WDPF-II系统改造方案探讨
张文宋益纯李军
（山东石横发电厂，山东石横 271621）
公司介绍源码[摘要]  WDPF-II系统是由美国西屋公司于20世纪80年代后期推出的DCS系统。山东各电厂使用此控制系统多达12套，因设备老化、厂家不再提供备品支持，对其进行改造或升级是各电厂普遍关心的问题。石横电厂对西屋公司的OVATION系统升级WDPF-II系统进行了充分的分析论证，认为方案可行，值得推广。[关键词]  WDPF  DCS  改造升级
1.早期DCS系统升级、改造的必要性
1.1 DCS系统及其运行现状
随着计算机技术和通讯技术的不断发展、成熟，分散控制系统(DCS)已经大规模地应用于发电厂热工控制系统。DCS的应用，实现了炉、机、电控制一体化，提高了热工保护、自动系统的投用率和可靠性，为机组的安全、稳定、经济运行奠定了基础。随着时间的推移，早期投用的DCS系统受电子元器件寿命和计算机芯片更新换代的影响，不同程度地出现了备品短缺、故障率增加、系统不稳定等问题。因此，如何尽最大能力保证现有DCS系统的正常运行，以较少的投资改造或升级现有的DCS系统，是摆在我们面前的一个
紧迫问题。
1.2 DCS系统升级、改造应考虑的因素
一套DCS系统的升级或改造，应综合考虑新系统所应用的技术水平、硬件质量、软件维护以及备品配件的采购、培训、工程量、费用、售后服务等因素。
DCS系统的升级、改造，首先要考虑更新后应该定位在哪一级。由于计算机技术的飞速发展，不能一级一级地逐步升级，应该越过技术发展的某些阶段，达到当今技术可能达到的水平，以保证在不显著增加投资的情况下，使更新后的设备有一个尽可能长的生命周期，否则老是一步步跟在后面爬行，技术会永远落后。其次，要综合考虑与原系统的兼容性，最大限度地保护我们在DCS系统硬件设备和软件方面的投资，特别是保护经过十几年在生产实践中培养和锻炼的一批DCS硬件和软件设计、开发、维护人员的人力资源。
2. WDPF-II系统的特点
WDPF-II系统是由美国西屋公司于20世纪80年代后期推出的DCS系统。该系统具有
以下特点：
l 硬件质量一般。人机接口采用SUN SPARC LX型工作站，DPU采用386/486CPU，工作站主机、硬盘及DPU主机卡故障率较高。
l 应用软件版本较老。控制组态软件未实现图形化组态，数据库维护后需进行系统点目录维护，给在线修改逻辑、增加过程点等工作带来不便。
l 控制器、I/O卡件未实现全封闭，发热量大，易积灰，系统检修、维护工作量大。
l 人机接口界面比较友好。实时趋势、历史趋势查询方便；CRT显示四幅过程图，画面可随意放大，方便运行人员使用。
因此，对WDPF-II系统的升级或改造，应考虑保留其好的方面，改善原有系统的不足。
3. WDPF-II系统改造与升级的方案比较
目前，山东各电厂对控制系统的改造，供选用的DCS产品类型比较多。其中，应用较多的是上海FOXBORO公司的I/A'S系统、上海新华公司的XDPS-400系统、鲁能控制工程有限公司的LN2000等控制系统。西屋公司新推出的OVATION系统，目前在山东只有胜利油田一台新投产的机组采用。对WDPF-II系统改造，可分为全面改造为OVATION系统、部分升级为OVATION系统和采用其他DCS系统。下面对三种方案进行分析对比。
3.1  WDPF-II系统全面改造为其他类型DCS系统
目前，各电厂对DCS系统进行改造，一个是考虑费用，另外一个是考虑控制系统规模。如果费用允许，利用改造机会，将原来不属于DCS系统的基地调节系统、电气量控制系统、与DCS系统相对独立的DEH/MEH系统纳入DCS系统，可大大提高热控系统备件的互换性，减少备品储备种类和数量，提高DCS系统可靠性，方便人员检修、维护和运行人员使用。但是，如果对WDPF-II系统全面推倒进行改造费用很高、改造工期长，不但要全部更换工作站、DPU及机柜，而且故障率较低的I/O卡件也弃之不用，大量的电缆因新机柜安装后长度不够而需重新敷设或接线，经济性和可靠性较差。同时，新的DCS系统无论是从操作员界面上、系统组态维护上，都需对使用人员进行全面培训。从系统改造到人员熟练应用，需要一个较长的过程。工作量大，系统重新组态、调试、试运时间长。
3.2  WDPF-II系统全面改造为OVATION系统
OVATION系统是由西屋公司于1997年推出的DCS系统。同其他以往的DCS系统相比,OVATION系统具有以下特点:
l 高速、高容量以太网通讯网络，通讯速率100Mbps；网络上的设备采用网卡，不需要专用网络接口。
l 网络采用双环形网，系统网络一部分发生故障，可自动进行隔离，而不影响其他站。
l PLC可成为OVATION数据高速公路的直接站点。
l 具有LAN和WAN互联能力的桥路和监视器。
l 控制处理单元OVATION控制器可扫描的原始点多达16000点。
l 工作站采用SOLARIS操作系统的SUN工作站，或以PC机为基础的WINDOWS  NT4.0操作系统。
