不停控制系统将PLC升级为DCS

柳德志

（南京华得瑞科技有限责任公司，江苏 南京 210015）

0 引言

在某些连续生产型企业（如火力发电厂）由于自动化发展史的原因，辅助系统往往是由各PLC集成商完成的，主控系统使用DCS控制，随着工业自动化控制技术的变化革新，很多生产企业的管理模式也发生了崭新变化。以前许多由各PLC集成商完成的辅助系统，都需要集中管理。原PLC系统有些年限已到，需要进行系统的升级改造，由于目前集中管理的趋势，新改造的PLC系统都将纳入DCS控制系统进行统一管理控制，所以老的PLC系统要更新为DCS系统已经变成一种趋势。

1 原系统结构

某火力发电厂辅助控制系统采用的PLC品牌为Schneider Quantum系列，PLC上位机采用Intouch软件，PLC 控制系统已经进入衰老期，后期故障率逐年提高，售后维修成本大；且因硬件产品年代过长已经退市，备件采购困难。

系统结构如下图

现场电子设备间并排放置6台机柜，其中控制系统使用4台，控制器机柜中放置一套Schneider Quantum的67160冗余CPU和一个I/O机架，2～4号柜内放置I/O机架，现场信号电缆分别进入控制器柜至4号柜。

控制室内放置两台操作员站，通过两根100M以太网连接现场PLC控制器。

2 技术分析

一个系统的升级分为软件升级和硬件升级两个部分。

2.1 软件升级

软件升级主要完成原控制逻辑平台的迁移，其中又包括两部分：一部分是由原PLC控制逻辑转换到DCS控制逻辑；另外一部分是监视平台由PLC平台升级到DCS监视平台。

控制逻辑的升级需要保证原控制逻辑的执行正确性，消化理解原控制逻辑并转化到DCS系统中，这里主要注意由于年代久远原设计文档已经发生变更，所有的控制思路以PLC里当前运行的为准。

监视平台的升级是要保证操作界面风格的统一，DCS的操作界面要与PLC的操作界面基本一致，减少运行人员过渡的困难，降低误操作的风险。

2.2 硬件的升级

硬件的升级包括控制系统和现场设备，一般来说为了降低成本都是现场设备不动，包括控制电缆也不做改动，只更换控制系统的硬件，将原PLC控制柜更换为DCS控制柜。

综合以上技术路线对本项目进行分析：

（1）软件升级：本项目的控制软件为unity pro 画面软件为Intouch，两者均有原始工程和原有设计文件，只要花费一定的人工将软件进行转换就能完成软件的升级。

（2）硬件升级：本项目的硬件升级与一般项目类似，现场控制设备和控制电缆不做改动，只更新控制系统的硬件。

通过查看现场，发现电子设备间布局很局促，没有条件增加其他机柜，要想改造只能在原位置将PLC机柜拆除更换为新的DCS机柜，现场设备电缆利旧。

综上分析本项目的技术难点在于PLC机柜的更换上。

PLC机柜拆除必须将现场设备停运，而且还要断电，这样会造成整厂的减产甚至停产，通过跟运行人员的认真分析，发现系统中一部分设备是具有就地手动控制运行的可能性，还有一部分设备属于间断运行，中间可以有20天左右的间断期。利用这个现象采用控制系统测点充分运用的方式，制定了一个可行的改造方式。

具体分析，4个机柜中，每个机柜都存在可以暂时停运的设备，也都存在不可以停运的设备。通过测点的梳理发现如果将停运设备全部拆除，那么空出来的测点可以控制全部不能停运的设备。

所以初步制定大的方向是把能切换到就地运行的设备和间断运行设备拆除，利用拆除的测点控制必须运行的设备。

3 具体实施方案

要减少现场的时间，就必须在项目前期做好充足的准备，因此改造方案是重中之重，改造方案是否细致决定了项目改造是否成功。

最重要的原则就是减少现场改造的时间，在改造之前充分做好方案，能够提前做的工作全部提前做好，一旦机柜开始拆除就像开弓之箭，没有回头路可以走，要么改造成功，要么改造失败影响现场运行。

