数据采集系统DAS.doc

数据采集系统DAS采用计算机系统对大容量单元机组进行数据采集处理，开环监视，是确保机组安全、经济运行的有效措施。早在20世纪70年代中期，我国就在国产300MW燃油机组上进行过计算机数据采集功能的开发探讨，并且用国产的DJS-131小型计算机实现了对国产300MW机组的开环监视，取得了宝贵的经验。到了20世纪80年代中期，引进的分散控制系统在国产300MW机组上试点成功，极大地推动了我国大型火力发电机组的自动化进程。300MW以上的火力发电机组上的数据采集功能作为热工自动化控制技术的基本功能，经过长时间的应用实践，已经比较完善和成熟，为发电机组的安全经济运行发挥了积极作用。91数据采集系统的基本功能目前，我国300MW及以上发电机组上运行的数据采集系统有国产的，也有进口的，有小型计算机构成的，也有分散控制系统组成的。其基本功能主要有数据采集与处理、显示、记录、机组性能计算和操作指导等。 (1)数据采集。输入信号的扫描。计算机按预定的采样顺序，对反映生产过程信息的模拟量、开关量、脉冲量等输入信号进行巡回检测。 (2)数据处理。对输入信号的数据处理，主要包括：输入信号的线性化处理(如热电势、热电阻、流量等)，输入信号的正确性判断(如极值、变化率、相关比较等)，工程量变换、数字滤波等；通过对一次参数的计算，得出二次参数值(如差值、均值、累计、端差、过热度、热耗、汽耗、热效率等)。 (3)显示。计算机利用数字显示装置和CRT，对各类运行参数和开关状态进行显示，这些被显示的量可以是单个或成组参数、相关参数、报警参数、开关变量等。显示方式可采用数值、曲线、各种模拟图、棒形图等形式。 (4)记录。对运行参数、开关变量状态及数据处理的结果进行打印记录，包括定时及人工召唤制表、CRT画面硬拷贝、事故追忆记录、掉闸顺序记录等。 (5)机组性能计算和操作指导。性能计算包括锅炉效率、汽轮机效率、发电汽耗率、发电标准煤耗率、厂用电率等。这些经济性能指标应及时计算，并以明显方式(打印)及时告知运行人员，以指导机组运行操作，保持机组经济运行状态。911数据采集数据采集就是实时采集发电机组在运行过程中的各种运行参数及状态，经过计算机处理，转换成相应的工程量或状态值，通过CRT显示器、打印机或报警装置等提供给运行值班人员作为监视和操作的依据。 发电机组的现场信号有温度、压力、流量、液位、开关等。对数据采集而言，通常把这些信号分为模拟量信号和开关量信号。数据采集系统不直接驱动现场执行器动作，即不直接控制生产过程，数据采集中涉及的模拟量输出信号通常只能作为二次参数记录用，涉及的开关量输出信号通常用来点亮某些专用指示灯。 一、信号的采集和输出(1)模拟量信号的采集。计算机对模拟量信号的采集是周期性进行的，即每隔一定时间，计算机对现场信号采集一遍，即巡回检测。 对不同的现场信号，采集周期是不同的。变化过程快或重要的信号，如主蒸汽压力等，采集周期就快，一般为1s；有的小型机由于速度不够，也有用2s作为这类现场信号的采集周期的；对变化过程慢或对监视来讲不很重要的信号，如循环水进水温度等，采集周期就长一些，一般把这类信号的采集周期分为5、10、30s，甚至还有1min的。 确定模拟量输人采集周期除了根据现场信号的变化快慢和重要性外，采集系统本身的性能和采集信号的多少也是重要因素。由小型机构成的DAS，由于受计算机性能的限制，通常采集不超过512点模拟量信号，而且把这些信号分成不同的采集周期。由分散控制系统构成的DAS，通常采集速度快、周期短。如西屋公司的WDPF、的DAS系统，对所有模拟量信号的采集周期都是ls。 (2)开关量信号的采集。计算机对开关量信号的采集方式为周期性采集和随机采集两类。 对一般的电动门、开关的普通开关量，DAS通常以1s周期进行采集；对重要辅机、热工联锁、保护等动作时，计算机立即响应并进行采集处理，即随机采集。 DAS把采集到的开关量状态存放在数据库，并进行报警检查。如热工保护动作，即开关量状态值翻变(由0变1或由1变0)，DAS立即把该设备的报警标志送进数据库中，供报警打印、显示用。 (3)模拟量和开关量的输出。在DAS中，模拟量输出仅用于记录仪表的输出。例如，DAS自动选择汽机轴瓦温度最高的一点信号通过记录仪记录下来。开关量输出仅用于“点灯”，以表示某些重要报警或重要设备运行状态等。 二、巡回检测的内容 火电机组的数据采集通常都是通过巡回检测完成的。 (1)正常运行时的巡回检测。机组在正常运行工况下，计算机对描述生产过程的模拟量和开关量定期采集，并将这些参数与计算机内所存储的给定值进行比较。如果巡检到某一参数越限或设备工作不正常时，就发出报警信号，以声光、显示、打印等形式通知运行人员。 (2)异常工况下的巡回检测。当机组处于异常工况时(如机组超负荷、参数越限等)，运行设备处于不利状态，必须对机组加强监视。为此计算机对异常的参数及与此相关的参数进行不定期(或变周期)的快速巡回检测，对异常参数采用趋势报警措施，并进行记录打印，直到运行人员排除故障，生产过程恢复正常为止。 (3)启停过程的巡回检测。机组在启停过程中，大多数参数往往处于变化状态。某些监视点的参数(如汽机差胀、振动、锅炉汽压、汽温、水位等)对机组升温、升压、升速、升负荷都具有重要的意义。在启停过程中对许多辅助设备的状态监视(如水泵、风机、油泵等是否正常运行)也是很重要的。为此，在启停过程中对安全启停有重要意义的参数及设备状态，必须进行快速巡回检测。其中，模拟量信号经适当数据处理后，与存在机内的随启停工况进展而实时给出的控制限值进行比较，判断是否越限；而对开关量信号则应与上一巡测周期的相应信号进行比较，判断设备是否误动作或确定操作成功与否。 (4)事故工况下的巡回检测。当机组发生事故时，为防止事故扩大并帮助运行人员进行及时、正确的处理，以及为便于事后对事故进行分析，计算机应对与事故有关的重要监控参数进行定期巡测，并将测量值存储于计算机内。当事故发生后，打印记录设备就将事故发生前及事故发生后一段时间内的参数值追忆打印出来，便于运行人员根据事故情况及时作出分析处理。 三、巡回检测的控制指标 对于单元机组安全运行的监督可分为上限监督、下限监督、上下限监督、差值监督和速度变动率监督等。上限监督如汽机转速不能超过3300rmin；下限监督如汽机真空不能低于规定值；上下限监督如锅炉的汽压、汽温不能超过或低于允许值；差值监督如加热器端差、烟道左右烟温偏差等；速率监督如汽机升速率、升负荷率、升温率等。912数据处理 大型机组的检测点达几千个，不同类型的参数由巡回检测装置采集到计算机后，必须经过一定的加工处理，才能提交显示、打印等使用。首先必须判断参数的可信度。只有确认了所采集的参数是正确可信的，计算机才进行下一步工作。其次，被采集的参数有着不同的数值量纲(单位)，当输入计算机时均采用统一的标准电压信号，再经模拟量输人通道(AD转换)变为二进制数码。怎样使经计算机采集并处理后所显示的数据能还原为与现场实际参数具有相同的数值与量纲的形式呢?这就要靠标度转换来实现另外对于一些测量元件，如热电偶、热电阻等，具有非线性特性，在使用时必须进行非线性修正。有些参数(如流量、水位等)则必须进行参数补偿修正。而对一些波动剧烈的参数则要进行平滑处理。 一、一次参数的正确性判断 采用计算机巡回检测首先必须判断采集的参数是否正确可信。若计算机判定某输入信号有误，即自行剔除不予输入；当两次判断该输入信号均有错误时，应予以报警；对具有上下限值的参数必须在判断正确性后，再进行上下限比较。 检查一次参数是否正确可信的方法有以下几种。 (1)相关参数校核。机组的各参数之间有程度不同的相关性，如发电机周波与汽机转速；汽机真空与排汽温度；汽机监视段压力与发电机功率等，利用这些相关量互相校核。 (2)重复性校核。对于一些重要参数，为了确保其输入信号的正确性，可在同一测点安装三套同样的测量装置，采用三取二信号。例如汽包水位等。 (3)两次采样比较校核。由于机组的热工参数具有热惯性，同一参数在前后两次巡测周期中，采样信号的变化不可能很大，如采样得到的参数差值超过可能允许的变化值，则可认为该点测得的参数值不可信。 一次参数的正确性判断方法很多，这里不一一列举。 二、参数的精确性处理 (1)热电偶的冷端温度补偿。热电偶冷端温度补偿的方法有：冷端补偿器、冷端恒温器、采用嵌装热电偶及计算机补偿等。所谓计算机补偿是指对于成组的热电偶，把它们的冷端接至同一公用端子箱内，而冷端温度由一个专用的冷端补偿用热电偶测量，其信号送入计算机，计算机根据测得的冷端温度对这组热电偶进行数字补偿。 (2)热电偶的非线性修正。热电偶的毫伏一温度特性是非线性的，可采用分段线性逼近的方法作数学处理。对于铜热电阻，其电阻与温度的关系基本上是线性的，只要适当选择桥路参数，便可使非线性误差小于允许范围。对铂热电阻，电阻值与温度的关系是非线性的，计算机根据其非线性关系式进行数字处理。 (3)随机误差校正。当计算机进行离散测量时，由于各种原因，可能存在随机误差，可利用计算机的快速采样和运算能力对同一参数连续多次采样，然后进行平滑处理，如取算术平均值、均方根值、取中位值、几何平均值等，以提高离散测量的精度。 (4)参数补偿修正。在流量、汽包水位的测量中，当被测介质的温度、压力与设计值不符时，会产生测量误差。为此应按照被测介质的实际温度、压力参数对采集到的流量、水位信号进行修正。 (5)测量系统误差修正。计算机的信号输入过程，是由许多环节组成的，从一次元件经变送器、放大器至模数转换器输入计算机。其中每一环节都可能存在误差，这一系列误差形成了系统误差。必要时可通过试验得到校正曲线，在计算过程中予以补偿。 (6)平滑处理(数字滤波)。热工参数一般变化较慢、频率低，但其测量信号中常常混入频率较高的干扰成分。计算机可按数字滤波公式对测量信号进行数字滤波，去掉其中的高频干扰成分。 三、标度变换 标度变换就是将经计算机处理后的数码转换成运行人员所熟悉的参数指示值。计算机通过每个参数的标度变换公式计算完成该参数的标度变换，参数经标度变换后可进行上下限比较、越限报警、显示、打印等。 