渑池热电热控教材第04章 Ovation现场控制单元-李晓宇ok

1、热工控制系统培训教材第四章 现场控制单元第一节 Ovation系统的硬件构成一、Ovation系统网络结构Ovation 系统的网络可分为数据高速公路和各个站点。它以数据高速公路为纽带，构成一个完整的监控系统。站点包括两大类：1）与生产过程接口的分散处理单元(DPU)；2）人机接口装置，包括操作员站(OPS) 、工程师站(ENG) 、历史数据站(HSR) 、智能设备管理站(AMS) 、OPC SIS 接口站等。Ovation 系统同时还可以和其他的控制系统及信息系统进行标准化的开放式连接，如图所示。Ovation系统概貌图Ovation 网络采用适用于实时过程控制的全冗余容错技术，严格遵循IE

2、EE802 .3以太网协议的标准。Ovation 网络频带宽，支持大型的、地理位置分散的系统，同时具有足够的灵活性和多种拓扑结构，能组合不同的介质。该网络介质本身是独立的，有光纤和铜质电缆CUTP)两种。Ovation 通信网络具有完整的容错性，能检测、报告和规避故障。基于以太网ANSI 标准使Ovation 网络能够可靠地运行，如果电缆破损或组件发生故障，它可以采用容错预案达到规避故障段的目的。Ovation 采用对等网络结构，整个网络中任何一台工作站在正常运行中都不是不可缺少的，整个系统负荷可以有效分散到不同的工作站上。Ovation 通信网络支持多系统互联架构，即"多网络结构&

3、quot;通过一对冗余的核心交换机可以将多达16 套独立的Ovation 系统网络连接到一起，用户可以在任何一台操作站上对本系统和外系统的设备进行监控，实现整个工厂所有控制系统的集中化监视。Ovation系统的主干网络有两种典型的结构系列：双令牌FDDI/CDDI环网和基于交换机的快速以太网。1.双令牌FDDI/CDDI环网典型的Ovation系统网络结构（一）采用双令牌FDDI/CDDI环网，如图所示。典型Ovation系统网络结构（一）该系统的主干网络由两个数据传输方向相反的令牌环网（FDDI/CDDI）和连接在环网上的集线器组成。系统的工作站与集线器的端口采用点对点连接。当主环路出现故障

4、时，FDDI/CDDI可自动重新进行配置，启动次环路加入主环一起工作，以保证网络的可靠运行。FDDI/CDDI采用令牌环网络控制方式，执行IEEE 802.5通信协议标准。FDDI/CDDI的通信标准技术成熟，具有优良的网络管理能力，可靠性高，支持FDDI/CDDI的硬、软件产品丰富，网路可延伸到100km。由于具有优良的性能，因而得到广泛的应用。但这种技术成本高，安装也比较复杂。2.基于交换机的快速以太网典型的Ovation系统网络结构（二）采用基于交换机的快速以太网，如图所示。该系统的主干网采用基于交换机的快速以太网。它在10BaseT的基础上发展而来，通过将网上的位时（每个二进制位的电平

5、在线路上持续的时间）缩短为10BaseT的1/10，达到100Mbit/s的传输速率。快速以太网通过交换机的端口与各工作站建立一对一的连接，完全兼容10BaseT接口标准。快速以太网采用广播式自由竞争的网络控制方式，执行IEEE 802.3通信协议标准。智能化的交换机能根据工作站之间的通信需求，动态地将以太网分段运行。在每个分段中仅建立通信双方间的连接。在通信结束之后，这种动态的连接将自行断开，为新的通信站点做好连接的准备。因此，在通信过程中不可能发生冲突，也不需进行冲突检测和载波侦听处理，充分发挥了站点随机接人接入的特点，从而获得极高的通信效率，且成本低。在单元发电机组的分散控制系统中主干网

6、多采用基于交换机的快速以太网。典型Ovation系统网络结构（二）二、Ovation系统人机接口Ovation的人机接口包括操作员站、工程师站、历史站、记录站等。Ovation人机接口为用户提供安全、高效和灵活的监视、操作、管理和维护控制系统的功能。Ovation 的人机接口采用商业化的个人计算机，或计算机工作站，通用的操作系统作为运行平台，为用户提供了强大的显示、操作和维护能力。Ovation可按照用户的选择，提供以下标准平台的人机接口：PC机、Sun工作站或Java/浏览器工作站。PC机使用Microsoft Windows NT4.O/2000操作系统，Sun工作站采用强有力的

7、UNIX操作系统，Java/浏览器则适用于过程控制系统的远程监视、操作控制和调试维护。以上任何一种平台都能作为工程师或操作员界面来完成读取和处理企业级的所有信息数据。1.操作员站作为Ovation系统网络中的一个节点，通过Ovation网络与分散处理单元DPU交换信息，收集过程的实时数据和系统信息，利用显示器显示和键盘操作，为现场过程控制提供一个最有效的窗口。操作员站的应用功能包括过程图形显示系统、报警管理系统、趋势（实时和历史的）、点信息、点回顾、点浏览器和操作员事件信息等。操作人员可以通过它观察、控制和管理过程和系统。操作员站为Ovation 信息管理控制系统提供完整的数据采集、

8、记录及报告能力和操作接口。2.工程师站提供了创建、编辑和下载过程图像、控制逻辑和过程点数据库必要的工具，并包含了Ovation操作员站的所有功能。Ovation系统工程师利用Windows环境、高分辨率的显示面画和强有力的工具软件来执行系统功能组态编程、过程调试、操作站管理和维护功能。3.历史站采用客户/服务器结构。它为整个Ovation过程控制系统的过程数据、报警、SOE、记录和操作员事件，提供大容量的存储和恢复信息。Ovation历史站具有高速、高效和高度灵活的特点，它能有效地组织数量巨大（200000）的实时过程数据和有意义的系统信息，提供给操作员站、工程师站和系统维护人员，作为分析事故

