热网DCS系统软件优化

摘要：油田热电厂热网DCS控制系统采用SIEMENS公司的产品SIMATIC PCS7版本5.0开发的，属于典型的服务器/客户机模式的DCS控制系统。控制系统自2003年改造至今，已经历6年连续运行。随着供热面积的增加，原配置的硬件的负荷率最高达到96%，已造成系统延迟较大，严重时系统容易崩溃，这样对现场设备的安全运行造成很大的威胁。本文将该问题的所产生的影响，系统优化的方案以及应用效果进行了详细介绍

关键词：DCS；SIMATIC PCS7；冗余；WinCC；

中图分类号：TP31 文献标识码:A

1 系统现状

油田热电厂热网DCS控制系统采用SIEMENS公司的产品SIMATIC PCS7版本5.0开发的 基于windows NT 4.0英文版系统运行 属于典型的服务器/客户机模式的DCS控制系统。硬件采用双总线通讯上挂2个DPU（分散控制单元）实现过程测量和控制功能，配备三台操作员站，分别放置在三台机组的单元控制室内，每个站均可对热网实现全面监控操作，起到相互备用的作用，1个工程师站。1：1冗余的通讯接口卡设计有传输出错检测技术，一条网络故障，系统会自动切换到另一条网络上进行通讯，保证通讯的可靠性。热网DCS控制系统自2003年改造至今，已经历6年连续运行。

热网2005年5月供热面积达416万平方米，截止2006年5月供热面积达560万平方米，截止2007年12月供热面积达660万平方米。根据大庆市供热办的要求，2008年龙凤地区新增的供热面积124.1万平方米，东风新村地区新增的供热面积113.43万平方米以及2007年已建待供的116.67万平方米由油田热电厂承担供热任务。

2009年底油田热电厂需要承担的供热任务为1014.2万平方米。自从2003年系统调试到正常使用头三年期间，DCS系统运行情况良好，而且大大提高了生产效率。 自2006年开始随着供热面积逐年增加，DCS控制系统的I/O点数量也随之增加，累计I/O点数量将近2000点。在I/O点数增加的过程中发现，原配置的硬件的负荷率最高达到96%，在这样的情况下，系统不仅常常出现死机，当达到90%以上的时候，系统延迟较大，严重时系统容易崩溃，这样对现场设备的安全运行造成很大的威胁。

同时热网DCS控制系统运行至今，还暴露出一些其他问题，如总线通讯故障、操作员站死机、模件电源开关过热、总线冗余故障、ET200M子站总线冗余故障、DCS控制系统程序编制不规范导致程序丢失、设备误动以及系统出现低电压是导致控制瘫痪等诸多问题。

1.1 通过对上述问题的研究和详细分析后找出系统存在这些问题的主要原因：

1.1.1 限于热网DCS系统改造初期技术条件的限制以及系统软硬件运行多年，其技术水平已不能满足现场的运行维护要求，如控制系统运行在微软的NT操作系统环境，不能对系统程序进行必要的安全备份。

1.1.2 在windows NT 4.0英文版操作系统的制约下很多新的硬件无法使用，例如操作员站及工程师站操作系统无法升级新硬件，不支持该USB设备等问题亟待解决。

1.1.3 现场站及硬件地址点数相对过多，地址配置参数需调整，CUP参数设置不当。

1.1.4 SIMATIC PCS7版本5.0基于SyBase的数据库自身的效率，厂网MIS通讯任务过重。

这些问题已严重影响了热网系统的安全运行。

2 系统优化

2008年利用热网大修的有利时机，对控制系统进行一次全面优化改进造，同时包括新增的热网计费系统。

2.1 热网DCS软件优化的主要内容：

(1)采用SIEMENS公司的最新产品，全集成新一代SIMATIC PCS7版本6.0自动化过程控制系统，对现有热网DCS控制系统进行软件升级，它是基于windows 2000操作系统，OS基于WinCC6.0以上版本，用的是Microsoft SQL Server for WinCC 数据库，通过OPC、SQL等技术使得不同系统之间的准确、高速、大量的数据交换得以实现全集成，一体化的解决方案，其集成的核心是统一的过程数据库和唯一的数据库管理软件，所有的系统信息都存储于一个数据库中而且只需输入一次，这样就大大增强了系统的整体性和信息的准确性。

(2)在原有热网DCS控制逻辑的基础上，重新编制热工检测系统、自动控制系统软件并进行软件优化，增加部分I/O卡件和相关软件逻辑编制包括顺序控制（SCS）和数据采集（DAS）等功能。

(3) 在现有热网控制室内，对现有热网控制系统增加计费系统。

(4)在控制方式不变的情况下，同时整合2006年~2008年的新增的控制系统，及2009年新增热网计费系统使之同原有热网系统能够作为一个完整的DCS控制系统，在完成软件组态、整套系统安装调试后，保证优化后的热网DCS系统安全、可靠、经济运行。

2.2 热网DCS软件优化的技术关键点：

由于，PCS7 V5.0的OS应是WinCC5.0，用的是SyBase的数据库，而PCS7 V6.0及以上版本基于WinCC6.0以上版本，用的是Microsoft SQL Server for WinCC 数据库；由于数据库之间无法转换，为此，优化过程所有软件全部重新自行编制。

2.3 热网DCS软件优化后达到的技术指标：

(1) 在热网控制室内实现热网机组的启停；

(2) 在热网控制室内实现113套设备正常运行的开关操作控制和调整；

(3) 在热网控制室内实现异常工况和紧急事故处理。

(4) 在热网控制室内实现正常运行工况的监视，模拟量显示精度达到0.25。

(5)变频泵闭环控制等17回路，均实现自动控制。

3 效果对比

与优化前相比，现有热网DCS系统拥有10项独特的技术优势：

(1)基于优秀的SIMATIC PCS7 V6.0平台。

(2)遵循全集成自动化理念，可完成过程工业领域的所有控制任务。

(3)系统所有组件都采用基于TIA架构的标准硬件和软件，可通过西门子公司完成一站式采购。

(4)通过PROFIBUS实现真正的分散结构，易于与FF仪表的集成。

(5)包括网络通讯、控制器、I/O、PA仪表在内的所有层次的冗余。

(6)非常灵活的可伸缩性，从小型，可控制100个I/O点的PCS 7 Box，一直到控制100000点，基于客户机/服务器架构的大型系统。

(7)高性能的设计与工程工具，可显著降低工程成本，缩短工程周期。

(8)集成过程安全技术，独特的安全矩阵技术可减少人为误差。

(9)强大的资产管理功能可集成传统的非智能设备

4 应用

本次优化改进完成后，热网增加计费等系统与现有热网系统能够作为一个完整的系统，自动化水平、系统稳定性、安全性有了很大提高，从本质上避免了热网DCS系统软件的不安全隐患。

由于前期进行大量试验、探索了很多许多成熟经验，系统软件优化改进后运行一直比较稳定，没有出现保护误动或拒动事故。热网大修后一次启动成功。

参考文献

[1]张 虹，王林涵，徐用懋.Fuzzy-PI复合控制在电站锅炉过热蒸汽温度控制中的应用.自动化仪表，1999；20(11)：28~31

[2]郑德忠，杨宇涛，刘立伟.实现锅炉优化燃烧的新型控制方案.自动化仪表，1998；19(3)：28～30

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