四、更新数据库 每个信号的名称、是否报警的标志、报警上下限值、报警状态、当前运行值、信号质量等都存放在数据库中。更新数据库，是指更新数据库中现场信号的当前运行值、报警状态、信号质量等。对现场信号采集后，经过正确性判断、精确性处理、标度变换等一系列处理后，就更新数据库。913显示显示是运行人员监视发电机组运行情况的最主要手段，也是DAS用于发电机组安全监视的主要功能。 屏幕显示系统是计算机的一种外部设备，它能将计算机的输出信息用图形或字符(文字和数字)的方式在CRT或LCD屏幕上显示出来，使输出的信息直观又形象，同时又有效地压缩了运行操作台的尺寸。屏幕显示系统带有专门的键盘，可作为人机联系的工具。运行人员可以借助键盘选择所需要的显示内容，并对其进行增加、删除或修改。 DAS的显示功能主要有：系统模拟图显示、系统参数显示、报警显示、趋势曲线显示、设备状态量显示、历史数据显示和其他一些显示。 所有这些功能在屏幕上显示时都分为背景和前景两部分。背景是显示画面上不变的部分，如炉膛的形状、各种管道等，有时称其为画面的底图；前景是画面上周期性变化的部分，如模拟量参数值的变化，阀门图形颜色变化表示其状态的变化，这种周期性变化称为“更新”。屏幕显示的前景部分是周期性更新的，更新周期通常为1s，更新的内容都取自DAS的数据库；屏幕显示的背景(底图)只有在显示另一幅画面时才被更新。 屏幕上显示的所有画面的左上角或右上角一般都有日期或时钟显示，让人们知道DAS本身在正常地运行。 一、系统模拟图显示 系统模拟图有发电机组总系统画面；有发电机组各局部系统的画面，如汽水系统、给水系统、风烟系统、制粉系统、加热器系统、发电机主接线系统等；还有更局部更细的系统图。这样的系统模拟图，往往有3040幅。 系统模拟图简洁形象地展示出发电机组的局部系统，系统中各类设备的状态、阀门或挡板的位置状态以及相应点的主要实时参数都显示在图上的相应的部位。模拟图的显示使运行人员能对机组各部分的运行情况得到全面的了解和监视。 一幅系统模拟图在显示的过程中，底图是不变的，而现场信号的数值或状态是及时变化的，数值或状态的显示还配以颜色的变化。 如果某个现场模拟信号报警了，系统模拟图上显示的该测点的实际运行数值则变为红色；如果现场信号不报警或恢复正常，实际运行数值用绿色显示；如果现场信号质量坏，显示的数值变为白色，并且闪烁。 对电动机、电动隔绝门、风门挡板等开关量，系统图上显示出表示这些设备的相应的图形符号。它们在运行过程中的状态是用颜色表示的。如电动机的图形符号为红色表示投运、绿色表示停运。有些电动门有开、关、中间(即已开，但未开足)，系统图上显示状态时，用红色表示开，绿色表示关，黄色表示中问，白色表示计算机信号出错。 这样的系统模拟图可醒目地显示出：是否有模拟参数报警，是什么参数报警，现场开关量设备运行状态是否正常等。 系统模拟图上显示的模拟量参数的颜色，开关量设备状态对应的颜色，在不同的DAS中可能有些差别。 二、系统参数显示 系统参数是指接人DAS的现场模拟量参数和开关量参数。在DAS中，可以单独选择某点参数显示，即单点显示，同时也可以选择一组参数同时显示，即成组显示。 (一)单点显示 单点显示可以显示出一个现场参数的运行值或运行状态，还可以显示出它在数据库中有关的情况，如是否报警、报警的上下限限值、报警优先级、数据转换类型、单位等。单点显示既供运行值班人员使用，也供维护DAS数据库的工作人员使用。 (二)成组显示 按参数的相关性，把现场参数分成很多组。选择其中一组显示时，组内参数按统一规定的格式在屏幕上显示出来。一组参数通常有1624点。显示格式有如下两种。 (1)屏幕上每行显示一个模拟量参数或开关量参数。模拟量参数显示出名称、实际运行数值、单位等。实际运行数值的显示还有颜色变化：红色表示报警；绿色表示不报警；白色闪烁表示该参数质量坏。开关量参数显示出名称、实际运行状态等。实际运行状态用开或关、合闸或分闸等表示。 (2)屏幕分为两列，无论是左边还是右边一列，每行显示一个模拟量或开关量参数。 成组显示也叫相关画面显示。在同一个DAS中，每组相关画面的格式是统一的。 成组显示的组数多则近百组，少则3040幅。 三、报警显示 DAS的报警显示方式有报警一览显示、报警历史显示、按优先级报警显示、按系统报警显示等。 在显示屏上，每行显示一个现场参数的报警内容包括该参数的名称、报警时刻、报警发生时的运行值或状态，若是模拟量参数，还显示报警限值、单位名称等。在有的DAS中，报警显示按现场参数的报警优先级，显示不同的颜色。如WDPF的DAS中，把现场参数的报警优先级分为四级，每级配一种颜色。若报警优先级最高的一个现场参数报警，整行内容全部用红色显示，若报警优先级最低的现场参数报警，则整行内容全部用白色显示等。 (1)报警一览显示。它显示出当前处于报警状态的所有参数。如果一幅画面显示不下，可以通过操作键盘上的“翻页”键翻看下面的报警内容。