IASeries与HOLLiASMACSⅤ在火电厂的应用比较

1、IA Series与HOLLiAS-MACS在火电厂的应用比较 摘 要：本文通过对IA Series系统及HOLLiAS-MACS系统的组成和功能进行介绍，阐述了IA Serie系统在华能巢湖电厂的应用情况及HOLLiAS-MACS在创元电厂的应用情况，分析两种系统各自的特点，指出了存在的问题和改进的方向。关键词：DCS IA Series系统 HOLLiAS-MACS系统 应用比较 1前言 DCS即集散型控制系统，又称分布式控制系统（Distributed Control System）。它的主要基础是4C技术，即计算机Computer、控制Control、通信Communication和C

2、RT显示技术。DCS系统通过某种通信网络将分布在工业现场附近的现场控制站和控制中心的操作员站及工程师站等连接起来，以完成对现场生产设备的分散控制和集中操作管理。DCS自1975年问世以来已经历了近三十年的时间，其可靠性、实用性不断提高，功能日益增强。如控制器的处理能力、网络通讯能力、控制算法、画面显示及综合管理能力等。DCS系统过去只应用在少数大型企业的控制系统中，但随着4C技术及软件技术的迅猛发展，到目前已经在电力、石油、化工、制药、冶金、建材等众多行业得到了广泛的应用，特别是电力、石化这样的行业。下面以美国FOXBORO公司推出的IA Serie系统及和利时公司推出的MACS系统例介绍DC

3、S在大型火电厂的应用。2 IA Series系统简介2.1 概述 IA Series系统美国福克斯波罗公司于 1987 年在世界上第一个推出的体现开放概念的超越一般 DCS 的新一代工业控制系统。I/A Series 率先突破了封闭式发展的制约， 广泛地采用国际标准， 其产品符合国际标准化组织（ISO）提出的开放系统互连（OSI）参考模型。这样的系统允许将其它制造厂家的产品纳入自己的系统。I/A Series 自动化系列的最大特点是系统的软件、 硬件和通讯系统都广泛采用开放型标准设计。 硬件品种少， 可靠性高， 组态灵活。I/A Series系统采用先进的CMOS电子组件技术，非金属材料传导冷

4、却。所有组件尺寸小，电子组件全密封，有效地将电子器件与污染环境相隔离，从而大大减少用户的电能消耗，空调和空间的需求，保证硬件的高度可靠。全密封的特点在南方潮湿多雨的环境下更显优势，卡件完全是免维护的。所有的卡件都可以带电插拔。毋须采取特殊的防静电措施。2.2 IA Series的网络结构I/A Series 系统的通讯网络是建立在国际标准化组织（ISO）所定义的开放系统互连 （OSI）标准基础上的， 并符合 IEEE 的规范， 是按照局域概念构造的标准网。整个网络的开放结构使得任何一台处理机或工作站出现故障，都不会影响到其它工作站的操作功能。I/A Series 的通讯网络结构分为分为四个层次

5、： 图1 I/A Series 系统网络结构简图· 宽带局域网 (BROADBAND LAN)· 载波带局域网 ( CARRIERBAND LAN )· 节点总线（NODE BUS）· 现场总线（FIELD BUS）这些通讯标准的低层通讯（物理层和逻辑层）均与制造商自动化协议（MAP）兼容。 出于通讯的安全考虑， 节点总线是冗余的， 载波带可选冗余。 I/A Series 的系统结构是按节点（NODE）概念来构成的。节点独立运行， 完成自动控制的各种功能。 并可通过兼容网络与其他 Foxboro 或 非 Foxboro 节点相连。节点总线连同与它有关的站

6、作为一个单独整体存在， 或作为载波带局域网的一部分存 在。 当它作为一个单独的整体时， 节点总线连同它的关联站构成层次通讯网络中的一个节 点。节点总线最多能够为 64 个 I/A Series 处理机站和可能使用的节点总线扩展组件提供通讯能力。 I/A Series 可以包含控制处理机 （CP）、应用处理机（AP）、操作站处理机 （WP）、通讯处理机（COMMP）、节点总线扩展组件、载波带接口组件、节点总线接口组件、AB 或 MODICON PLC 接口处理机和油罐计量处理机等。2.3 I/A Series 智能自动化系列的特点 I/A Series 自动化系列的最大特点是系统的软件、 硬件和