9、或总结过程运行经验的依据。历史站的服务器还包含一个强有力的中央历史数据库服务器（CHDS）。这个Oracle 实时数据库管理系统周期性地采集和存储来自Ovation历史站数据文件中的摘要数据，并能进行关系型数据库组织的计算。客户机通过SQL和ODBC接口可以访问CHDS的数据，提供给商业管理信息系统和企业级的应用。这种配置提供了历史站与MIS报表之间的数据缓冲区，实现管理信息系统与实时控制系统之间的数据隔离，既方便了厂区生产管理人员的操作，又保证了过程数据的采集和控制系统的运作更加安全。4.记录站也称打印站，提供定义打印机报表管理及报表生成功能。打印机可直接连接到记录站上，也可作为共享打印机直

10、接连接到以太网上。在某些系统中，因计算机处理能力的提高，将记录站的功能集成在HSR站中，即HSR站同时具有打印站的功能。三、Ovation分散处理单元DPUOvation系统分散处理单元DPU由过程控制器、I/O子系统、电源系统和过程控制器机柜组成。1.过程控制器Ovation控制器对过程执行实时的简单或复杂的参数调节、逻辑控制、数据采集等监控功能，并对冗余的控制实现完全无扰动的自动切换，提供与Ovation网络和I/O子系统的通信接口。控制器内部采用标准的商用PC机结构，配置32位Pentium微处理器、IDE接口的Flash存储器和完全冗余的硬件配置，并提供个人计算机主板无源PCI/ISA

11、总线接口，它可以和即插即用的标准PC产品相兼容。控制器内嵌有工业标准的POSIX 1003.lb商业化实时操作系统的核心部分，仅占32K内存，它支持多应用程序，过程控制区域最多可达5个，使控制器具有强大的适应性、灵活性和控制能力。控制器通过快速以太网网络接口卡与Ovation网络上的交换机接口，实现与系统其他站点间的通信。每个控制器最多支持2个I/O接口卡，每个接口卡可有8个I/O分支，每个分支可配置8个I/O模块，因此每个控制器最多可支持128个I/O模块，具有很强的过程I/O能力。2. I/O子系统控制器的I/O子系统有一系列品种齐全、功能强大的I/O模块，用于扩展控制器的过程I/O通道功

12、能，实现控制器与生产过程之间的信息连接和转换。I/O模块由电子模块、特性模块组成（构成一个I/O模块组），安装在I/O基座上，每个I/O基座可安装两个I/O模块组。I/O基座提供模块电源、信号连接的I/O总线及与现场信号连线的接线端子。I/O基座可自动互相连接，形成一条I/O分支连在控制器的I/O接口卡上。I/O模块设计成电子模块、特性模块是Ovation I/O子系统的一大特色。特性模块针对各种I/O模块的应用需要，对信号进行相应的转换和处理；电子模块则承担I/O模块基本的通用功能。电子模块和特性模块的配合使用，使模块没有用于组态的跳线，并可带电插拔，应用更加灵活，维护更加方便。3.开放的硬

13、、软件平台由于采用了工业标准的商用硬件和软件平台，Ovation控制器具有很好的开放性，它可随着计算机技术的发展同步更新升级，用户可以通过简单地更换商用的CPU来升级控制器。同时安装使用第三方的设备也同样快捷、方便。四、 Ovation控制器Ovation 控制器遵循开放的工业标准，采用Intel 处理器，增强了灵活性，能够提供在优先任务计划下的实时多任务调度。Ovation 控制器能够执行简单或复杂的调节、逻辑控制、数据采集，提供与Ovation 网络和1/0 子系统的接口。控制器内部使用标准PC结构并提供无源PCI/ISA 总线接口，可以和即插即用(plug and play) 的标准PC

14、 产品相兼容。Ovation 控制器采用商用多任务实时操作系统RTOS 来实现实时控制和通信功能。它采用抢占式多任务调度来执行和协调多个控制域，并能够与Ovation 网络或者其他系统通过TCPIIP 协议进行通信，完成基本的路由功能和控制器内的资源管理功能。Ovation 控制器支持5 个独立的控制区，控制周期可以由用户自定义，最快为10ms ，最慢为30s 。多控制区的设计，可以有效分配处理器负载，提高控制器的可利用率。每对控制器能够支持128 个本地1/0 模块和512 个远程1/0 模块。同时， Ovation 控制器支持主流的现场总线标准，包括基金会现场总线FF，PROFIBUS和D

15、eviceNet。五、Ovation I/O模块Ovation I/O模块提供了内置故障容错和诊断功能的嵌入式复杂控制应用，可以转换输入信号并生成输出信号。各种专业I/O模块具有汽轮机控制、测速模块、现场总线、第三方通信、回路接口等功能。Ovation I/O模块采用单点DIN 导轨式安装，内置连接器取消了电源和通信之间的连接导线:采用软件组态，不需要跳线或者拨码开关。每个I/O模块都包含电子模块和特性模块两部分。电子模块可将现场信号转换为数据，然后将数据发送至控制器。电子模块的种类包括数字和模拟的输入和输出、接点输入、热电偶和热电阻输入、脉冲累加器和计数器以及数据链接控制器等模块。特性模块以

