珠江电厂全能值班培训专用系列教材－大型火电机组分散控制系统(DCS)

1、d8d599caf2a80d2e68fda75a0c31ebbe.pdf珠江电厂全能值班培训专用系列教材大型火电机组分散控制系统(dcs)珠珠江电厂目录第一章 分散控制系统dcs(distributed control system)的结构与特点1第一节 分散控制系统概述1第二节 xdps-400分散控制系统6第三节 分散控制系统的结构分析9第四节 分散控制系统的特点11第二章 数据采集与监控系统(data acquisition system)15第一节 计算机数据采集系统发展的概况15第二节 计算机数据采集系统的基本结构17第三节 计算机数据采集系统的基本功能20第四节 数据采集系统的主要

2、测点及其分布25第五节 输入数据的前置及二次计算实用方法28第六节 汽轮机监测仪表系统29第三章 单元机组协调控制系统ccs(coordinated control system)33第一节 协调控制系统的基本概念33第二节 负荷管理控制中心(lmcc)40第三节 机炉主控制器44第四节 燃烧控制系统51第五节 给水控制系统63第六节 主蒸汽温度控制系统70第七节 再热蒸汽温度控制系统76第四章 炉膛安全监控系统fsss(furnace safeguard supervisory system)81第一节 概 述81第二节 炉膛爆炸的原因及其防止83第三节 炉膛安全监控系统构成84第四节 火焰

3、检测器89第五节 典型炉膛安全监控系统公用逻辑91第六节 燃煤控制逻辑110第五章 再热汽轮机的数字电液控制系统(digital eletro-hydraulic control system)117第一节 数字电液（deh）在再热汽轮机中的应用117第二节 deh系统的基本功能123第三节 deh 系 统 的 转 速 控 制127第三节 deh的负荷控制132第四节 汽轮机自启停144第五节 机组的自动保护144第六节 deh的阀门试验和阀门校验144157d8d599caf2a80d2e68fda75a0c31ebbe.pdf第一章 分散控制系统dcs(distributed contro

4、l system)的结构与特点第一节 分散控制系统概述 一、分散控制系统的名称 “分散控制系统”一词，是人们根据外国公司的产品名称意译而得的。由于产品生产厂家众多，系统设计不尽相同，功能和特点各具千秋，所以，对产品的命名也各显特色。国内在翻译时，也有不同的称呼，最常见的有： 分散控制系统(distributed control system，简称dcs)； 集散控制系统(total distributed control system，简称tdcs或tdc)； 分布式计算机控制系统(distributed computer control system，简称dccs)。 名称的不同只是命名意图

5、和翻译上的差异，其系统本质基本相同，内在含义是一致的。我国电力行业习惯称其为分散控制系统。 二、分散控制系统的含义 分散控制系统的含义着重体现在“分散”上，而“分散”的含义有两个方面：一是强调各种被控的生产设备的地理位置是分散的，系统相应的控制设备也在地理位置上分散布置；二是指控制系统所具有的功能是分散的，即计算机控制系统的数据采集、过程控制、运行显示、监控操作等按功能进行分散，这种功能上的分散同时意味着整个系统的危险性分散。功能分散是分散控制系统的主要内涵。在功能分散的基础上，分散控制系统又可将运行的操作与显示集中起来，即操作管理集中，所以它又称为集散控制系统。 分散控制系统至今尚无十分确切

6、的定义。概括的说，分散控制系统是一个多重物理资源和逻辑资源(多计算机或处理单元、多数据源、多指令源和程序)分布，采用某种互连网络或通信网络进行资源互连，具有高度的局部资源自治能力、资源间的相互配合能力和资源的整体协调与控制能力，可实现分布资源的动态管理和分配、分布程序的并行运行、功能分散的计算机网络控制系统。 三、分散控制系统的产生 分散控制系统是在现代大型工业生产复杂的过程控制需求推动下，在总结和吸取常规模拟仪表控制和早期计算机控制的优点基础上，综合应用现代科技成果而发展形成的。 70年代初期，微电子技术的重大突破，大规模集成电路的发展，微型计算机和微处理器的涌现，为数字控制提供了体积小、功

7、能强、可靠性高、价格低廉的各类半导体芯片和计算机系统，为发展分散控制系统奠定了坚实的物质基础。另外，crt显示技术和数字通信技术的进一步发展，也为分散控制系统的研究提供了更加完备的条件。在控制论、信息论、系统工程等理论的指导下，以综合自动化为目标，按照分解自治和综合协调的设计原则，经过数年努力，美国霍尼威尔(honeywell)公司于1975年率先研制出世界上第一套计算机分散控制系统tdc2000。相继，各种分散控料系统如雨后春笋不断涌现。 分散控制系统的产生，可谓是“4c技术(即计算机computer、控制control、通信communication，以及阴极射线管cathoderay t

8、ube显示器等技术)的结晶，是多门类学科互相渗透、互相促进、综合发展的产物，是第三次工业革命(即计算机发展)的又一成果。 四、分散控制系统的发展 自1975年美国(honeywell)公司的tdc2000问世以来，分散控制系统以惊人的速度向着纵深发展，其发展过程大致分为三个阶段。 1第一阶段(70年代中期)这是分散控制系统的初创阶段。这一时期的典型产品除美国honeywell公司的tdc-2000外，还有美国foxboro公司的spectrum系统，bailey公司的network-90系统，taylor公司的mod系统，德国siemens公司的teleperm-m系统，日本北辰公司的900t