如果原先报警的参数恢复了正常，报警一览中自动消失该参数的报警显示。 (2)报警历史显示。报警历史显示与报警一览相似，但报警显示的内容不一样。报警一览显示的是当前仍处于报警状态的参数，而报警历史显示的是过去曾经报警过的参数，而且当报警参数恢复正常时，报警历史也显示一行。所以在报警历史显示中，常看到某个参数多次报警，多次恢复的情况。报警历史保存的内容往往多达300行。如果报警超过最大允许行数，就把最早的历史报警覆盖掉。 (3)按报警优先级显示。现场参数的报警优先级是按参数的重要性事先确定的。重要参数的优先级高，次要参数的优先级低。在DAS运行中，运行值班员可以设置允许报警显示的优先级，使报警优先级高于设定优先级的参数报警可以在屏幕上显示，报警优先级低于设定优先级的参数报警不能在屏幕上作报警显示。如果现场报警较多，可以通过设置允许报警优先级，以保证运行值班员更好地监视重要参数的报警。设置允许报警优先级仅仅使次要参数报警时不进行报警显示，而系统模拟图显示和系统参数显示中，仍能以颜色表示一个参数是否处于报警状态中，与报警优先级无关。 (4)按系统报警显示。为了便于监视和操作，一台发电机组的DAS可以根据操作员岗位设置和显示屏的多少分工监视画面，将报警显示功能按系统划分。如把现场参数分为机、炉两大系统，可以在大系统中再划分小系统。每一个现场参数用8位英文字母表示它属于哪个系统。这8位英文字母叫做该参数的系统归属字(或系统过滤字)。在DAS运行过程中，运行值班员可以在自己的操作员台上设置允许在本机屏幕上报警显示的系统归属字。如设置允许报警显示归属字为T，则现场参数中凡是系统归属字第一个字母为T的参数都可以在该屏幕进行报警显示。 四、趋势曲线显示 趋势曲线显示是DAS显示功能的主要内容之一。在屏幕上用曲线方式显示模拟量参数的变化比数字显示更直观。如机组启动过程中的升温、升压、升速、升负荷曲线可在屏幕上用不同颜色的连续曲线显示出来，使运行人员一目了然。趋势曲线显示画面上，一般允许8条曲线(代表8个现场参数)同时显示，用8种不同的颜色以示区分。还有两条坐标线：横向表示时间，纵向表示数值。现场参数的名称和显示量程也显示在曲线旁边。 (1)时间坐标。曲线是由点组成的，点由两个坐标确定。时间坐标表示横向最多允许显示多少坐标点，还表示两点之间的实际时间间隔。例如：WDPF的DAS趋势曲线显示规定时间坐标为60个坐标点(相当于60个刻度)，若进行10min趋势曲线显示，则曲线上相邻两点之间的时间间隔为10s，若进行60min趋势曲线显示，则曲线上相邻两点之间的时间间隔为lmin。 (2)数值坐标。数值坐标表示纵向最多允许显示多少坐标点，还表示两坐标点之间的实际数值。例如，数值坐标规定为50个坐标点，量程为0500的现场参数进行曲线显示时，纵向两个相邻坐标点之间表示10；量程为520570的现场参数进行曲线显示时，纵向两个相邻坐标点之间表示1。在进行趋势曲线显示时，可以对8个现场参数分别设置各自的量程，使趋势曲线的变化更清晰。 进行10min趋势曲线显示而且已经显示了10min，即现场参数的曲线已横跨整个时间坐标。若继续进行趋势曲线显示，则曲线上最老的点去掉，曲线上其他点都后退一个坐标点。当前数值显示在曲线的最前面。所以，进行10min趋势曲线显示超过10min后，屏幕上始终保持最新的10min的趋势曲线。60min趋势曲线显示亦然。 在趋势曲线显示过程中，如果现场参数的实际运行值超出了设置的量程，则以设置的上限量程(或下限量程)当作该参数的值。 五、历史数据显示 历史数据显示在事故分析中非常有用。历史数据显示也是进行趋势曲线显示，即显示指定时间内现场参数的变化过程。这个“指定时间”是指已经过去的某段时间。例如，WDPF、的DAS历史数据显示可以同时指定8个现场参数，可以设置从某一时刻天、时、分、秒开始，可以选择显示1min，或10min、1h、10h、24h作为显示的时间范围。还可以使趋势曲线前移或后移等。 除了上述显示功能外，还有窗口显示、菜单显示等。 (1)窗口显示。窗口显示功能能在当前显示的画面上开辟一个局部的图形显示区域。这种局部的图形显示，即窗口显示，它不破坏当前显示着的主画面。例如，屏幕正在显示给水系统的画面，运行值班人员还可以在当前显示的这幅画面上再加上一个窗口显示，如这个窗口中显示出给水流量、功率等参数的趋势曲线等。窗口显示的局部区域的位置可以通过运行操作键盘在屏幕上移动。显示的窗口移动后，或窗口显示撤消后，主画面上被窗口覆盖的内容自动地恢复显示。 (2)菜单显示。DAS往往有较多的菜单显示。如：系统模拟图菜单，它显示出DAS中全部系统模拟图的名称等；成组显示菜单，它显示出DAS中全部成组画面的名称；还有操作提示菜单，像如何进行历史数据检索的操作提示菜单等。914记录 记录提供事后对安全经济运行进行分析的依据，是DAS用于发电机组安全经济运行的重要功能。DAS的主要记录功能有：跳闸打印记录、事件顺序记录、报警打印记录、硬拷贝打印记录、历史数据记录和历史数据的检索打印等。 