16、I/O的类别或类型为特征，并提供许多保护功能。特性模块上装有熔丝，当现场设备线路短路时对电路进行保护。作为耐浪涌功能之一的信号调节功能可以疏散电压"峰值"以保护电子设备。信号调节还指明了电压施加到继电器上的方向，或使用的模拟量输入卡的类型。对于现场总线技术， Ovation 提供了HARTI/O 模块和专门的现场总线支持模块，包括基金会现场总线FF模块、PROFIBUS-DP模块、DeviceNet 模块、以太网通信接口模块等，同时还具备完善的智能设备管理功能，操作人员可以直观地了解每台智能设备的工作情况和异常状态一旦出现异常或者设备状态报警，可以及时查看原因，井采取相关的

17、措施，实现预防性维修。六、 Ovation电源系统Ovation 系统的开关供电模块能够提供冗余交流AC 和直流DC 供电，主电源为冗余二极管脉冲电源，布置在每一个控制器机架上进行独立供电:冗余DC 电源为每个I/O总线供电，同时在需要时辅助I/O电源为变送器回路和湿触点继电器提供电源。Ovation 供电系统由两个功率因数校正供电模块和一个电源分配模块组成。AC 或DC 电源位于电源分配模块终端区并分配出两个电源供电模块。采用不同的供电模块组就可以分别接受AC 或DC 输入。两个供电模块构成了冗余结构。AC 或DC 供电模块也可以混合使用，对一个特定的机柜供电。输入电能被滤波、功率因素校正后

18、， 二极管脉冲电源为控制器机架和I/O总线提供电源。Ovation 供电模块接受AC 或DC 输入，产生两个彼此隔离独立的DC 输出。Ovation 供电系统能够提供输入低压、输入高压、过热、输出过电流保护，并可以在输入失去时，保持32ms 的保持时间。七、 Ovation接地系统Ovation 系统采用多机柜EMC 簇接地，典型的簇机柜布置如图所示。为了防止设备部件被无意地给予电压，所有非电流承载金属部件都必须连接到一个受到保护的地。例如，外壳、电缆管道、出口箱仅是某些出于安全考虑应该被接地的金属部件。此外，不必要的噪声可以通过接地环路减少。Ovation接地系统图第二节 Ovation系统

19、的特点Ovation 系统基于开放式的思路，采用商业化的主流软硬件产品、模块化的I/O和功能强大的工作站，具有以下技术特点：一、 先进、开放和标准化的网络Ovation系统采用了高速度、高可靠性、高度开放的无网桥、无网关的通信网络基于交换机的快速以太网，通信速率达100Mbit/s。与其他系统比较，其具有以下特点。1.全双工运行，等效于双倍的通信速率200Mbit/s，使通信能力加倍。2.交换机支持多重同时通信，允许两个以上的站组同时相互寻址，由交换机维持双向和站间的同步通信。3.网络上不存在冲突，不需要冲突检测，通信不会因冲突而停止，交换机可节制独占一个节点的站，信息不在中间节点产生时延，使

20、信息以“线速”的传输速率通过节点。4.网络的物理规模易于扩展。利用交换机作为网关和缓冲器，系统可以无限地互联。5.交换型快速以太网是一个站节点通信地位平等的“民主”系统，它没有固定的控制方案（如通信控制站管理、存储转发、令牌传送等）来确定什么时候允许访问网络，站节点在任何时候都可以访问网络，不会出现诸如令牌传送系统所潜在的等待周期。二、 系统安全可靠Ovation系统通过多种技术措施来保证系统的安全和可靠性。1.分散的系统结构采用分散结构的理念保证系统的可靠性。这种分散的结构，一方面反映在系统功能的分散上，如过程控制、过程管理和数据通信等功能由不同的具有自治能力的计算机完成；另一方面是地理位置

21、分散，采用现场总线技术，按受控系统的划分，设备分散安装，分而自治；再则是数据库分散。分散结构使系统的危险性得到充分的分散，一旦局部设备出现故障，不会影响系统其他部分的运行。2.关键设备冗余配置系统的可靠性还通过对关键设备进行冗余配置来保证。DCS中对关键的设备如电源、控制器、通信设备等进行冗余配置，一旦主设备出现故障，后备设备能自动平稳地接替它的工作，大大提高了系统的可利用率。3.完善的自诊断功能系统具有完善的自诊断能力。在系统运行的过程中，借助于自诊断程序不断地监视和测试硬、软件的运行状况，发现错误和故障，及时向运行人员发出指示信息，指出出错的类型和位置，使故障和出错能及时得到运行人员的处理

22、。另外，分散处理单元的各种功能模块采用接插技术，允许模块带电插拔，模块功能强大，种类少，这些都大大提高了系统的可维护性，使系统更加安全、可靠。4.采用标准化、模块化的软件系统中大量采用由专业的软件人员和工程技术人员开发的经过严格软件测试和实践考验的标准化、模块化的软件生成系统应用软件，也是系统可靠性高的因素之一。三、商业化的硬、软件产品Ovation系统采用商业化的硬件平台、操作系统、数据库管理系统和网络技术。作为面向21世纪的系统，Ovation将在未来的竞争中保持技术优势。在分散控制系统中，采用工业标准的商业化硬件平台和通用系统软件，是新一代DCS系统的发展趋势。它是系统开放性的标志之一。

23、由于生产过程自动化的发展对DCS系统提出了更多、更高的要求。DCS制造商必须不断地扩展DCS系统的功能，提高产品性能和进行产品的更新换代，且更新换代的周期日益缩短。为此，DCS制造商不得不付出巨大的开发投资。与此同时，计算机公司为了扩展市场，研制开发了大量适应生产过程自动化要求的通用工作站、I/O站和通信网络，不断推出强有力的系统软件和支持软件。由于通用性产品市场大，开发投入效益好，产品的更新和升级异常迅速。在这种情况下，DCS公司和计算机公司的产业分工发生了变化。DCS公司开始采用计算机公司提供的硬、软件平台，形成自己的DCS系统。改用通用的个人计算机、工作站，在其高性能的硬件和丰富的软件平