9、x系统，横河公司的centum系统，日立公司的unitrolb2系统，东芝公司的tosdic系统，英国kent公司的p4000系统等等。这些系统一般是由五大主要部分组成，它们是：(1)具有数据处理能力的数据采集装置(或称过程接口单元)； (2)具有较强运算能力和各种控制规律，可独自完成回路控制任务、实现分散控制的现场控制站(或称过程控制单元)； (3)具有集中显示、集中操作功能的crt操作站； (4)具有专用通信协议的数据高速通路； (5)具有大规模的复杂的运算能力、多输人多输出控制功能、管理全系统所有信息和实现全系统优化的监控计算机。 这一时期的产品在技术上尚存在一定的局限性。虽然系统的控制

10、单元得到了有效的分散，但控制单元的管理、全系统的信息处理以及显示和操作管理等功能都集中于监控计算机；系统还采用8位或16位微处理器；通信所采用的是初级工业控制局部网络；系统专用的通信协议限制了其它系统的加盟；有的系统还不具备顺序控制等功能。 2第二阶段(80年代初、中期) 这是分散控制系统的成长阶段。 80年代，超大规模集成电路集成度的提高，微处理器运算能力的增强，计算机网络技术的进步以及市场需求的推进，给分散控制系统的发展带来新的生机，分散控制系统的第二代产品替代第一代产品正是这一成长阶段的具体表征。 第二代分散控制系统，有的是新设计开发的，有的是在第一代产品的基础上引进新技术、扩展新功能、

11、提高可靠性升级而成的。代表产品有：霍尼威尔(honeywell)公司的tdc-3000，泰勒(taylor)公司的mod300，日立公司的hiacs-3000，西屋(westinghouse)公司的wdpf，横河公司的yewttoria，l n公司的max-1，西门子(siemens)公司的teleperm-me等等。第二代分散控制系统一般由以下几个主要部分组成： (1)局域网络。它比一般工业控制网络的传输速率高，传输差错率低，扩展能力强，并有良好的可靠性、有效性和可恢复性，是分散控制系统各组成部分的纽带和主动脉。(2)多功能现场控制站。它是在第一代产品的基础上采用更先进的16位微处理器，更大

12、存贮容量的rom、ram或eprom芯片，充实更丰富的控制功能(顺序控制、批量控制、监督控制、数据采集与处理等)而形成的过程控制单元。(3)增强型操作站。它采用了32位微处理器，大大加强了系统集中监视操作、i艺流程显示、任意格式的报表打印、信息调度和管理等功能，为用户提供了更加完善和友好的人机界面，使得运行人员、维护人员以及工程技术人员对生产过程和系统状态的了解更为简单明确，操作更为方便。(4)主计算机(或称管理计算机)。它是用来实现高级过程控制、决策计算、优化运行、信息贮存、系统协调等综合管理核心。(5)系统管理站(或称系统管理模件)。为克服主计算机和增强型操作站的某些局限性，加强整个分散控

13、制系统的管理功能，提高管理过程的响应能力，第二代分散控制系统采用了专用的硬件模块组成了系统管理站。系统管理站包括了诸如应用单元模件、计算单元模件、历史单元模件、系统优化模件等等。(6)网间连接器(或称网关)。它是局域网络与系统子网络或其它工业网络的接口，起着通信协议翻译，通信系统转接，系统扩展的作用，加强了分散控制系统的开放程度。第二代分散控制系统的特点是：产品设计走向标准化、模块化、工作单元结构化；控制功能更加完善，用户界面更加友好；数据通信的能力大大加强并向着标准化方向发展；管理功能得到分散；可靠性进一步提高；系统的适应性及其扩充的灵活性增强。3第三阶段(80年代中、后期) 这是分散控制系

14、统的完善阶段。 随着信息采集、加工、传输和存储等信息处理技术的迅速发展，以及与之有关的通信技术、仿真技术、知识工程、人工智能及其相应的支持软件和应用软件相继成熟，促使分散控制系统的规模、控制功能和管理功能不断扩展。概括地讲这一时期分散控制系统具有以下特点：(1)为适应信息社会发展的需要，提高企业综合管理水平和整个经济效益，分散控制系统加强了信息管理功能，是能实现高一层次信息管理的系统。 (2)实现了开放式的系统通信。系统广泛采用标准通信网络协议，例如map(manufacture automationprotoc01)、ieee、ethernet和现场总线，解决了不同厂家生产的不同设备的 互连

15、问题，系统向上能与map和ethernet接口，便于与其它网络系统联系，以构成综合管理系统；向下支持现场总线，使现场控制设备之间能实现可靠的实时数据通讯。(3)32位微处理器、智能io和数字信号处理器应用于现场控制站，使分散控制系统的功能更强，速度更快，算法更丰富，更便于采用先进的控制策略。 (4)操作站功能进一步增强。引入了三维图形显示技术、多窗口显示技术、触摸屏技术、多媒体技术，使其操作更简便，响应更快捷。(5)专用集成电路和表面安装技术用于分散控制系统的硬件设计中，使板件上的元件减少，板件体积更小，可靠性更高。(6)提供了把个人计算机(pc)和可编程序控制器(plc)联人分散控制系统的硬