l 图形化控制组态界面，可与AUTO CAD制图软件互相转换，便于系统工程师进行组态、维护、检查控制逻辑。
l 取消WDPF-II系统的系统点目录维护，对新增加的点无需进行系统点目录维护即可应用。
l 保留了WDPF-II过程画面丰富、图形清晰美观的优点。
纵观目前各电厂在用的DCS系统，从运行人员使用较多的操作员画面方面来看，WDPF-II系统具有画面清晰、过程图和趋势画面数量多、显示直观、操作方便等优点。而OVATION系统同样继承了WDPF-II系统的上述优点。但是，如果对WDPF-II系统全面拆除改造为OVATION，同样面临费用问题。在改造中，如果不考虑WDPF-II系统中占整个系统费用近三分之一的I/O卡件、I/O机柜及其附件等可以利用的部分，必将造成极大的浪费。同时，旧机柜拆除、新机柜安装，信号电缆整理或敷设，以及控制逻辑重新组态、调试等工作量较大，改造工期相应较长。
3.3  WDPF-II系统升级移植为OVATION系统
所谓升级移植，是指在保证系统完整性的前提下，对WDPF-II系统中的关键易损、无产品支持的部分进行改造，使之升级为OVATION设备；对质量相对稳定、厂家能长期提供备件的I/O卡件继续使用，既能解决WDPF-II系统主要部件面临淘汰的问题，也可节约大量费用。同时，由于OVATION系统的良好兼容性，在保留原有的I/O卡件的同时，新进入OVATION系统的其他系统如电气量控制系统、DEH/MEH系统等，仍可以采用OVATION系统的最新I/O卡件，两种I/O卡件可在新系统上同时运行而不发生冲突。
对于WDPF-II系统的DPU组态数据库，可采用移植的方法，转换为OVATION数据库；对于原WDPF-II系统操作员画面，也可由西屋工程师转换为OVTION工作站画面，保留原有画面的风格及操作方式；原有的I/O机柜可全部保留，大大减少改造的工作量和工期。具体方案如下：
l 将最新备份的WDPF-II过程图、DPU数据库提供给西屋公司，由西屋公司进行前期
移植准备。
l 采用功能更强大的Ovation控制器，将19对DPU控制器更换为10对OVATION控制器，保留当前的Q-line卡件和现场接线。
l 采用Ovation控制器更换所有DPU控制器。更换时，对原DPU的数量进行压缩，原19对DPU更换为OVA
TION控制器后，压缩为10对；保留当前的Q-line卡件和现场接线。
l 由西屋工程师将当前的DPU源代码转换成Ovation控制算法，将数据库转换成Ovation Oracle数据库。
l 原工作站更换为Ovation公司选用的最新SUN工作站。计划设置一台工程师站、一台历史数据站、五台操作员站；同时将图形画面转换成Ovation图形画面。
l 将DEH、MEH系统进行改造，由上海新华控制工程公司的DEH-III型和MEH-III型改造为OVATION系统，采用一对OVTION控制器，I/O卡件使用OVATION新卡件。
l 新增加电气量控制系统，采用一对OVATION控制器，I/O卡件使用OVATION新卡件。
l 由电厂系统维护人员同西屋工程师一起对新系统进行全面检查试验。
改造后的OVATION系统结构如下图所示:
相对于其他改造方案，采用OVATION系统对WDPF-II系统进行升级移植的具体优点如下：
l 原控制逻辑及数据库移植到Ovation，避免了DCS系统全面改造过程中潜在的风险
和时间上的延误。如对WDPF-II系统进行全面改造，由于每一个逻辑和画面都需要重新生成，因而存在人员出错的风险，工期也比较长，现场工作时间会更长。
l 升级为Ovation系统的另一个重要好处是，软件移植过程中可以将控制系统的可调参数保留下来。这使得电厂在停机结束后可以在较短时间内恢复运行，无需对系统参数进行大量的调整和试验。
l 升级为Ovation系统在解决了设备备品问题的同时，也增强了系统功能，提高了DCS 系统的可靠性和运行速度。
l 升级为Ovation系统的关键在于节约了大量的费用，原系统所有的Q-Line输入输出卡件、机柜及现场接线保留下来。
l 原有的控制策略包括图形画面和整个运行方式也会被保留下来。热力系统的外观尤其是画面得以保留，下一班的运行人员上班后，可以按照原来的方式进行操作。
l 减少了人员培训费用，对于一般维护人员、运行人员，不用培训即可对OVATION系统进行管理和使用；对于系统工程师，新的图形化组态工具使用更方便，工作效率大大提高。
l 原I/O卡件和新I/O卡件可混合使用（分别应用在旧机柜和新机柜），备品利用高。
l 系统升级与改造相结合，整个DCS系统包括了锅炉、汽机、电气控制功能，大大提高了机组自动控制水平，减少了不同控制系统间的硬接线或通讯设置，提高系统可靠性及降低备品储备量。
l 用于系统改造的时间大大缩短，甚至一个小修间隔，即可完成整个DCS系统的升级。
WDPF-II系统改造三种方案的比较如下表所示：
三种方案比较