24、台的基础上构成DCS中的人机接口系统；通信网络大多采用通用的以太网等。大大增强了DCS系统的开放性，技术的先进性，使DCS系统紧跟计算机技术、通信技术和显示技术更新升级的步伐。以前DCS系统中采用的计算机等技术都滞后于通用的商业化产品，且开发周期长。采用商业化的硬、软件产品，使DCS系统中的通用技术同步于先进的计算机技术、通信技术和信息技术的发展。这样，DCS公司可将精力和资源集中在提高系统监控功能和性能的开发上，大大缩短新产品的开发周期，以最快的速度、最优良的性能适应生产过程自动化对DCS系统的需求。四、 人机接口友好、组态方便灵活Ovation系统采用高智能的操作员站，对过程现场集中监视、

25、操作，信息量大，人机交互界面直观、友好。操作员站是Ovation系统主要的人机接口，它在相应功能软件的支持下，可通过丰富多彩的表现形式（生产流程图、点显示及报警一览、趋势显示等），直观地向运行人员提供生产过程实时的过程参数和设备状态。动态信息更新快，对操作员的操作能快速做出反应。用户可以通过强有力的组态工具，灵活、方便地组态生成符合操作员个性和习惯的显示画面，使人机接口更加友好，自从而提高操作员的工作效率。采用标准化的功能模块和控制图形界面进行控制方案组态代替编程语言编程，自动生成执行文件，下装到控制器中执行。采用图形组态工具对操作员站的显示画面、趋势、报警和报表等进行组态，快捷而又方便。用户

26、不需掌握编程语言的语句、语法和编程技巧，大大降低了对用户编程能力的要求。组态方法易学，组态结果易修改，而且可保证应用程序的可靠性和质量，大大缩短了应用软件的开发周期。第三节 Ovation系统在热力发电厂的应用华能渑池热电有限责任公司（2×350MW）超临界机组锅炉选用的是东方锅炉（集团）股份有限公司生产的超临界压力、一次中间再热、单炉膛、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构、型布置燃煤直流炉。汽机选用的是东方汽轮机厂生产的超临界、单轴、一次中间再热、双缸双排汽、双抽凝汽式汽轮机。本期工程为两台机组设置两套单元机组FCS网络和一套机组FCS公用网络，以及一套辅助系统FC

27、S集中控制网络，设置一个集中控制室。在集中控制室内实现对机组、辅助车间系统运行的监控。全厂采用分层分级的网络结构。全厂自动化系统由厂级管理信息系统（MIS）、厂级监控信息系统（SIS）、机组现场总线控制系统（FCS）以及辅助车间现场总线控制系统等三层组成。考虑到火电机组控制系统的特点和要求，该工程以成熟的DCS（Ovation系统）为基本系统，无缝嵌入现场总线网络通信模件，形成现场总线的各级网络，连接现场总线仪表、设备，实现数据采集、控制和设备驱动。采用现场总线系统的信息处理、设备诊断和设备管理软件，发挥FCS的本质优越性。对于重要和复杂的调节回路，采用 DPU+IO的方式实现相关的控制；对于

28、次要和简单的调节回路，采用现场总线技术在相关的执行机构的阀门定位器中实现相关控制。一、 电厂控制系统结构及控制方式1.控制系统设计思路华能渑池热电有限责任公司(2×350MW)热电联产工程的热控系统采用模块化设计思路，全厂控制系统的职能分为单元模块部分和公用模块部分。单元模块按照工艺系统，结合各工艺系统物理位置相近放在一个模块中的原则进行划分；公用模块包括单元机组公用系统和全厂性辅助（车间）系统，根据具体的工艺系统及物理位置来设置，全厂共设置了个控制模块。本工程脱硫系统分解为单元机组部分和公用部分，其单元机组部分作为与机组运行密切相关的系统列入单元模块之一；其公用部分因其为全厂公用，

29、将作为公用模块之一。脱硝系统分解为单元机组部分和公用部分，将脱硝反应系统控制纳入机组单元模块之一；全厂公用的氨制备区的辅助设备控制纳入辅助系统集中网络，并作为公用模块之一。锅炉补给水系统作为相对独立的一部分，设置成一个独立的公用模块。综合水泵房、生活污水等均作为水网络的一部分纳入水网控制，将这些系统作为其他全厂性公用水系统控制作为公用模块之一。补给水泵房控制系统，因离主厂房距离较远，泵房控制设备的安全稳定运行直接关系到整个电厂的安全稳定运行，采用遥控（无人值班）的方式控制。循环水泵房控制系统将循环水泵机组部分作为控制模块，采用远程I/O方式接入单元机组的FCS网络；对于像2台机组的循环水母管联

30、络门、排污泵等公用设备，采用硬接线方式将它们接入机组公用系统。2.电厂控制系统结构工程按照现场总线特点和物理分散布置的思路将集中控制室、锅炉电子设备间、汽机电子设备间分散布置，热控设备按照工艺系统划分就地相对集中布置于被控对象附近，使控制区域的划分合理，从而节省了电缆及桥架。电厂系统结构示意图如图所示。 电厂系统结构示意图该工程采用炉、机、电集中控制方式，两台机组通过两台安装于汽机电子间公用网络柜中的核心交换机相连（其中一台备用），设置一个集中控制室，通过设置在集中控制室的机组操作员站和全厂辅助系统操作员站完成对主厂房以及脱硫、除灰渣、各水系统、输煤等所有辅助车间的集中监控。集中控制室取消了常