16、件接 口和应用软件，提高了应用系统构成的选择性和灵活性，同时为建立低成本的分散控制系统 开辟了新途径。(7)过程控制组态采用了cad方法，使其更为直观方便。(8)广泛采用实时分散数据库；引入专家系统和人工智能，实现自整定、自诊断功能等等。这一时期的代表产品有：honeywell公司的tdc3000pm，贝利(bailey)公司的infi90，福克斯波(foxboro)公司的ia series，横河公司的centumxl,西门子(siemens)公司的telepermxp，abb公司的procontrolp，德国hartman and braun公司的contronice，等等。目前，分散控制系

17、统仍在不断融合多种先进技术，使其规模、功能、可靠性、柔软性、适应性、灵活性、实时性、扩展性、经济性等不断完善和提高，促进分散控制系统向着模块化、标准化、开放化、综合化、集成化、智能化的方向高速发展。五、分散控制系统的应用分散控制系统一经问世，相继在化工、石油、冶金、电力、轻工等工业领域中得到了广泛地应用，且正在向其它领域渗透。它以良好的技术效果和经济效益，显示出强大的竞争力，被公认为当今最先进的过程控制系统。1986年以来，我国一批大型火力发电机组陆续采用了分散控制系统，例如：江苏望亭电厂和广东黄埔电厂的300mw机组采用了wdpf系统；上海石洞口电厂的300mw和600mw机组、江苏利港电厂

18、的350mw机组以及大坝电厂的300mw机组都采用了network90系统；安徽平圩电厂600mw机组采用了spectrum系统；华能福州电厂350mw机组采用了midas8000系统；湖北阳逻电厂300mw机组采用了hiacs3000系统；浙江北仑港电厂600mw机组和上海吴泾电厂300mw机组采用了mod300系统；陕西渭河电厂300mw机组采用了centum系统；深圳妈湾电厂300mw机组采用了infi90系统；沙岭子电厂300mw机组和漳泽电厂200mw机组采用了tdc3000系统；外高桥电厂300mw机组采用了max1系统。这些系统的应用，在不同程度上提高了单元火力发电机组的数据采集

19、与处理、生产过程控制、逻辑控制、监视报警、联锁保护、操作、管理的能力和水平，加速了我国火力发电生产自动化的发展。过去的十年里，我国火力发电厂应用分散控制系统处于工程试点阶段。经过多年的实践，摸索与研究，已在系统的设计、选型、安装、调试、运行、维护和管理等方面积累了不少经验，为分散控制系统的普遍推广应用打下了良好的基础。目前，国内新建的大型火力发电机组普遍采用分散控制系统，以适应我国电力工业发展的现状。如今，火力发电厂分散控制系统的设备来源主要靠国外进口，在国际市场众多的品种中，选择那些具有先进性、可靠性、适用性，具有火力发电机组控制经验和实绩，具有国内合作实体与技术支撑的分散控制系统，将有利于

20、我国电力工业自动化的健康发展。为加强行业管理，避免系统选型过于杂乱，遵照以上原则，现阶段我国电力工业推荐了八种选用产品，如表11所示，这对火力发电厂的分散控制系统应用起到十分有益的指导作用。表11： 火力发电工业推荐选用的分散控制系统系统名称厂商国内技术合作单位系统名称厂商国内技术合作单位infi-90bailey controls北京贝利控制有限公司hiacs-3000hitach(日立)北京日立华胜控制有限公司wdpf westing house新华电站控制工程有限公司teleperm-mesiemens大连中德控制系统有限公司max-1000leeds northrup上海自动仪表公司p

21、rocontrol-pabb电力部中能电力科技开发公司等i/a seriesfoxboro上海福克斯波公司contronic-ehartman braun四川仪表总厂第二节 xdps-400分散控制系统新华公司从1988年出口巴基斯坦210mw机组提供das-100计算机监控系统开始，随着计算机发展的潮流，1994年起开始将系统升级为xdps-400分散控制系统。这套系统在50mw、125mw、200mw以及300mw机组上已有上百套投入运行，与八种进口的dcs系统相比，功能相当并在控制组态界面上超过了进口dcs，硬件可靠，全汉化显示及适合国情的应用软件运行稳定。从xdps-400的总体结构及

22、应用业绩上看，xdps已开始在300mw、600mw等级大型机组上推广应用，替代进口dcs系统。一、xdps的体系结构xdps是新华分散处理系统（xinhua distributed processing system）的缩写。xdps可以构成独立控制系统、分散控制系统（dcs）、监控和数据采集系统（scada）等，它可以完成实时数据采集、过程控制、顺序控制、高级控制、报警检测、监视、操作，可以对数据进行记录、统计、显示、打印等处理，并提供组态和调试工具。xdps可广泛用于电力、冶金、化工、建材等工业过程控制，也可用于供电、水处理、油田、楼宇中的远程调度和监控。xdps的设计相当灵活，可以构成