DAS的记录有两种。用打字机打印记录，如定期打印记录等；用外存储器(磁盘或磁带)保存，如历史数据记录。 一、定期打印记录 定期打印记录即周期性打印记录。在发电机组正常工况下，用于定时制表、运行交接班制表打印；在启停工况下，可以人工指定某些现场测点，指定时间间隔进行周期性打印记录。 定时制表的作用与运行值班员的抄表记录基本相同。每逢正点时刻，DAS按事先规定的格式进行正点制表打印。人工抄表记录的是抄表时眼睛看到的现场测点值，DAS定时制表虽然也是正点打印，但打印的是现场测点在一个小时内的平均运行值。 运行交接班制表打印是运行交接班时打印出来的有关统计值。这些统计值可以事先指定，如现场测点的班平均运行值、现场测点的班最大运行值及到达最大运行值的时刻、现场测点的班最小运行值及到达最小运行值的时刻、有关现场测点的班累计值，还有性能计算的班运行结果。 另外，还有月平均、月累计打印记录。定时打印记录的格式在不同的DAS中，随设计者的想法、现场的意见不同而不同，选择哪些现场测点进行定期打印记录也有些差别。 二、跳闸打印记录 发电生产过程中，部分重要设备或保护动作，称为“跳闸”，如锅炉跳闸、汽机跳闸、发电机跳闸、给水泵跳闸等。跳闸发生后，DAS进行跳闸打印记录。 一个跳闸记录，包括跳闸记录的名称、跳闸动作的名称、与这个跳闸动作有关的现场测点的名称和这些现场测点的时间间隔，另外，还包括这些现场测点在跳闸前、后记录多少时间或记录多少次数据。 一个跳闸记录一般只包含一个跳闸动作，也有包含两个甚至多个跳闸动作的。对有多个跳闸动作的跳闸记录，只要其中一个跳闸动作发生，就触发这个跳闸记录进行打印。例如：某DAS中，一个跳闸记录最多允许12个跳闸动作；最多允许12个相关的现场测点；记录测点的时间间隔为10s；跳闸动作发生前、后每个测点允许记录60次现场经过值。跳闸前、后记录次数可事先设定，但两者之和不超过60次。 在DAS运行过程中，按各个跳闸记录中规定的现场测点名、记录周期。一旦发生跳闸动作，DAS按规定记录周期、跳闸后记录次数(或时间)进行记录。记录完毕立即打印出这个跳闸记录的全部内容。 打印出来的跳闸记录内容包括：跳闸记录名称、跳闸动作名称、动作发生的时刻和状态、相关测点的经过值(时刻、数值、单位等)。 有些DAS中有事故追忆打印。当发电机组发生事故后自动地打印出事故源和事故分析用的重要现场测点在事故前后的变化经过。 三、事件顺序记录SOE(Sequence Of Event) 发电生产过程中，重要设备保护动作在DAS中，也称作“事件”。当“事件”发生时，立即打印出该“事件”的名称、动作时刻、状态。其中动作时刻为时、分、秒、毫秒。 多个“事件”，按“事件”顺序依次打印记录。事件先后的分辨率一般要求小于2ms。事件顺序记录用来记录重要设备保护动作的先后次序，为事故分析提供依据。 四、报警打印记录 当现场测点报警或DAS设备报警时，除了进行报警显示外，自动地进行报警打印记录。每个报警项目，包括报警时刻、报警名称、数值或状态等。原先报警的测点恢复正常时，也打印记录。如果DAS中采用彩色报警打印机，报警打印时按报警优先级以不同的颜色打印。报警优先级与颜色的配用和报警一览显示中的颜色配用相一致。 五、硬拷贝记录 硬拷贝记录是把屏幕上显示的画面内容以拷贝形式在一台彩色打印机上打印出来，拷贝打印通常与报警打印合用一台打印机，和报警打印相比，拷贝打印的级别低，如果没有报警打印发生时，DAS才进行硬拷贝打印。 拷贝打印时，把屏幕显示的画面内容储存到打印缓冲区中。在储存过程中，屏幕显示内容停止变化，储存结束后，屏幕立即可以更新显示，打印机从打印缓冲区自动取信息打印。 拷贝打印用来拷贝DAS中的各种画面，必要时用来打印记录当时运行中实际显示的内容。 六、历史数据存储和检索打印 历史数据存储和检索是DAS功能的主要组成部分之一。它是事故分析时非常有用的辅助手段。在发电机组运行过程中，DAS对指定的现场测点、以指定的时间间隔收集保存运行值或运行状态。DAS也提供了对保存的历史数据进行检索的手段，还可以把保存的历史数据转存到磁带、光盘上长期保存备查。 (1)历史数据存储。对事先指定的现场测点(模拟量点、开关量点)，DAS以事先规定的时间间隔周期性地收集、存储。有的DAS中的历史数据存储还规定模拟量点的“死区”，在这样的系统中，只是周期性地收集数据，不一定存储，只是当模拟量点的数值变化超出规定的“死区”范围或报警、人工强制数值时才存储起来。历史数据通常存储在硬盘中，然后由人工操作转存到磁带或光盘上，长期保存。 (2)历史数据检索打印。人工操作检索到的历史数据，可以以曲线形式显示在电脑屏幕上，再通过拷贝打印出检索到的历史曲线。也可以把检索到的数据直接以表格形式打印下来。曲线显示检索到的历史数据，通常每次只能检索显示48个参数，表格式打印历史数据一次可以指定12个参数。915发电机组性能计算 发电机组运行工况的性能计算，是为指导安全经济运行和管理的需要而进行的。