3.1 控制逻辑和上位机升级

改造之前完成新系统的控制逻辑和画面的组态，将原有的PLC控制逻辑和Intouch上位机软件消化理解，在公司测试大厅完成移植到DCS系统内。

DCS控制器内完成原PLC逻辑的组态，DCS上位机画面完成原Intouch软件的全部功能。充分的进行逻辑的验证，保证改造过程中不因为逻辑的错误造成设备误动。

3.2 规划DCS机柜的卡件布置

因为是改造项目所有的信号电缆必须利旧，而且电缆中间不允许有接头，所以新DCS机柜内的测点要原PLC机柜内的测点一一对应，保证信号电缆不穿机柜，而且考虑电缆长度，原机柜低处接线在新机柜也要在低处接线，一定要避免按照经验布置测点，造成同一个设备的电缆分布到不同的机柜当中。

3.3 现场DCS系统搭建

现场实施过程系统不停运，因此PLC系统到DCS系统之间有一个过渡的过程，过渡过程中两个系统同时运行，因此先在现场进行DCS系统的搭建，两套系统同时运行，搭建后的系统如下：

3.4 现场PLC机柜设备挪动

利用设备可以切到就地控制，间断运行的停运间隙，将原控制器柜和2号柜的部分设备切换到就地，部分间断运行设备停运。将这些切换到就地运行和停运设备的线从机柜拆除，空出部分测点，电缆接头用绝缘胶带处理好，电缆上的旧标号保留。将3号和4号机柜需要长时间运行的设备信号电缆用暂时短连线连接到控制器柜和2号柜的空余测点，在线修改PLC逻辑，使PLC用2个机柜控制原4个机柜的设备。

具体实施细节步骤：

（1）协调工艺等待间断运行设备运行结束（这样就有20天的改造时间）；

（2）将间断运行设备停运，控制器柜和2号柜能够切换到就地长时间运行的设备切换到就地运行；

（3）将间断运行设备和已经切换到就地的设备电缆拆除；

（4）将3号和4号柜需要长期运行的设备切到就地运行（或暂时停运10分钟）；将这些设备的控制信号用短连线连接到控制器柜和2号柜的空余测点（不要将电缆抽到控制器柜和2号柜，因为将来还要恢复）；

（5）同时在线更改PLC控制逻辑的对应测点，使这些设备用原有逻辑就可以控制。

3.5 3号4号柜拆除

这样3号和4号柜所有电缆都已经拆除，机柜可以拆除，新的DCS控制机柜到位。

3.6 1号和2号DCS机柜就位和PLC的控制器柜、2号柜拆除

将1号和2号DCS控制机柜放入原3号和4号PLC机柜的位置。1号DCS机柜含有DCS控制器，将网线插入控制器，DCS系统可以恢复网络，将运行部分设备从PLC的1号和2号机柜挪动至DCS机柜中，用DCS的两个机柜控制整个系统。然后将PLC的1号和2号柜拆除。