23、小到一台计算机，大到几百台计算机的控制和信息处理系统。其典型结构如图1-1。图1-1 xdps系统结构示意图xdps由高速数据网和连接在网上的mmi（人机接口站）与dpu（分散处理单元） 三大部分组成。dpu面向被控对象，进行快速数据i/o和闭环控制计算，完成报警检测，同时接收操作指令和组态修改指令。mmi面向操作者，以流程图、棒状图、曲线、表格、按钮、对话框等方式提供数据，“解释”操作指令并送到dpu。通过mmi，操作者和工程师可对监控过程进行干预和修改，还可在网上任一台打印机上打印任何所需资料。xdps的数据记录统计功能也在mmi上完成。结构特点：u 采用现有通用硬件构成主计算机，cpu为

24、pentium以上芯片，具有高性能价格比。u 采用成熟的计算机网络通讯技术，构成高速的冗余实时数据网。u 网络上节点数1250个任意配置。采用无主无源同轴电缆或光缆联接，单个节点故障不影响系统。u 设计有分布实时数据库，对网上各节点透明。全局数据库容量达16，000点模拟量，48，000开关量。u 很高的实时性，在一秒内可更新所有全局点；在一秒内调出任何图形显示；最高50ms的控制周期。u 系统集过程控制、顺序控制、数据监视和记录分析功能于一体。u 灵活的i/o支持，除可接新华公司的i/o模块外，还可接其它常用的i/o系统和各种plc等。u 基于windows 95/windows nt 的多

25、用户汉化图形显示，分辨率可达1280x1024真彩色。u 具有直观方便的符合iec-1131-3的dpu图形组态软件。u 具有图形显示、报表、控制、记录统计的生成工具软件。u 具有在线的诊断至通道级的自诊断能力。u 具有与厂级mis或其它控制系统的接口。二、高速数据网高速数据网是xdps最重要的部分。高速数据网主要完成实时信息的共享和文件与打印的共享。实时信息是指实时点、时钟、报警信息、系统通告信息、操作指令和组态指令等。在dcs和要求较高的scada应用中，由于系统的实时性要求很高，所以xdps的高速数据网通常分为两个部分：一个为实时数据网，一个为信息数据网。实时数据网通常为冗余的总线式网络

26、，用于完成实时信息的传送。信息数据网一般用由操作系统直接支持文件与打印共享的通用网络。由于dpu没有打印和文件共享功能，因此信息只连接mmi。在小系统或低速scada应用中，实时性要求稍低，这时可采用一条网实现实时信息的传送及文件与打印共享。这也说明xdps的数据网具有适用于不同场合的能力。不管是那一种网络结构，xdps网络低层可采用802.3、802.4或802.5，高层采用tcp/ip。由于都是世界上最标准和支持最多的协议，xdps网络有很好的可靠性和扩展性；无重复器情况下两节点距离为300m，有重复器可在10km范围扩展；网上可连接64个dpu节点，250个mmi节点；系统中可定义64,

27、000个全局实时点；传输数率为10mbps或100mbps。整个xdps系统可通过路由器与高层或外部网络连接，作为其它网络的服务器。路由器起到隔离作用，使它们不会相互影响，只让必须的交换数据通过。通过这种方式，xdps高速数据网很容易连入厂级mis网。三、dpu的结构特点dpu通常由电源、两台互为备用的工业微机、i/o卡件和接线端子板组成。如图1-2示。xdps的dpu可接收两路电源，隔离后供冗余的dc/dc电源，再供给工业微机、i/o卡件以及外部的触点采样电压和变送器供电。dpu保证任一路电源或任一个dc/dc电源故障都不会影响dpu的全功能工作。工业微机采用通用的pc结构，使用intel

28、486以上cpu，内存16m以上，运行新华公司自行开发的rmx-x实时操作系统。其中模拟量最快i/o扫描周期100ms，开关量最快i/o扫描周期50ms。处于主控态的微机在一个周期内向跟踪机拷贝必要的数据，跟踪机可在一个周期内实现无扰切换。dpu 的组态数据和中间执行数据存放在电子盘上，断电后重新启动无需人工干预。xdps标准的i/o系统包括模拟量输入/输出、开关量输入/输出、测速、脉冲输入、接后备手操器的回路控制卡和专用于汽机控制的阀门控制卡件等。每种卡都带有cpu，完成a/d、d/a、故障检测、消抖动、事件顺序(soe)记录等预处理。高层的工业微机只需完成计算、双机切换和与实时数据网的接口

29、，减轻了负担。图1-2 dpu的结构特点xdps具有60多种预定义的标准算法块，包括各种pid、自整定控制模块、算术逻辑运算、手操器、开关操作器、超前滞后、数字逻辑等，还有实现soe和追忆记录的特殊算法，使soe分辨率1ms，追忆分辨率达100ms。提供c语言接口，使用户可生成自己所需的其它特殊算法功能，如状态变量和模糊算法。除了标准的i/o卡外，根据不同的应用，xdps可接不同的i/o系统。xdps通过标准总线（isa、pci）和串口（网络、rs-232、rs-485、profibus、hart等），使用不同的i/o驱动，可连接不同厂商的i/o卡件和智能仪表，而其它软硬件则无需作任何变动。因