对运行机组的经济指标计算，可以为调整机组的运行工况、提高机组效率、合理选择燃烧工况及辅机、辅助设备的运行调度等提供依据。 对于不同机组、不同的运行方式，性能计算的具体内容及计算周期有所不同。计算周期有下列几种形式： 每小时计算如主蒸汽流量、再热蒸汽流量、汽机热耗等，这类指标对实时指导运行是很重要的； 每值(班)计算(8h计算)如厂用电率、补给水率、机组热效率等； 每日计算(24h计算)这类指标往往作为日经济指标的监督及历史资料，以总结提高运行水平，如每日最大负荷发电小时利用率、日平均厂用电率、补给水率等。 性能计算还包括锅炉效率、汽轮机效率、机组的发电效率、8h和24h的平均效率、8h和24h的给煤量等。这些经济性能指标应及时计算，并以明显方式(打印)及时告知运行人员，以指导机组运行操作，保持机组经济运行状态。92数据采集基本原理数据采集是指将能反映生产过程工况的一次参数采集进来，转换成数字量以后，再由计算机进行相应的存储、处理、显示、报警、记录的过程。相应的系统称为数据采集系统。数据采集系统性能的好坏，主要取决于它的精度和速度。在保证精度的条件下，应采用尽可能高的采样速度，以满足实时采集、实时处理和实时控制的要求。 数据采集系统主要由硬件和软件两部分组成。从硬件方面看，目前数据采集系统的结构形式主要有两种：一种是微机型数据采集系统；另一种是集散型数据采集系统。 微型计算机数据采集系统的结构如图91所示。它由传感器、模拟多路开关、程控放大器、采样保持器、AD转换器、计算机及外设等部分组成。 一、微型计算机数据采集系统的特点 (1)系统结构简单，容易实现，能够满足中、小规模数据采集的要求。 (2)对环境的要求不是很高，能够在比较恶劣的环境下工作。 (3)微型计算机价格低廉，可降低数据采集系统的投资。 (4)微型计算机数据采集系统可作为集散型数据采集系统的一个基本组成部分。 (5)微型计算机的各种IO模板及软件都比较齐全，很容易构成系统，便于使用和维护。 集散型数据采集系统的结构如图92所示。它是计算机网络技术的产物，由若干个“数据采集站”和一台上位机及通信线路组成。 数据采集站一般是由单片机数据采集装置组成，位于生产设备附近，可独立完成数据采集和预处理任务，还可以将数据以信号的形式传送给上位机。 上位机一般是当前的主流机，配置有打印机和绘图机。上位机用来将各个数据采集站传送来的数据，集中显示在显示器上或用打印机打印成各种报表，或以文件形式存储在磁盘上。此外，还可以将系统的控制参数发给各个数据采集站，以调整其工作状态。 数据采集站与上位机之间通常采用异步串行传送数据。数据通信通常采用主从方式，由上位机确定与哪一个数据采集站进行数据传送。 二、集散型数据采集系统的主要特点 (1)系统的适应能力强。无论是大规模系统，还是中小规模的系统，集散型系统都能适应，因为可以通过选用适当数量的数据采集站来构成相应规模的系统。 (2)系统的可靠性高。由于采用了多个以单片机为核心的数据采集站，若某个数据采集站出现故障，只会影响某项数据的采集，而不会对系统的其他部分造成任何影响。 (3)系统的实时响应好。由于系统中各个数据采集站之间是真正“并行”工作的，所以系统的实时响应性较好。这一点对于大型、高速、动态数据采集系统来说，是一个很突出的优点。 (4)对系统的硬件要求不高。由于集散型系统采用了多机并行处理方式，所以每一个单片机仅完成数量有限的数据采集和处理任务。因此，它对硬件要求不高，可以用低档的硬件组成高性能的系统，这是微机型数据采集系统方案所不能比的。 另外，这种数据采集系统是用数字信号传输代替模拟信号传输，有利于克服干扰。因此，这种系统特别适合于在恶劣的环境下工作。 总之，微机型数据采集系统是基本型系统，由它可组成集散型数据采集系统。 来自电力生产现场的一次参数有模拟量和开关量两大类。模拟量是一种随时间连续变化的信号，它的引入和处理比较复杂，而开关量是反映一个物体的两个相反状态的跳变信号，引入和处理相对比较简单。下面予以分别介绍。92.1采集信号类型一、开关量信号 开关量信号分为普通开关量和重要开关量两种。 (1)普通开关量信号处理。普通开关量由一种比较简单的开关量信号接收卡件引入计算机。例如美国西屋电气公司的WDPF分散控制系统中，由一种叫QCI的卡件来接收开关量信号。每一块QCI卡可接收1 6个触点输入信号。功能处理机每秒至少访问一次QCI卡，并将读人的设备当前状态与上一次读入的状态信号进行比较，如果两个信号状态相等，则说明被检测设备未动作；如果两个状态不相等，则表明该设备状态发生跳变。该跳变信号可用于控制、显示或记录。 (2)事件顺序开关量信号处理。事件顺序开关量是一种重要开关量信号，常称为SOE开关量。它主要用于报道电气、热工保护动作和重要设备的跳闸报警。测量事件顺序开关量的输入卡件是一种智能型卡件，设置有微处理器和处理程序，具有高速处理机构。当输入开关量信号发生跳变时，输入卡件将对输入的多个开关量进行避抖处理，对于确认的开关量输入信号将标上动作时间。如WDPF分散控制系统的QSE卡件，每块卡件设有16个触点输入通道。