31、规控制盘，采用全CRT/LCD监视，仅保留安全停机硬手操设备，同时在FCS操作台上配置必要的锅炉、汽机、发电机的硬接线紧急停止按钮及重要辅机和硬接线操作按钮，以确保机组在紧急情况下安全停机集中控制室内布置有值长台、FCS控制系统操作员站、辅助车间集中控制网操作员站，记录打印机、数字仪表墙和消防控制盘等；热控工程师室内布置有两台锅炉的工程师站及辅网工程师站等。SIS室设备内布置有SIS工作维护站、接口机；精处理控制设备间布置有控制机柜，电源柜等。集中控制室的显示墙上分组布置工业电视显示器，作为辅助监视用。值班长工作台上布置有网控、五防、闭路电视监视系统等工作站以及MIS和SIS终端。集控室工作站

32、包括#1、#2机组锅炉操作员站，#1、#2机组汽机DEH操作员站以及ECS操作员站。工程师站包括EWS、HSR、OPC、AMS等。#1、#2机组汽机电子间内布置有DEH、MEH、TSI、ETS、TDM等汽机专用机柜和汽机FCS机柜以及电气机柜，汽机电子设备间下设有电缆夹层，两机公用的DCS机柜放在#1机组汽机电子设备间。锅炉电子间内布置所有锅炉电子设备，包括锅炉FCS机柜、火焰检测器柜、炉管泄漏检测柜、吹灰系统动力柜等，锅炉电子设备间下设有电缆夹层。二、 控制方式1.机组控制系统控制方式本期工程机组控制系统主要由以下几部分组成：（1）机组现场总线控制系统（FCS），功能包括数据采集系统（DAS

33、）、模拟量调节控制系统（MCS）、顺序控制系统（SCS）、锅炉炉膛安全监控系统（FSSS）等。其中锅炉炉膛安全监控系统（FSSS）、顺序控制系统（SCS）及其他重要的调节回路作为FCS的一部分，纳入Ovation系统，采用DPU+IO的方式实现。（2）汽轮机数字电液控制系统（DEH）、汽机紧急跳闸系统（ETS）、汽机安全监视仪表（TSI）等由汽机厂配供，其中汽轮机数字电液控制系统（DEH）纳入机组FCS，软硬件与机组FSS统一（3）给水泵汽轮机电液控制系统（MEH）、给水泵汽机紧急跳闸系统（METS）、给水泵汽机安全监视仪表（MTSI）等由给水泵汽机厂配供，其中给水泵汽轮机电液控制系统（MEH

34、）纳入机组FCS，软硬件与机组FSS统一。（4）炉管泄漏监视、空预器间隙调整等与单元机组FCS通过通讯接口直接相连。机组控制系统所有设备分为三种测点：普通I/O、DP总线以及FF总线。单元机组共包含普通I/O测点5327点，DP总线测点2822点，FF总线测点435点，总计8584点。其中汽机侧普通I/O测点共计1969点，DP总线测点784点，FF总线测点181点，汽机侧测点共计2934点；锅炉侧普通I/O测点共计2384点，DP总线测点1261点，FF总线测点218点，锅炉侧测点共计3863点；脱硫侧普通I/O测点共计590点，DP总线测点777点，FF总线测点22点，脱硫侧测点共计138

35、9点；公用DCS系统普通I/O测点共计384点。2.辅助系统控制方式辅助车间系统采用辅控网集中监控方式，即在集中控制室能完成各辅助车间的监控，形成监控层、控制层和现场层，并与厂级监控系统联网，以实现全厂一体化网络。其监控层布置在集中控制室内，运行人员可通过LCD操作员站对网络内各辅助车间的工艺过程进行监控。就地不再设置常规值班人员，实现无人值班，仅设置车间巡检人员。各辅助车间不单独设控制室，在重要辅助车间(灰、水、煤)的电子设备间内设有便携式工程师站/操作员站，仅在辅控网故障、启动和调试等特殊情况下使用，正常情况下以远方监控为主。辅助车间系统包括锅炉补给水处理（包括相应的工业废水处理）、凝结水

36、精处理、汽水取样及加药、综合水泵房、燃油泵房、生活污水处理、供氢站、锅炉除灰渣系统、供气中心、电除尘系统、输煤系统、补给水泵房（取水泵站）等。通过设置在集中控制室的辅助系统操作员站完成全厂辅助车间系统的监控。整个烟气脱硫系统，共包括两台炉的脱硫单元机组部分和全厂公用的脱硫公用部分。脱硫单元机组部分纳入机组FCS，软硬件与机组统一，其控制器独立配置；脱硫公用部分按纳入全厂公用系统考虑。脱硝SCR部分直接纳入机组控制系统。全厂公用的脱硝氨区纳入全厂公用系统。脱硝控制系统的硬件由脱硫岛配供，软硬件与机组统一。锅炉炉底渣直接纳入单元机组控制系统。本工程取水泵站离主厂房区直线距离达到15.5kM，采用P

37、LC控制，实现泵站内控制设备的就地启停及状态监视、同时采用无线传输方式，建立取水泵站与水网控制点之间无线“三遥”系统，实现水网控制点对泵站内水泵机组远程控制与运行参数自动采集、传输、处理、存储、显示等功能，实现水网操作员站对取水泵站参数的自动监测。三、现场总线选型随着电厂数字化的发展，传统DCS控制系统面临难以处理大量实时数据的局限性。现场总线控制技术已在电厂控制中取得了一定成果，标志着大型火电机组控制系统（包括主控系统）采用现场总线是完全可行的。与常规控制系统相比，现场总线技术不仅能够提供I/O数据，而且能够提供设备状态、诊断以及历史统计数据。这些数据通过通信线传送到控制器、数据库，不受电缆