30、此，xdps具有应用到各种控制和信息处理的场合的能力。xdps中将实现全部或部分dpu功能的计算机或软件称为虚拟dpu。这样与非标i/o接口的计算机节点是虚拟dpu。专用的与外部控制系统接口的计算机是虚拟dpu，宿主在mmi上进行计算、通讯的软件也是虚拟dpu。虚拟dpu的概念使xdps中dpu、mmi的概念清晰，接口明确，简化了设计，能适应各种控制应用场合。四、mmi结构特点mmi是xdps人机接口的途径，是收集/记录/恢复各种记录的手段。mmi可被用作工程师站（eng）、操作站（opu）、历史记录站（hsu）。所有功能又可在一个mmi上实现。mmi通常用工业pc或工作站构成，运行windo

31、ws 95或windows nt操作系统，外接任何windows所支持磁盘、crt、激光/喷墨打印机、跟踪球、专用控制键盘等。mmi提供强大的工程师工具，包括数据库生成工具，图形方式的流程图生成工具和图形方式的dpu组态调试工具，使工程师能以可视的图形干预/组态/调试控制过程。通过mmi的界面，操作员可以多窗口方式看到流程图、功能组图、棒图、各种显示方式的趋势、报警历史、报警一览等，方便地通过单点、一览、成组、分层次的自检等手段查询xdps的工作状态。通过专用键盘或流程图和功能组图中的热点，方便地干预控制过程，其快速弹出式窗口使控制更为迅捷方便。通过路由器，xdps可实现远程mmi功能，可进行

32、远程监控和调试功能。第三节 分散控制系统的结构分析 分散控制系统是一个技术先进、功能全面、应用广泛、结构复杂的现代化计算机控制系 统。不同厂商推出的不同分散控制系统产品，其系统结构各有不同。对任一分散控制系统的认识和分析，可以从不同的侧重点人手，例如： (1)从系统的物理构成角度上看，分散控制系统不外乎由硬件系统和软件系统组成。硬 件系统是躯体，它包括构成系统的所有物理元器件、应用模件、功能单元、设备和设施；软件系统是灵魂，它包括操作系统、数据库系统、功能软件、工具软件、系统管理软件、应用和开发软件等等。 (2)从系统的部件结构角度上看，分散控制系统是继模拟式组件组装仪表之后的新一代数字式仪表

33、控制系统。构成系统的基本部件，是一系列承担指定任务的数字化功能组件，其中包括微处理器为核心的控制与信息处理模件、io模件、电源模件、通信接口模件等等。分散控制系统是若干数字化功能组件按功能要求、使用需要和按一定规律进行的有机组合，并与其它相关部件(如显示器、键盘、打印机等)配合而成的新型控制系统。 (3)从系统的信息处理角度上看，分散控制系统是由一系列实现不同功能，完成不同的信息采集、信息加工、信息处理、信息管理、信息传输的站所组成。各站之间通过信息网络连接，相互进行信息的交流。信息网络上分布的各站的信息地位平等，网络上的信息大家共享。分散的具有一定自治能力的站在系统中增强了信息加工和处理速度

34、，而高速的信息传递有利于信息沟通和信息综合管理。 (4)从系统的功能角度上看，分散控制系统是一个多功能分级控制系统的结构体系，正如第一章第四节内容所述，分散控制系统按功能可以划分为经营管理、生产管理、过程管理(监督控制)、直接控制等四个层次级别。其结构如图1-3所示。图1-3 分散控制系统按功能结构图中各级的基本功能已在第一章第四节作了介绍。应该说明，现代先进的分散控制系统皆可实现上述各层的功能，但对某一具体的应用系统来说，并非全部具有上述四层功能。大多数应用系统，目前只配置和发挥到第一层和第二层中小规模上，少数应用系统使用到第三层功能，只在大规模的综合控制系统中才应用到全部四层功能。分散控制

35、系统的层次结构是其功能的垂直分解的结果，反映出系统功能的纵向分散，意味着不同层次所对应的设备有着不同的功能、不同的任务和不同的控制范围。对于每一层次，又可将其划分成若干个子集，即进行所谓的水平分解。水平分解反映了系统功能的横向分散，它意味着某一功能的实现，是由若干个功能子集和子系统自主工作、相互支持、共同完成的；分散控制系统这种金字塔式的分级递阶结构，体现了大系统理论的分解与综合的思想，将分散控制、集中管理有机地统一起来。(5)从系统的网络角度看，分散控制系统是一个分支树结构的系统。虽然不同厂家的系统网络型式有所不同，但在整体逻辑上，系统的最上层网络是分支树的主干，由此向下多分支、多层次地延伸

36、。这种系统结构与工业生产和行政管理的结构相一致。(6)从系统的设备主体角度看，分散控制系统是由过程控制设备、操作管理设备、系统通信设备三大类主要设备组成。(7)从系统的应用角度看，分散控制系统可以在众多领域构成实际应用系统，就火力发电厂自动化而言，它的应用系统可由数据采集系统(das)、模拟量控制系统(mcs)、燃烧器管理系统(bms)、顺序控制系统(scs)、汽轮发电机数字电液控制(deh)系统等局部控制系统和集中管理系统组成。无论从何角度去认识分散控制系统的结构，它所体现的都是控制分散、功能分散、负荷分散、危险分散、监视集中、操作集中、综合管理集中的思想。第四节 分散控制系统的特点由于分散