板载的微处理器能以18ms的分辨率来确定触点输入状态发生跳变的先后顺序。带有时间标记的跳变开关量信号，通过系统的高速数据公路传送给记录器。记录器将对收到的来自各个分散处理单元(DPU)的多个开关量信号进行排序，并打印输出。整个系统的时间分辨率不大于15ms，这就给事故首出原因分析带来极大的便利。QSE卡的输入回路类似于QCI卡，但它的信号处理过程要复杂得多。这里不予阐述，可查阅有关资料。 二、模拟量信号 模拟量信号因测量对象不同、信号量程不同，传感元件有很多种类，如热电阻信号、热电偶信号、脉冲量信号，有电压信号，也有电流信号。针对不同传感器信号，计算机在信号引入时将采取不同的方式。主要有以下几种。 (1)热电阻信号。热电阻信号一般用在，300以下的低温场合。常用的有铜电阻和铂电阻。 热电阻测量一般都是采用不平衡电桥原理将热电阻随温度变化的阻值转换成电压(毫伏级)信号输入到计算机中加以处理。采样电阻常以三线制方式接入电桥，这样可以简化引入电缆线组的平衡要求。 (2)热电偶信号。热电偶测量元件，根据测量的温度范围和线性要求有很多种类型，常用的有铂铑10-铂、镍铬-镍硅、镍铬-康铜等。热电偶输出的信号一般是毫伏级的。DAS使用一种电压信号测量卡件将热电偶输出信号引入进来。为了提高这种小信号测量的抗干扰能力，输入卡件都采用电隔离方法，进行调制解调、自动增益校正和自动零位校正、数字滤波处理等技术手段后，再将输入信号转换成相应的数字量，然后送给计算机作进一步加工处理。 (3)变送器信号。一些热工信号，如压力、流量、水位、真空等，多采用变送器把物理信号转换成电信号。现时的国际标准，物理量的零信号到满量程信号对应的电信号为420mA。计算机采用电流信号测量卡件来接收和处理电流信号。它的处理过程和电压信号处理过程相同，仅是多一个把电流信号转换成电压信号的前置处理环节，其方法是在420mA电流回路中串人一个高精度的标准采样电阻。922模拟量数据的采集和处理 各种模拟量信号，如温度、压力、流量等，经过传感器和变送器转换成各种不同等级的电量信号。必须将它们转换成数字量，才能成为计算机可用的信息。计算机又根据预定的要求，将数字量还原成物理量信号，并进行各种加工处理，为控制、显示、报警、记录提供数据。模拟量信号的采集和处理比较复杂，其过程可分为两个阶段：一是数据采集的初步处理；二是采集数据的深加工。下面分别予以介绍。 一、数据采集初步处理 数据采集初步处理包括滤波处理、测点扫描采集、信号放大处理、模数转换(AD转换)等主要内容。 (一)现场信号接入 现场一般开关量信号大多数是由无源接点直接接入。 现场温度、压力、流量、液位等物理参数则必须由传感器、变送器等转换后接入。 传感器的作用是将被测参数，如温度、压力、流量等非电量转换成统一的电量，以便进行测量。传感器的精度直接影响整个系统的测量精度。 电力生产中的模拟量参数以温度、压力、流量居多，其中压力、流量等传感器从广义上讲已包含了传感器和变送器。它们的输出信号已统一为直流420mA标准电流信号。 这种标准化的变送器已广泛用于高可靠性的过程仪表和控制系统中。它具有以下优点：传输导线的电阻不会造成误差；在低输入阻抗情况下接人信号，抗噪声能力强；可进行二线式传递；能够检出传输线的断线；统一了信号，方便计算机对信号的处理。 常用的测温传感器是热电偶和 热电阻。热电偶属于阻抗低、信号弱(毫伏级)的传感器。其微弱的信号不便于远距离传送，但从经济的角度出发，只要较好地构成微机输入卡上的信号调整器，热电偶信号也可考虑在数百米内采用直接传送方式。图93是热电偶信号直接传送和集中补偿的示意图。其方法是用热电偶补偿导线将热电偶冷端延长至计算机输入端，然后取计算机输入柜的平均温度用软件集中补偿。这种接线方式既节省了大量的信号变送器，又简化了系统的外部环节，给维护带来了方便。另外，分散控制系统在热电阻输入通道中一般都带有测量电桥，所以热电阻信号多采用四线输入(桥臂线两根，负电源线和屏蔽线各一根)。 (二)多路转换器 数据采集系统往往要对多路模拟量进行采集。在不要求高速采样的场合，一般采用公共的AD转换器，分时对各路模拟量输入信号进行模数转换。目的是简化电路，降低成本。可以用多路转换器即多路切换开关来轮流切换各路模拟量与AD转换器间的通道，使得在一个特定的时间内，只允许一路模拟量信号输入到AD转换器，从而实现分时转换的目的。 多路转换器由采样控制器，采样驱动器和模拟开关等组成。在微机系统中采样控制器的工作已由微处理器的软件代替。多路转换器中各模拟开关的“通”和“断”，是按照人们事先的安排进行的。可以是随机采样，也可以是顺序采样。处理器将通道地址和选通信号送人缓冲区，经译码和驱动后，使相应的模拟开关闭合，把该路模拟量输入信号送人AD转换器进行模数转换。 (三)采样保持器(SH) AD转换需要一定的转换时间，因此在AD转换过程中必须保持输入信号不变，以保证有较高的转换精度。采样保持器有两种工作方式，为采样方式和保持方式。