38、和距离的限制。现场总线技术使现场设备与控制器间实现信号双向传输，这样就能够对设备远程维护、管理。扩大了诊断范围，能够在线诊断，方便设备状态管理及维护、方便调试。在电厂建设阶段，采用现场总线技术可显著减少控制机柜数量，节省电子设备间的空间；大量减少I/O、电缆，简化设计，节省电缆、电缆桥架、敷设空间及安装工作量；调试中可减少查验点，能够远程监视和诊断现场设备，节省工作量和时间。在电厂运行阶段，采用电厂总线技术可组态设备实时状态和诊断显示、报警等，快速发现设备故障位置、原因，快速维修，节省人力和提高系统可用性；采用设备管理软件，记录和积累设备运行状态、诊断信息，预测设备故障，提前维护，降低故障发生

39、率；综合实时和历史数据，开发有针对性的软件，能够实现“状态维修”、“性能优化”、“寿命评估”等功能，便于电厂的设备维护和管理。近年来，国内外火力发电厂现场总线控制系统获得了较多的应用，取得了良好的应用效果。随着现场总线控制系统在不同行业中的逐步应用，专业技术人员对各种总线标准应用场合的认识日益清晰。比较一致的结论是：对过程控制应用来说，PROFIBUS和FF(FOUNDATION Fieldbus)总线比较适合。火电厂机组控制功能从简单到复杂分布很广，有单回路、串级调节回路，也有多输入多输出的交叉耦合控制系统，还有可靠性要求很高的快速保护联锁逻辑。因此必须配置高性能的控制处理器才能完成这些功能

40、。FF现场总线设备具有一定的控制和运算功能，能够完成较单纯的单回路或串级调节任务，简单回路可以实现在现场设备层的控制和连锁（FF总线），但是对于存在多回路耦合的复杂控制，需要在不同网段间传输数据，就可能影响控制的实时性。如网段、设备分布设计不当，就可能影响到工艺系统及设备的安全运行。若选用FF现场总线，可将少数单回路调节系统控制功能下放到FF现场总线设备中。PROFIBUS智能设备本身基本不具备控制功能。在现场设备层全面采用现场总线仪表和设备的基础上，基本不减少DCS控制器的配置，多数调节回路控制策略和设备控制逻辑仍按照工艺系统划分在不同DCS控制器中集中处理。两种总线相比而言，FF较在模拟量

41、控制、“控制功能下放”、“功能块”功能等方面有优势，而PROFIBUS在离散量控制方面有较强优势。本工程在现场设备层将采用现场总线技术，调节回路控制策略和设备控制逻辑仍按照工艺系统划分在不同控制器中集中处理。大量的工程实践证明，PROFIBUS和FF现场总线标准能够满足电厂过程控制的应用要求。因此，本工程机组系统控制系统建议采用上述两种现场总线标准。现场总线协议选用FF与PROFIBUS-DP相结合的方案。四、 现场总线控制系统结构每台单元机组设一套FCS，按分级分散的原则进行设计。共分为机组监控级、功能控制级和基本控制级。该工程FCS系统控制功能将结合功能划分和工艺系统划分的优点，采用两种相

42、结合的划分原则。对于采用DPU+I/O控制方式的设备和系统，按照功能进行划分；其余采用现场总线控制方式的设备和系统，按照工艺系统划分。对于炉膛安全系统（FSSS）, 汽轮机数字电液调节（DEH）,给水泵汽轮机数字电液调节（MEH），给水泵汽机紧急跳闸系统（METS）,重要的模拟量控制系统（MCS）和顺序控制系统（SCS）均将采用DPU+IO的方式。汽机安全监视系统（TSI）、给水泵汽轮机安全监视系统（MTSI）、汽机紧急跳闸系统（ETS）、给水泵汽机紧急跳闸系统（METS）等专业性较强的设备，随主机厂配套供货，与FCS之间应有可靠的通讯接口，重要信号采用硬接线连接，便于信息共享，提高系统可靠性

43、。1.机组监控级机组监控级设有局域通讯网，共设置5台操作员站，各操作员站挂接在局域网上，使每个操作员站具有相互冗余配置功能。设置两台工程师工作站及其他有关终端设备，并与全厂监控信息系统（SIS）进行通讯。2.功能控制级功能控制级分为若干个控制站，各控制站通过通讯总线相互连接。控制站以分级、分散的原则设置，控制站间即相对独立又可互相通讯，每个控制站承担机组的一个局部控制功能，既可接受机组监控级指令，又可向基本控制级发出指令。采用现场总线技术后，控制站的负荷率会有相应的降低，同时可以减少大量控制电缆和电缆敷设，减少由于大量电缆密集敷设而引起火灾事故的几率，有利于防火和电厂安全运行。3.基本控制级基

44、本控制级实现FCS与现场设备的接口功能，接受来自上一级控制指令，控制驱动现场有关设备，采集处理有关来自现场的技术数据。4.数据通讯系统FCS的通讯方式满足如下要求：（1）通讯方式要满足系统分层、分级的结构要求。（2）采用双通道数据通讯总线，用于站与站之间的数据传送。两条总线互为冗余。当运行的数据通讯总线故障时，另一条应无扰自动切换到运行状态。（3）通讯网络的约定包括差错校正和执行保护功能，以确保高度的通讯可靠性，任何站的故障不影响另一些站或通讯系统的正常运行。通讯系统应提供差错检查，保证发出的信息一致，避免噪音和硬件故障引起的错误数据混入到要吸收的信息中。（4）通讯系统要提供连续的在线自诊断功