37、控制系统融合了先进的“4c技术，采用了标准化、模块化、系列化的设计和全方位(纵向、横向)分散的结构体系，它与常规的模拟控制系统和集中式计算机控制系统相比，具有自身的特点，以下从几个侧面予以说明。1控制分散、信息集中分散控制系统运用了大系统递阶控制的思想，将系统功能垂直分解和将生产过程水平分解，采用了全方位高度分散的系统结构。生产过程的控制是通过只负责少量控制回路、功能强大、具有一定自治能力、以微处理器为核心的一系列标准化模件予以实现，它既能代替常规模拟仪表完成规定的控制任务，又能实现更为高级复杂的控制规律。分散控制结构相对于集中式计算机控制，不仅提高了各功能模件的相对独立性和自主性，还能保证局

38、部故障时不危及整个系统。控制上的分散带来的危险分散、大大提高了系统的可靠性。利用系统的通信网络、存贮设备和软件系统等，可实现整个系统的监视和操作集中，以及综合信息集中。有利于全面了解和有效操纵生产过程以及系统的运行。2控制功能齐全、控制算法丰富分散控制系统充分利用和发挥了计算机的优势，可以实，现满早生产过程需求的各种控制功能。它不仅集连续控制、顺序控制和批量控制于一体，还可以通过软件的开发在原来已有的各种控制算法基础上，方便地吸纳和积累许多新颖实用的控制算法，使其不断地丰富与完善，而且可以实现串级、前馈、复合、解耦等复杂的控制方式和自适应、预报、最优、智能化等更高级更先进的控制技术。分散控制系

39、统灵活的组态功能，能使其丰富的控制功能得以充分的体现和应用，从而提高了系统的可控性。计算机所具有的强大的贮存和逻辑判断能力，使得分散控制系统可根据生产环境和条件的变化，及时作出判断，选择最为合理的控制对策，以达到理想的控制效果。这些是常规模拟调节器所不可比拟的。除上述功能之外，分散控制系统还可以实现对生产过程的各级管理。如生产过程的平衡计算与性能计算、寿命管理、经济核算、生产计划与调度等等。为实现全厂综合自动化提供了物质基础和技术条件。3人机界面友好、操作使用简便分散控制系统具有比常规模拟控制系统更先进的人机联系手段，其中最重要的一点，是采用了屏幕(如普通的crt、触摸显示器、墙挂式大屏幕)彩

40、色画面显示和便捷的操作工具(如键盘、鼠标或轨迹球、触屏)，使人机联系得到根本的改善。通过人机联系，运行人员可以随时调用所关心的显示画面，及时获取生产过程的有关信息，了解生产过程的状况。同时，也可利用操作工具向系统输入各种操作命令，干预生产过程，改变运行状况或进行事故处理。 分散控制系统运用交互图形显示和复合窗口技术，提供了各种直观实用的画面，如全貌综观、菜单引导、流程图、回路一览、历史数据、趋势曲线、实时参数、设备状态、计量图表、操作指导等等；另外，以键盘为主的操作，使许多操作过程更加方便可靠，如指令的增减、阀门的开闭和开度的改变等都可在选项的前提下统一操作。丰富的画面、集中的显示、简便的操作

41、，使得人机界面十分友好，既减轻了运行人员的工作强度，又减少了误操作的可能性。4灵活性好、适应性强分散控制系统的硬件和软件都采用标准化、模块化和开放式的设计。硬件系统采用积木组装结构，它可通过选择不同数量、不同功能或类型的插接式模件(如io模件、控制模件、通信模件、显示模件等等)组成不同规模和不同要求的硬件环境，以适应不同用户的需要。若要改变系统规模时，只需减少或增加相应的模件，而不影响系统其它硬件的功能发挥。同时，系统的应用软件也采用模块结构、用户只需借助系统的组态软件，用回答问题或填写表格等方式，可方便地将所选择的硬件与相应的软件模块联系起来，构成所需功能的控制系统，硬件和软件的模块化，便于

42、系统的组态，提高了系统配置的灵活性，有利于系统的扩展与升级，适应于各种生产过程控制和管理的应用。而且，良好的硬件特性还能提高对各种应用环境的适应能力。5实时性好、协调性强分散控制系统采用了现代通信网络和先进的微处理器，可实现各模块或工作单元间的信息高速传输、信息共享以及信息的管理，在优良的实时操作系统(如unix等)、实时时钟和中断处理系统的支持下，所有信息的采集、处理、显示以及控制都具有良好的实时性，能及时观察到生产过程的微小变化，及时对生产过程进行控制操作，由于微处理器非凡的逻辑功能和计算能力，能综合分析和协调处理各种信息，并能通过通信网络将各工作单元的工作协调起来，所以，分散控制系统既能

43、协调系统内部的工作，也能对生产过程进行协调控制，可实现系统的总体优化。6技术先进、可靠性高可靠性是分散控制系统应用成败的关键，是其生存和发展的生命，生产过程控制对控制系统的可靠性要求极高，火力发电机组的控制吏为如此。因此，各生产厂家采用了各种措施来提高产品的可靠性，这些以先进技术为基础的措施表现在以下几个方面：(1)采用功能分散的系统结构，使得危险分散，保证在局部出现故障时，系统其它部分仍正常工作而不影响全局，从而提高系统的可靠性。(2)采用先进的高质量的大规模或超大规模集成电路，在确保选用质量可靠的元器件的基础上，大幅度减少元器件数量和应用表面安装技术，提高硬件设计和制造的可靠性，最大限度的