7、通讯系统都广泛采用开放型标准设计。 硬件品种少， 可靠性高， 组态灵活。· 硬件 I/A Series 四代兼容， 从 CISC 到 RISC ， 从 Intel 到 MICRO SPARC，实现了长寿命的设计思想。 由于硬件品种少， 大大节省了用户在备件上的开销。 现场总线设计思想领导了当今分散控制发展的方向，节省了用户在布线上的开销。· 软件 与 UNIX 系统 V 兼容的实时多任务 VENIX 操作系统和 SunSoft Solaris 操作系统， 96 年推出基于 Window NT 的操作系统； 采用 C，FORTRAN 等广泛使用的高级编程语言， SQL 关系型

8、数据库语言和 INFORMIX、 LOTUS123 等商用软件。 软件独立于硬件， 这样当福克斯波罗提供新型号的硬件时不会影响已有的应用状况。系统的应用软件可在装载 UNIX 操作系统的个人计算机上运行。 在 PC 机上组态的应用软件， 可直接装入 I/A Series 系统中运行。 先进的目标管理使得工程人员和应用程序只要知道目标的名称就可在同一系统中任何地方得到数据。 当软件进行移植或升级时， 工程人员几乎无需修改原先的组态。· 通讯 建立于 OSI 模型上， 符合 IEEE 的标准， 遵循 MAP 协议， 这样可以使与 MAP 兼容的非福克斯波罗产品纳入 I/A Series

9、系统。 这种非排它性使用户能兼收并蓄各家产品的长处， 构成满意的综合控制系统。· 显示 采用先进的实时目标管理技术， 这是其它系统所无法比拟的。 另外 50 系列采用了 XWindow 和 Open Look 技术， 可方便地访问整个 I/A Series 系统和所连接的信息网络上的信息。 FoxDraw 软件提供三维空间的显示画面。· 发展 硬件与软件的发展可相互独立发展。 这样在升级硬件时不影响软件， 同样在升级软件时不影响硬件。· 一体化 通过通过以太（Ethernet）网接口与信息网络联接， 以及提供智能现场仪表（IFD）接口与 IFD 的数字集成， 从而

10、实现了生产管理信息网、 生产控制网到测量的一体化。· I/O 一线控制器已经具有包括自整定（EXACT） 和多变量自整定（EXACT MV） 在内的复杂计算能力； I/O 组件全部为变压器耦合隔离和光电隔离， 一对一转换， 过流保护， 不用保险丝， 提高系统运行时间。· 联网 真正实现了与上位机过流系统的联网（例如： DECnet, TCP/IP, NOVELL）， 实时画面和数据传递。· 可靠性 采用表面安装技术（SMT） ，尺寸小， 系统结构简单； 电子组件采用全密封的结构， 使其于周围环境的接触降低到最低水平， 增强了已经抗环境腐蚀的能力； 控制容错技术，

11、通讯冗余技术和矩阵供电方式， 保证了系统运行的可靠性。· 功耗 系统功耗极低， 大大降低能源投资， 系统功耗只是常规系统的 1/3。· 维护 各种处理机和 I/O 卡件都有自诊断程序， 可进行报警打印， CRT 报警显 示， 有故障的组件红灯显示， 无需人工判断。 所有组件都可带电更换。3 HOLLiAS-MACS系统简介3.1 概述 HOLLiASMACSV系统是由以太网和使用现场总线技术的控制网络连接的各工程师站、操作员站、现场控制站、通讯控制站、打印服务站、数据服务器组成的综合自动化系统，完成大型、中型分布式控制系统（DCS）、大型数据采集监控系统（SCADA）功能。

12、系统硬件由工程师站、操作站、现场控制站（包括主控单元设备和I/O单元设备）、通讯控制站、打印服务站、系统服务器、系统网络、监控网络、控制网络等组成。系统软件包括：工程师站组态软件；操作员站在线软件； 现场控制器运行软件；服务器软件等。监控网络、系统网络和控制网络三个层次，监控网络实现工程师站、操作员站、高级计算站与系统服务器的互连，系统网络实现现场控制站与系统服务器的互连，控制网络实现现场控制站与过程I/O单元的通讯。一个大型系统可由多组服务器组成，由此将系统划分成多个域，每个域可由独立的服务器、系统网络SNET和多个现场控制站组成，完成相对独立的采集和控制功能。域有域名，域内数据单独组态和管