45、能，并能快速给出故障报警及执行正确的保护。五、FCS系统接口FCS留有与其它控制系统的接口，使主机控制系统成为一个整体。其接口包括数据通讯方式及硬件接线方式。FCS通过通讯还接收全厂GPS装置的对时信号。与FCS接口的控制系统有包括厂级监控信息系统（SIS）、汽机紧急跳闸系统（ETS）、其他辅助控制系统（包括炉管泄漏监视、空预器间隙调整等）。第四节 Ovation系统现场总线配置方案火力发电厂发电机组连续安全稳定运行是至关重要的，而控制系统的可靠性是保证机组可用率的重要因数。主控系统采用现场总线后，设计中采用分散设置、冗余配置等手段保证控制系统的安全性，机组控制中的有快速处理功能的控制回路采用

46、常规控制方式。鉴于目前现场总线在机组控制中的应用还处在起步阶段，为最大程度地降低现场总线的工程应用风险，对机组安全运行至关重要的锅炉炉膛安全保护系统FSS和汽机DEH(包括ETS)仍采用常规DCS方式实现。工艺系统中，对于重要和复杂的调节回路，将采用DPU+IO的方式实现相关的控制；对于次要和简单的调节回路，将采用现场总线技术在相关的执行机构的阀门定位器中实现相关控制。功能子组级、功能组级以及机组级的相关控制由于涉及设备较多、逻辑比较复杂，相关的控制策略均通过DPU实现。本工程辅助控制系统将对水、灰系统采用集中监控的方式，即在集中控制室内辅控操作员站上能对如：锅炉补给水系统、综合水泵房等全厂性

47、水系统、除灰系统、电除尘系统、燃油泵房系统、供气中心系统、脱硝氨区等进行监控。辅助车间的控制系统组成一个集中控制网络，使自动化控制系统的结构清晰、功能明确。辅助车间系统主要采用基于PLC的现场总线控制系统（FCS）、选用合适的现场总线协议、支持该协议的现场智能仪表及设备形成一个完整的现场总线的控制系统。采用现场总线系统的信息处理、设备诊断和设备管理软件，发挥FCS的本质优越性，完成设备管理等功能。第五节 Ovation系统网络配置华能渑池热电有限责任公司工程包括350MW超临界燃煤发电机组，每台机组配置一套Ovation系统，实现对单元机组的监控；对两台机组中纳入FCS监控的公用辅助系统配置了

48、一套公用系统FCS，公用系统FCS可分别与两台机组的FCS通信。每套FCS控制系统的控制网络采用基于交换机的快速以太网结构。它是单层的、点对点对等结构的、冗余的、通信速率为100Mbit/s的一体化快速以太网。系统中不需要任何网关，这种网络结构克服了服务器/客户机那种主从依赖关系的网络结构，为系统提供了一套完整、可靠、开放的通信系统。通信设备采用市场上通用的Cisco公司的快速以太网交换机。Ovation系统采用Oracle全嵌入式、分散型的关系数据库。系统能将数据管理分散嵌人到网络上对应的站点中，任何站点的工作均不需要彼此依赖。这使得系统在数据管理上真正做到了彻底地分散。第六节 Ovatio

49、n系统硬件配置方案一、控制器配置本项目为每台单元机组DCS配置了20对冗余的控制器，分别用于汽水系统控制、协调、制粉、燃油、烟风、炉底渣、脱硝反应系统、脱硫系统、DEH、MEH、汽机旁路及热网单元控制、发变组及厂用电源控制、循环水泵房单元控制。公用系统配置了5对控制器，分别用于脱硫公用控制、电气公用厂用电源控制、热力公用控制、脱硝氨区控制、锅炉补给水系统控制、凝结水精处理系统控制、全厂性公用水系统控制、供氢站、除灰、渣系统及供气中心控制、燃油泵房、补给水泵房、输煤系统控制。控制器布置在控制室电子设备间，通过交换机等网络设备与位于集控室的人机接口站进行通信。与控制机柜布置在一起的还有网络柜、电源

50、柜、远程柜等。电源柜为控制器和人机接口提供电源，网络柜则为控制器和人机接口提供通信工具。二、I/O模块配置本项目ovation系统选用的I/O模块列于下表中。华能渑池热电有限责任公司工程单元机组及公用系统选用的I/O模块类型序号I/O模块类型电子模块型号特性模块型号1模拟量输入-mA(8通道)，系统供电5X00070G011C31227G012模拟量输入-TC(8通道)，热电偶输入5X00070G041C31116G043模拟量输入-RTD(8通道)，热电阻输入5X00119G015X00121G014模拟量输出-mA(4通道)1C31129G031C31132G015开关量输入(16通道)，

51、48VDC1C31234G011C31238H016继电器输出(16通道)，250VAC，5A，C型5A26458G05N/A7数字量输出(16通道)1C31219G011C31223G018脉冲输入(2通道)，24/48VDC1C31194G011C31197G019串行数据连接LC卡(RS-485)1C31189G011C31192G01华能渑池热电有限责任公司工程远程I/O部分选用的I/O模块类型序号I/O模块类型电子模块型号特性模块型号1模拟量输入-TC(8通道)，热电偶输入5X00070G041C31116G042模拟量输入-RTD(8通道)，热电阻输入5X00119G015X001