44、降低硬件故障率。 (3)采用硬件冗余和软件容错技术，使系统的关键硬件(如通信网络、操作监视站、电源、主要模件等等)双重化配置，使系统的软件具有故障检测、诊断、处理和程序卷回、指令复执等功能。在系统出现差异时，可实现自动报警、故障部件自动隔离、热备用的冗余部件自动投入、故障部件带电插拔等在线处理，以及手动后援。(4)采用“电磁兼容性设计，即通过接地、屏蔽、隔离等技术手段，提高系统的抗干扰能力以满足系统的应用环境并留有充分的裕度，以保证系统的可靠性。7在线性好、可用性高分散控制系统除在线完成数据实时采集、分析、记录监视、操作、控制等基本任务外，还可实现许多在线功能，如性能计算、寿命计算与管理、系统

45、的组态及修改、系统内部故障诊断与维护等均可在线进行。这也是常规模拟控制系统所不及的。分散控制系统良好的在线性能和在线工作能力，大大提高了系统的可用性。8安装简单、调试方便分散控制系统大量应用积木式模件结构，并采用多芯电缆、标准化接插头、规格化端子接线板，使得仪表连线减少，安装简单，同时，由于系统组态的透明度高，可以很方便地观察和修改系统的组成和逻辑组态，发现系统组成的问题和控制质量的好环，为调试工作创造了良好的条件。据有关资料介绍，分散控制系统与常规模拟仪表控制系统相比，安装工作量减少1223，调试时间缩短12左右。第二章 数据采集与监控系统(data acquisition system)第

46、一节 计算机数据采集系统发展的概况 近年来，世界各国火力发电设备的发展方向是高参数大容量的单元式机组。机组容量越大，热力系统越复杂，需要监视的参数和操作的对象也就越多。特别是在机组的启停和事故处理过程中，机组处于不稳定的工作状态，各种参数不断迅速变化，在同一瞬间需要同时进行几个参数的监视和操作，甚至有时要求运行人员在几分钟内完成几十个操作动作，稍有贻误就容易造成重大事故。以一台300mw机组为例，它需要监视的项目在9001100点左右，如此多的数据如果用常规仪表去监视和测量，无论是在设计还是在运行上都有相当大的困难，一方面将使控制盘的尺寸大幅度增加，另一方面会给运行人员的监盘造成极大困难，劳动

47、强度大，更易造成误操作，直接威胁机组的安全运行。为了改变这一状况，在 国内外大型火力发电机组上都广泛采用计算机对生产过程进行监视和测量，该计算机系统一般称为数据采集系统(data acquisition system，简称das)，或者将其称为计算机安全监视系统、计算机信息处理系统、数据采集监视和处理系统等。 国外最早应用电子计算机对生产过程进行监视和控制是在60年代初期。在首批小型火力发电厂进行计算机监控试验获得成功后，工业发达国家陆续在火力发电厂监控方向采用了计算机，其中以美国和日本发展最快，据统计，到1968年美国在火力发电厂应用计算机已多达190台，其中70左右为纯粹的das系统，30

48、左右除das系统以外尚装有少部分的运行控制。 我国最早从60年代中期开始对计算机在电厂中的应用进行了试点，经过多年来的不断探索和提高，已成功地开发了一系列用于生产过程监视和控制的计算机系统。尤其是在“七五”期间，das系统迅速发展，“七五”期间共设计和建设了200mw机组59台、300mw机组23台、500mw机组8台，均推广应用了数据采集系统。与此同时，开始着手对某些200mw及以上的老机组进行更新改造，其中有9台机组已加装数据采集系统。“七五”期间投入的99套数据采集系统中，国产系统有78套，占总数的79，大部分均正常运行和发挥作用。近几年来，尤其是“八五”后期，成套进口机组基本上都随主机

49、进口了分散控制系统，国内设计的单机容量在300mw及以上的机组也都逐步采用引进或中外合作生产的分散控制系统，无论是直接引进的分散控制系统还是中外合作生产的分散控制系统，数据采集系统作为一个重要的子系统，全部发挥着正常作用，为各电厂的安全经济运行起到了重要作用。 早期的das系统由于受到当时硬件和软件水平的限制，其功能比较简单，人机联系手段也比较落后，这些系统往往采用机器语言或汇编语言编程，完成简单的数据采集、报警、计算和显示功能。人机联系设备一般是数码管和扳键，所以实际上只能起到巡回检测的作用。 由于高性能小型计算机的出现以及外部设备的发展，das系统的功能得到进一步的完善，它不但能够完成上述

50、各项功能，而且还能进行比较复杂的运算和数据处理。同时，由于大容量存贮器、打印机；屏幕显示器的发展，人机联系的方式和手段发生了根本性的变革。这时的das系统已经成为具有一定综合信息处理能力的、能够有选择地为运行人员提供信息的、以crt显示装置为中心的信息系统。我国在80年代中期自行开发成功的hn3000系统及以后相继投入运行的pdp系统均属此类。 微处理机的出现对das系统产生了巨大影响。但初期的微处理机无论是速度还是容量都与小型计算机有较大的差距。所以，开始阶段只有小规模的das系统采用微处理机。随着微处理机技术的不断发展，今天的高档微处理机在各方面都已超过了过去的小型机。因此，以微处理机构成