具体实施细节步骤：

（1）协调工艺将运行设备切到就地运行（或暂时停运10分钟）；

（2）原本属于此DCS机柜的信号线优先恢复到本机柜，做永久接线，临时的短接线可以拆除；

（3）利用已拆除的短接线将PLC控制器柜和2号柜的设备转接到DCS 1号2号柜；

（4）修改DCS的逻辑，使DCS能够控制整个系统。

3.7 DCS的3号和4号柜就位

原PLC控制器柜和2号柜全部电缆已经拆除，PLC系统可以停运，将PLC控制器柜和2号柜拆除，将DCS的3号和4号柜就位，PLC的原操作员站拆除。

3.8 信号电缆恢复

所有DCS机柜就位后，优先恢复原切换到就地和间断运行的设备信号，因为这部分信号电缆在电子设备间的地面放置，清理完这些信号线后地面就会清洁，便于后期工作。

然后将原PLC控制器柜和2号柜的信号从短接线解开，恢复到DCS柜正常位置，做永久接线。

1号和2号DCS机柜信号电缆也可以恢复做永久接线。系统信号线全部恢复，逻辑同时更改。

改造后的系统结构

仍然保持控制室两台操作员站，因为改造顺序，所以控制器机柜放到了最右边，网络电缆位置调整，整个电子设备间只是调整了机柜的序号。

3.9 系统联调

系统恢复后，原长期运行的设备一直处于运行状态，需要调试的是切换到就地运行和间断运行设备，优先调试间断运行设备，因为经历这些改造20天的时效已经所剩不多。这些设备调试后需要与长期运行设备进行连锁调试，不具备条件的可以等待以后调试，但一定要做好记录，避免没有调试的逻辑长期运行。

4 实施原则

总的实施原则就是充分利用机柜备用测点，保证每个时期都有控制系统运行，每次更换两个机柜，用剩余两个机柜完成整个系统的控制，将可以切换到就地运行的设备切换到就地，利用间断运行的设备的停止间隙进行改造。

5 经验总结

（1）需要多次调整设备运行状态，企业方需要全力配合改造，工艺上充分利用间断运行设备的停止间隙，改造方案与运行工艺紧密结合；

（2）前期方案一定要准备充分，方案的失误很可能会造成整个系统的停运；

（3）DCS机柜的测点布置要与PLC机柜一致，防止原信号电缆长度不够，测点信号按原柜布置，不可以随便调整信号所在柜；信号电缆原分布在两侧的仍然分配在两侧，原测点在高处的仍然分配在高处，总之测点分配充分考虑原信号电缆的长度；

（4）设备进行分类，分成可以就地运行设备和必须运行设备；必须运行设备再分类，分成不能停止设备和可以间断运行设备。可以就地运行的设备切到就地运行，最后恢复信号；可以间断运行的设备利用停机时间进行信号接线；长期运行的设备先切到就地运行，然后进行信号接线，接完验证逻辑后切回到DCS运行；

（5）同一个信号电缆要经过多次拆接，一定要做好标记，防止接线错误；

（6）原信号电缆上的号码套管不要丢弃，保留在电缆上，方便调试时查找错误。

6 实施难点

此方案的实施难点有两点：

（1）在于信号的调整，不管是原PLC系统还是DCS系统，都需要修改逻辑，将逻辑的通道号改成现在接线的位置，这个一定要有规划，信号线的调整和逻辑的修改是同步的，提前规划好，电子设备间的工作和控制室的工作两部分人员同步执行，信号线的调整按照设备来处理，每完成一个设备调试一个。

（2）长期运行设备电缆经过多次拆接，每个长期运行的设备均经历拆、短接到其他柜、拆短接、接入本柜这么一个过程，所以电缆的标号一定要做好标记，并建立一个表格，要知道这个信号短接到哪个信号中，使用的是哪根电缆等。

参考表格

7 项目总结

此方案经过前期与企业一起编写，企业批准，现场实施等一系列过程，20天内完成设备的改造，顺利结束，完成了既定的目标，没有因为改造影响企业正常的生产，得到了企业的好评。

PLC系统设备停产，厂内PLC的维护人员较缺，DCS维护人员较多，企业方迫切想改造这个系统，但根据现场情况，企业方认为这个项目难度较大，不具备实施条件。经过双方深入的讨论方案，方案上得到了企业的认可，并得到了企业的大力支持。通过此项目的实施为企业后期其他系统的改造积累了经验，有利于推进不具备停运条件的控制系统的升级改造，提高生产企业的系统可靠性，降低企业运行风险。