52、21G01三、 电源系统集结地1.电源配置本项目DCS系统共配置5个配电柜，其中单元机组各配置2个配电柜，公用系统配置1个配电柜。主厂房内电动门动力及控制回路用380V/220V AC 电源，锅炉热控电源柜、汽机热控电源柜的电源来自两路220V AC；机组FCS电源柜、FSSS火检及专用控制系统(如TSI、ETS等)的电源来自两路220V AC；FCS公用系统两路电源分别引自#1机组和#2机组汽机FCS电源柜，电源切换采用专用的毫秒级电源自动切换装置；SIS系统、TDM柜、炉管泄漏监测柜等的电源来自两路220V AC厂用电(从两台机组分别提供一路)，SIS系统自带小型UPS装置；各辅助车间系统

53、程控柜采用两路厂用电源供电，并自设UPS；两路电源一路为不停电电源UPS，另一路为保安段电源，两路电源互为备用，一路电源故障不会引起整个系统故障。热控保护和控制回路使用110V DC电源，采用双路供电，电源来自厂用蓄电池室。2. Ovation系统接地配置无论是单元机组的FCS系统还是公用系统的FCS网络，其接地均较为简单。西屋公司的机柜已配有信号地和安全地接地铜排，采用信号地和安全地分开连接，最终以单点接地方式接人电厂的接地网。对于远程I/O，需在电厂现有的接地网中设一个独立的电极即可。Ovation系统接地应满足一下要求： Ovation系统机柜要求悬空； Ovation系统的接地网络中不

54、能接入非Ovation系统的设备； Ovation系统的所有设备都不能接入其他系统的接地系统中； Ovation系统的接地网络通过接地汇总铜牌接入电厂的接地网络中； 单点接地，接地电阻应不小于1，接地电缆最小应满足4AWG（外径为5.19mm），接地电缆应尽可能短； 以Ovation系统的接地点为中心，周围20米内应无强电设备（包括机械旋转设备、避雷针、变压器等）的接地；当按簇式方式布置机柜时，除中心接地机柜外，其他机柜内的短接棒需移除。四、控制室/工程师室配置控制室、工程师室设备包括操作员站、工程师站、电气仪表、打印机以及操作台、打印机桌等。西屋公司为单元机组在集控室配置了1个数据服务器/工

55、程师站、1个工程师站、1个历史站、6个操作员站、3个脱硫工程师站/操作员站、1个OPC服务器，分别配有24英寸LCD显示器。工程师站、历史站与SIS接口的OPC服务器均位于工程师室。五、Ovation系统接口Ovation提供了标准的RS-485/422、RJ45接口，通信协议有标准的TCP/IP、MODBUS/MODBUS PLUS、OPC、网络时钟协议NTP。1.与SIS的接口西屋公司在Ovation侧提供了标准的OPC服务器作为与电厂信息监控系统（SIS）的接口，OPC服务器通过西屋公司的双口网卡接在Ovation的快速以太网上作为Ovation网络上的一个节点，它获得DCS的实时数据，

56、再通过一块双口网卡、DMZ交换机和路由器将SIS所需要的Ovation数据传送到SIS系统。Ovation系统通过该服务器、DMZ交换机和路由器的三重隔离，有效地防止了外部接口的侵入。2.单元机组部分Ovation系统提供了与下列其他系统的接口：汽轮机数字化电液控制系统（DEH)；锅炉给水泵汽轮机电液控制系统（MEH)；空预器间隙调整控制装置( PLC)；网络控制系统（NCS)；电气厂用电管理系统；自动调度系统（ADS)；其他辅助系统。3.与GPS的接口本控制系统配置了一套时钟输出信号精度为1s的GPS装置，实现两套单元机组DCS和公用系统DCS的时钟与卫星时钟信号每1 秒钟进行一次

57、时钟同步。GPS装置还为DEH、MEH、电气故障录波器、发变组保护机柜、高备变保护机柜、厂用电切换装置、机组直流系统、UPS系统、厂用微机监测管理系统等提供时钟信号通道。Ovation系统提供了标准的网络时钟协议接口（NTP)，接收来自GPS的“数字主时钟”信号，使挂在数据通信总线上的各个站的时钟同步，站间时钟误差不超过1ms，当GPS“数字主时钟”失效时，系统自动转到预先设定的工程师站或操作员站上的时钟，并通过继电器接点输出进行报警。第一章第二章第七节 Ovation 系统的硬件设备Ovation 系统是集过程控制及企业管理信息技术为一体的融合了当今世界最先进的计算机与通讯技术于一身的典范。

58、其采用了高速度、高可靠性、高开放性的通讯网络，其有多任务、多数据采集及潜在的控制能力。Ovation 系统是通过一系列应用软件来实现调节控制、顺序控制和数据采集。该系统是有连接在控制器I/O总线上的各种功能模块组成。I/O模块提供了电厂生产过程和Ovation 模块功能众多，接受的信号量程广泛，而且还提供了自纠错和自诊断功能。Ovation 系统的特点：高速、高容量的网络主干采用商业化的硬件；基于开放式工业标准，Ovation 系统能将第三方的产品很容易地集成在一起；分布式全局数据库将功能分散到多个独立站点，而不是集中在一个中央处理器中。Ovation系统硬件设备由三大部分组成：1.数据通信网络：数据通信网络连接分散控制系统的各个分布部分，完成数据、指令及其它信息的传递。为保证FCS可靠性，电源、通信网络、过程控制站都采用冗余配置。2.工作站：根据站的使用功能不同分为几种不同功能站，包括：服务站、工程师站、操作员站、历史报表站、以及其他功能站。（1） 工程师站提供技术人员生成控制系统的人机接口，主要用于系