51、的das系统越来越多。如我国开发成功的edpf1000系统、das3000系统等。另外，随着计算机网络技术的发展，das系统的结构也正由过去的集中式结构转向分布式结构，尤其是进入80年代以后，分散控制系统迅速发展，数据采集系统作为分散控制系统中的一个子系统，无论是在可靠性、可扩性、灵活性和经济性等方面均具有许多优点，已向前迈进了一大步。对于一台600mw单元机组来说，数据采集系统融合在整个dcs系统中，采集的开关量和模拟量数据的总和将达到60008000点之多，这些数据的测点分布在主厂房的各个部位，有的距电子设备间有数百米距离。数据采集通常采用两种方式：大部分主要过程参数直接从现场用电缆引入电

52、子设备间内的n：s机柜，这时io卡件和过程控制器有良好的工作环境，系统的通信、接地、屏蔽和扩展都较有利，缺点是需耗用大量的电缆；少部分过程参数，主要指较次要的又相对集中的温度群和辅助控制点，如锅炉金属壁温、辅机轴承温度、发电机绕组铁芯温度及定排电动门控制等，则采用远程io柜或国产智能采集前端。目前国产智能前端产品防护等级都在ip56以上，如idas-3000系统产品等，可安装在环境条件较恶劣的现场，在一个通信回路中可挂接多个装置，它们将现场的模拟量和开关量直接转换为数字信息，采用数字通信与远方的主机进行通信联系，以实现数据采集。在未来的若干年内，随着开放式计算机系统的进一步开发与应用，随着大屏

53、幕显示器的逐步推广以及现场总线、智能变送器、过程智能io网络的发展，数据采集系统无疑将随分散控制系统一起，跨上更高一个台阶。第二节 计算机数据采集系统的基本结构 计算机数据采集系统，可采用小型机、单台微型机或多台微型机构成。在此分别讨论这三种系统的结构及特点。 一、小型计算机数据采集系统 以小型计算机构成的典型数据采集系统如图2-1 所示。 图2-1 小型计算机das系统框图小型计算机数据采集系统采用双总线式结构，即内存总线与io总线分开。系统中所有的过程变量经过程通道连接在io总线上，其中包括各种模拟量输入、开关量输入、脉冲量输入、模拟量输出、开关量输出等。在io总线上还挂有专用接口，用以连

54、接其它计算机装置或系统。在io总线上挂有硬盘驱动器，用以存贮操作系统、各种文件及数据。磁盘由专门的文件管理系统进行管理。主要人机联系设备有：运行人员操作台、工程师操作台和程序员操作台，亦挂在io总线上。 由小型计算机构成的数据采集系统具有以下特点： (1)由于小型计算机一般设有专门的io总线和io处理机，所以它与外部或外围设备交换的信息可以由io处理机进行处理，这样就可以加快io处理的速度和提高外围设备与主机之间工作的并行程度。 (2)小型计算机具有较高的运算速度和处理能力，可以进行大量的、复杂的运算和数据处理，因此，规模比较大和运算比较复杂的数据采集系统可以采用小型计算机构成系统。(3)小型

55、计算机具有比较强的外部设备驱动能力，因此可以满足各种不同层次的数据处理要求。 (4)小型计算机一般配有比较完善的指令系统，而且能够支持多种高级语言，具有更加完善的操作系统和应用软件。 二、微型计算机数据采集系统 以微型计算机构成的数据采集系统如图2-2所示。图2-2 微型计算机das系统框图微型计算机das系统一般采用单总线结构，目前比较流行的总线有std总线、s100总线、multibus总线、apple总线、ibmpc总线等。 所有的过程io都经过相应的模件送人系统，这一点同小型计算机系统差别不大。但由于没有io处理机，所以一切io操作都要由cpu去管理。 在这种类型的系统中，常用的人机联

56、系设备有crt、键盘和打印机。另外，系统一般不设程序员操作台，程序员同工程师合用一台终端设备。在更小的系统中，所有的工作均在运行员用crt和键盘上进行。 微型计算机数据采集系统的特点是： (1)系统的结构简单，容易实现，能够满足中、小规模数据采集系统的要求； (2)微型计算机对环境的要求不像小型计算机那样苛刻，能够在比较恶劣的环境下工作； (3)微型计算机的价格低廉，可降低数据采集系统的投资，即使是比较小的系统，也可 以采用它： (4)采用微型计算机的数据采集系统可以作为分布式数据采集系统的一个基本组成部分进一步扩充；(5)微型计算机的应用有比较坚实的基础，各种i/q模板及应用软件都比较齐全，便于使用，便于维修。 三、分布式数据采集系统 分布式数据采集系统的结构如图2-3所示。 图2-3 分布式das系统框图 分布式数据采集系统是计算机网络技术不断发展的产物，它由若干个“站”和通信网络组成。“站”一般可分为三类：数据采集站、运行员操作站和工程师操作站。 事实上，一个分布式数据采集系统配上基本控制站以后，就可形成分散控制系统，所以有关分布式数据采集系统中的其它问题，如通信问题、