13、理，域间数据可以重名。各个域可以共享监控网络和工程师站。而操作员站、高级计算站等可通过域名登录到不同的域进行操作。数据按域独立组态，域间数据可以由域间引用或域间通信组态进行定义，并通过监控网络相互引用。 图2 MACSV系统体系结构图3.2 HOLLiAS-MACS系统应用组态 MACSV系统给用户提供的是一个通用的系统组态和运行控制平台，应用系统需要通过工程师站软件组态产生，即把通用系统提供的模块化的功能单元按一定的逻辑组合起来，形成一个能完成特定要求的应用系统。系统组态后将产生应用系统的数据库、控制运算程序、历史数据库、监控流程图以及各类生产管理报表。 图3 MACSV系统应用组态流程图实

14、际上，应用系统组态，各子系统在编辑时是可以并行进行的，无明确的先后顺序。控制器算法是用来实现在HOLLiASMACSV应用系统的现场控制站主控单元上运行的控制方案的组织和基本构成。用树型结构表现站内控制方案，设置控制方案的基本属性，如方案名、方案采用的语言（顺序流程图SFC、结构化文本语言ST、功能块图FBD、梯形图LD等、运算周期、运算开关、运算次序等。3.3 系统性能目标3.3.1 可用性系统可利用率 99.9系统平均修复时间 4小时3.3.2 CRT响应时间操作员请求画面切换响应时间操作员请求画面切换时，所有画面从按键（键盘或鼠标）到画面显示完成（包括静态画面和动态参数初始显示）的时间

15、£ 2秒动态数据更新周期动态数据的更新指模拟流程图或各种表格中的动态参数的更新周期，当变量发生变化后2秒钟内在屏幕上反映出来。事件信息显示响应时间事件信息（如日志、报警等）在事件产生后2秒钟内显示完成。3.3.3负荷率系统的服务器、控制站、操作员站等主设备在设计中充分考虑了负荷的均衡，避免出现负荷尖峰的情况，系统满足需求规定的负荷准则为：一般工况下CPU平均负荷率 £ 40%繁忙工况下CPU平均负荷率 £ 70%通讯高峰（繁忙工况）网络负荷率 £33%繁忙工况一般指雪崩工况。3.3.4 SOE分辨率事件顺序记录分辩率 SOE: 站内 1 毫秒 站间 2

16、毫秒。即对于同一个采集站内的点，按1毫秒以上时间间隔产生变位时，记录的时间顺序不应有颠倒情况；对于不同的采集站的点，按2毫秒以上时间间隔产生变位时，记录的时间顺序不应有颠倒情况。3.3.5 模拟量处理能力模拟量(包括外部模拟量和内部模拟量)总处理能力大于300点/秒。3.3.6 开关量处理能力系统能够在瞬间接受并处理大量开关信号的状态变化（繁忙工况），包括报警、日志记录和历史状态的记录。处理能力为：0.0秒0.5秒400点0.5秒1.0秒150点1.0秒2.0秒100点2.0秒12.0秒50点/秒12.0秒60.0秒20点/秒60.0秒120.0秒5点/秒4 IA Series系统及HOLLi

17、AS-MACS系统应用比较华能巢湖电厂一期2×600MW机组DCS、DEH均采用美国FOXBORO公司推出的基于 Windows NT 平台的IA Series系统。创元电厂2×330MW机组DCS、除灰、脱硫、输煤均采用杭州和利时的第四代DCS系统HOLLiASMACSV系统。DEH采用美国FOXBORO公司基于 Sun SPARC 工作站的 50 系列产品。实际应用中发现两种系统各有长短：IA Series系统的模块等硬件相对来说可靠性高，不易损坏，而MACSV系统模块容易损坏，机组从调试到投产一年多以来就更换了多块卡件。MACSV系统机柜接线端子分布紧凑，不便于日常维护的查线、更换端子等工作。MACSV系统主控单元具有掉电保护功能，机柜失电后控制器算法组态不会丢失，而IA Serie系统没有掉电保护功能，如果机柜失电CP内程序会丢失，需要重新下装。MACSV控制器算