tǒng)交換機采用單獨的網(wǎng)關，與兩臺機組相連，兩臺機組均可以對公用系統(tǒng)進行監(jiān)控和操作。

（3）系統(tǒng)施工時，原控制系統(tǒng)機柜不動，將原模塊上的電纜拆下后做好標記。將原控制系統(tǒng)的ＤＰＵ和電源及模塊更換為ＬＮ２０００的系統(tǒng)。

（4）將做標記的電纜直接接入到新的卡件中。

（5）根據(jù)原系統(tǒng)的軟件組態(tài)進行ＬＮ２０００系統(tǒng)的邏輯、畫面進行組態(tài)。

（6）進行單體及整個系統(tǒng)的調(diào)試，完成各種實驗，投入運行。

2.軟件組態(tài)

由于是改造機組，所以原有邏輯與畫面風格盡可能保持一致，在充分尊重了運行人員操作習慣基礎上確定了畫面的數(shù)量及風格。由于控制器的數(shù)量與分配方式與和利時系統(tǒng)依然有少量差別，在與熱工人員反復討論以后，做了部分調(diào)整及優(yōu)化，將先進的控制理念和思路加入到了邏輯組態(tài)中，使得控制過程響應速度更快，控制精度更高。

畫面數(shù)量及風格

1）鍋爐側畫面：

    吹灰系統(tǒng)，吹灰順控，風系統(tǒng)，風粉在線，鍋爐給水，鍋爐連鎖，鍋爐系統(tǒng)，空預器油，爐電機掛牌，爐閥門掛牌，爐閥門集控，滅火保護，磨煤機油，燃燒系統(tǒng)，熱力系統(tǒng)，送引風機油，煙系統(tǒng)，再熱系統(tǒng)，主汽系統(tǒng)，制粉系統(tǒng)，主再熱器，汽包參數(shù)，協(xié)調(diào)控制， 排污疏水。

2）汽機側畫面：

EH油系統(tǒng)，本體測量，抽汽輔汽，低加疏水，輔機監(jiān)控，高壓加熱器，給水泵1，給水泵2，機側連鎖，機電機掛牌，機閥門掛牌，機閥門集控，機潤滑油，凝器真空，發(fā)電機監(jiān)視，汽機系統(tǒng)，汽機疏水，凝汽系統(tǒng)，汽水系統(tǒng)，軸封蒸汽，軸承溫度，給水除氧，循環(huán)泵房，循環(huán)水系統(tǒng)，工業(yè)水系統(tǒng)。

3）電氣側畫面

UPS系統(tǒng)，廠用電系統(tǒng)，電光字牌1，電光字牌2，電光字牌3，電氣系統(tǒng)，發(fā)變組系統(tǒng)，勵磁系統(tǒng)。

設備顏色顯示

1）電動門：

閥門外形顯示如圖所示：

閥門不同狀態(tài)對應的顏色分別為：閥門全開為紅色

閥門全關為綠色

閥門停電和中間位置為黃色

閥門故障為灰色（開關全部存在）

閥門在開過程為紅色閃爍

閥門在關過程為綠色閃爍

2）動力設備：

設備不同狀態(tài)對應的顏色為：設備運行為紅色

設備停止為綠色

設備停電為黃色

3）調(diào)節(jié)門

外觀如圖。

調(diào)節(jié)門分手動/自動兩種方式，手動方式對應的顏色為紅色，自動方式對應的顏色為綠色。

一、彈出窗口

1）電動門

操作窗口左上角“掛牌”，為電動門檢修位。操作方式：點動翻轉。掛牌后在流程圖設備圖形上顯示

如圖

“確認”為閥門操作失敗確認按鈕。閥門全開狀態(tài)時在打開按鈕右側顯示紅色窗口；全關時在關閉按鈕右側顯示綠色窗口。

2）電動門（中間停止）

     掛牌為檢修位；確認為消除“操作失敗”顯示，閥門全開對應右側窗口為紅色，全關對應右側窗口為紅色；停止按鈕按下，閥門停在當前位置。右下角為閥門開關允許狀態(tài)顯示

4）電動門（帶反饋）

  掛牌為檢修位，確認為消除操作失敗顯示，“開”“關”“?！睂敵鲋噶?。棒狀圖對應閥門開度顯示，綠色數(shù)據(jù)點對應開度反饋數(shù)字顯示；右下角顯示閥門開關允許狀態(tài)。

5）  調(diào)節(jié)門

MAN 為手動按鈕，AUTO為自動按鈕，文字顯示為當前處于手動/自動狀態(tài)。PV 為自動狀態(tài)下測量值，SP 為設定值。手動狀態(tài)下：OUT 為輸出指令，F(xiàn)B為反饋指示。中間柱狀圖分別為各數(shù)據(jù)點的圖形顯示。下端按鈕左側為自噢能夠狀態(tài)下設定值輸入按鈕，右側按鈕為手動狀態(tài)下指令輸入按鈕。另帶有手動數(shù)字鍵盤，如圖

6）  動力設備

  掛牌為設備檢修位，確認為消除“操作失敗”指示；設備運行時“啟動”右側窗口顯示紅色，停止時“停止”右側窗口顯示綠色。掛牌后掛牌狀態(tài)顯示在設備畫面上，如圖