在采样方式时，采样保持器的输出跟踪模拟输入电压；而在保持方式时，其输出将保持在AD转换命令发出时刻的输入值，直到该命令撤销(转为采样命令时)为止。 对采样保持器的要求是：采样时，存储电容必须尽可能快地充电，以跟随输入量的变化；保持时，存储电容的漏电流必须接近于零。 目前，采样保持器大多已集成化，有些已直接包含在AD转换器芯片中。但充电电容一般都在芯片外，供用户根据需要选用。一般来讲，采样频率越高，要求电容越小，但这样电压下降速度也快，精度就比较差；反之，如果采样频率比较低，而要求精度比较高时，则可选用较大的电容。通常在几百皮法至O01F间选用。 (四)程控放大器(可编程增益放大器) 在数据采集时，来自传感器信号一般都是比较弱的低电平信号。程控放大器的作用是将微弱的输入信号进行放大，以便充分利用AD转换器的满量程分辨率。 程控放大器的确切名称为“可编程增益放大器”(programmable gain amplifier)。它是一种通用性很强的放大器，其放大倍数可根据需要用程序进行控制，使得AD转换器满量程信号达到均一化，从而提高了测量精度。不同量程的模拟量输入信号经程控放大器放大后，在其输出端均为O5V，统一了量纲。 对程控放大器的要求是：低噪声，零点漂移小；精度高；增益切换方式灵活，切换速度快；输人阻抗高，输出阻抗低；频带宽。 一般通用数据采集系统均支持多路模拟通道，而各通道的模拟信号电压可能有较大差异。因此最好是对各通道采用不同的放大倍数进行放大，即放大器的放大倍数可以实时控制改变。程控放大器能够实现这一要求，它的放大倍数随时可以由一组数码控制，这样，在多路转换器改变其通道序号时，程控放大器也由相应的一组数码控制改变放大倍数，即为每个通道提供最合适的放大倍数。它的使用大大拓宽了数据采集系统的使用面。 (五)模数转换器(AD) 计算机只能处理数字量信息。因此，必须将模拟量输人信号转换成数字量后方可交给计算机处理。模数转换器是将模拟量信号转换成数字量信息的器件，它是计算机和输入信号间的桥梁。 AD转换器通常也是集成在一芯片上，AD转换的常用方法有：计算式AD转换；逐次逼近型；双积分型；并行比较型；“串并”行AD转换等。其中，计算式AD转换线路比较简单，但转换速度较慢；双积分型转换精度高，多用于数据采集系统精度要求高的场合；并行及“串并”行转换速度很快，且精度也满足一般要求，是目前应用较多的AD转换方式。 需要指出的是，上述几种均为较传统的AD转换方式，其电路结构复杂，不作详细介绍。这里仅介绍一种以电压-频率(V-F)转换器来实现AD转换的较为先进的AD转换方法。图94是其基本原理图。基本原理是，借助于V-F变换器将模拟量转换成具有相应频率的脉冲量，再对该脉冲量进行定时频率记数而得AD转换结果。它由V_F变换器、计数器和定时器三个基本部件组成。来自计算机的AD启动信号接在计数器和定时器的复位端(RESET)。启动AD转换的同时，将计数器和定时器复位，此时计数器开始对由V_F变换器变换来的频率信号进行计数；而定时器则按时钟频率进行计数，当预置在定时器内的测定时间到时，由定时器向计数器发出“时间到”(CO)信号，迫使计数器停止计数，并向计算机发出中断请求信号告诉计算机本次AD转换已结束，计算机响应中断请求将存人计数器输出数据口的转换结果取走。 另外，可通过改变定时器的预定时间(Ts)，可方便地改变AD转换的位数。定时器的测定时间可由式(91)求出，即 (9-1) 式中 fsV-F变换器的额定输出频率； N欲选用的AD转换位数(分辨率)。 设V-F变换器的输出频率范围为O10Hz，若选N=8构成8位AD转换器，则由上式可求得Ts=265ms。同理可求得N=10时，Ts=1024ms。由此可见，转换位数越高，精度越高，但转换的时间也增加了。 前面已经提到，来自现场的模拟量信号中往往伴有程度不同的共模干扰噪声，必须采取隔离措施。用V-F结构的AD转换器来实现这一要求并不困难。只需加一个光电耦合器和直流隔离电源便可有效地将模拟电路与数字电路隔离开，切断了隔离电压的通路。 二、数据处理 模拟量输入信号经AD转换后变成数字量存人计算机。此数字量在进行显示、报警、记录、打印及控制计算前，还要根据需要进行一些加工处理，如有效性检验、线性化处理、数字滤波、标度变换、计算处理、限值检查等。 诸多的数据处理在常规仪表中实现时，就显得很复杂，而计算机则可通过编制软件来加以实现，使问题大为简化。与常规仪表相比，它具有以下优点：可用各种程序代替硬件电路；可以增加或改变信号处理技术，而无需对硬件做任何改动；不仅能对数据进行算术运算，而且具有逻辑判断功能。 (一)有效性检验 有效性检验的目的是判断模拟量输人数据是否有溢出或出现负值现象，以此作为判断模人部件(如：传感器、变送器等)及其传输线是否出现故障的条件。以420mA的模入信号为例，当读人数据大于20mA时，即表示有溢出；若读人数据小于4mA，表示信号出现负值。这些都说明传感器或变送器可能有问题，此时应予以报警通知维修人员进行处理。