火力发电厂DCS选型要点

1、火力发电厂DCS选型要点现阶段，计算机分散控制系统(distributed control system , DCS)在火力发电厂中已经成为选择一套合适的 DCS对电厂建设的投资众多DCST生产过程控制的核心和经济技术管理的重要数据采集平台。造价、 长期的安全运行和全厂性的计算机应用规划起到有效的促进作用。全球范围内。DCS必定要具备“ 3C(计算机家的产品千差万别。给用户的选择带来了一定的困难。但既然是(computer);通信(communications);控制(control)的技术特征。因此，以“ 3C为纲，结合控制对象的应用特点和具体要求 , 就能评价和选择出适合应用的产品。火力发

2、电厂生产过程参数检测和控制的突出特点是：模拟量自动控制(MCS)。如机炉协调控制 系统(CCS)、汽轮机数字电液控制系统(DEH)等均为多函数输入、多函数输出的复杂控制：机组快速减负荷(FCB)、辅机故障减负荷(RB)、汽轮机超速控制(OPC)等要求动作快速、多系统协同。过 程数据采集系统 ( DAS) 参数采集数量大 ， 数据具有高度的相关性、紧密的连续性。实现这些检测与调节，要求DCS具有较大的系统资源、较强的数据处理能力和齐全的应用功能。1 选择能力强的软件通过多年应用实践比较证明，在硬件条件基本相同的情况下，不同品牌的DCS在功能与性能方 面的差异主要取决于系统支撑软件的效能， 标志性

3、的支撑软件就是数据库系统。 数据库的用与不用 决定了 DCS存在两种应用范围，其配置和功能有明显差别。会影响到全厂计算机应用系统的结构。在用的DCS中主流的关系数据库 Oracal Informix等，嵌装在DCS各个分布过程控制站(DPU和工作站上，形成所谓的“分布式实时数据库” 。使用数据库可减少数据冗余度，节省数据存储空 间，实现数据资源充分共享，提升数据处理效率等。同时，该功能还得到如下扩展：a) 无缝联接数据记录站、历史数据存储站、计算站;b) 海量无时限数据历史存储记录；c) 实时无限制点查询;d) 数据挖掘和后台处理。以上特点表明，嵌装了数据库系统的 DCS具有过程控制检测和数据

4、管理两部分功能，定义为“综 合型”。美国西屋公司 WDPFB是DCS的典型代表。没有采用数据库或者为外挂数据库配置的独立工作站DCS如美国贝利公司的INFI-90、日本三菱公司的 DIASYS-UP日本东芝公司的 TOSMAP-UP等，在数据管理方面的能力相对薄弱，偏重于过程控制和检测，称之为“控制型”此前，由于在设备选型时对 DCS支撑软件方面欠缺分析，确认数据库的应用与比较几乎被完全忽略，这可能会给那些有厂级监控信息系统应用规划的大型火力电厂造成资源浪费或经济损失。对综合型DCS而言，如果不考虑过程控制检测， 根本上就是一个具备了强大数据挖掘和处理能 力的实时数据库系统， 作为全厂过程参数

5、的数据源， 生产管理计算机系统只需通过网络通信就能实 现生产过程数据资源共享，在构建全厂性计算机管理系统时就可以简化设备，节约可观的费用。控制型DCS因其数据管理能力不足，在构建全厂性的生产过程计算机管理系统时不得不首先 考虑配置高指标的数据库系统软件，除了费用开销大，系统结构和维护也相对复杂。作为用户，选择DCS时绝不能忽视对 DCS数据库应用的了解和掌握，是否嵌装有分布式数据库7应当作为评价 DCS性能的指标之一，防止因考虑不周而造成资金浪费。嵌装有分布式数据库的 DCS都能实现在线修改、下装组态。女0WDPF卫族的DCS和美国福克斯波罗公司 （ Foxboro） 的 I/A 。没有应用数

6、据库的系统 , 大多数都不肯定可以在线修改和下装逻辑组态。在线组态、下装功能是否与嵌装数据库有关 , 需要进一步印证。2 选择安全的网络20世纪80年代，网络通信技术尚在发展、完善中。DCS主流网络只有共享式的广播总线网（CSMA/CD和令牌环网，前者典型代表如西屋公司的WDP牡和霍尼韦尔公司的 TDC-3000,后者如贝利公司 INFI-90 。CSMA/CD勺优点是在理论上能支持任意多的节点，且不需要预先分配节点位置，但在CSMA/CD过程中冲突产生具有很大的随机性， 实时性不确定。 广播总线网通信控制简单， 造价低， 容易实现。在应用数量上占绝对优势。 令牌环网具有数据传输实时可确定性，

7、 令牌传递占用的网络带宽非常小，带宽利用率高， 但令牌环的具体实施比较复杂，设施造价高于广播总线网。这两种网络在数据传送的安全性和效率方面各有千秋。共享式网络拓扑的最大缺陷在于容易因多点发送、数据流异常和网络设备故障引发广播风暴。设备故障产生的异常数据不停地发送， 易使网络瘫痪。 采用冗余布线的措施对传输介质断路有帮助，却无法避免广播风暴，这是一种结构性的缺陷。无论广播总线还是令牌环，在国内都有因数据收发器故障产生数据流异常， 形成网络广播风暴而造成网络瘫痪甚至机组停机事故的不良记录。虽然到目前为止这两种通信拓扑仍大量应用在自动化控制设备上，但机组主控DCS应尽量避免使用共享式网络设备。90年

8、代中后期，随着以太网通信技术在DCS中普遍运用，交换式网络传输和智能交换机开始异军突起，星形和网状网也随之成为主流拓扑。交换式网络的选择应注意以下问题。2 1 网络要开放以DCS为核心，把全厂辅助车间控制装置作为网络的第三方设备,如利用网络技术接入可编程控制器（PLC）的过程信息或部分控制功能，形成全厂性的生产过程信息网络，选择DCS时要关注该系统的网络开放性，了解两个重要技术标准。a）开放式系统互联（OSI ）国际标准化组织（ISO）在1974年定义了至上为物理层、链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层），0SI 七层网络模型（由下解决了异种网络互联时所遇到的兼容性问题。b）用于过程

9、控制的对象链接和嵌入（OPC工业标准，1997年9月由基金会现有会员已超过 220家，包括遍布全球所有主要的自动化控制系统、0PC基金会完善确定，OPC仪器仪表及过程控制系统公司。OPC标准是一种利用微软部件对象模型（分布式部件对象模型）技术实现自动化控制的协定，简化了不同厂商的自动化部件与DCS网络应用程序之间的连接，使任何OPC服务器和应用程序一起正常工作，只要用户选择的第三方设备符合OPC规范，就可以方便地接入开放性网络的DCS解决了 DCS和第三方设备互联的难题。2 2 交换要高层交换网的核心是网络交换机，评价网络交换机涉及几个重要概念，线速度、层、虚拟网和生成树，是选择DCS寸要用到

10、的。a） 线速度。 信号在网络介质上传输的标称速度。为了保证网络标称的传输速度，交换机必须有足够的带宽，例如，网络通信速度为n,交换机的输入接口为m那么交换机的总线带宽一定要高100 Mbps，接口 10个，只有在交换机 的总线带宽超过1Gbps时，数据通过交换机的速率才不会低于网线上的速率，达到所谓的“线速度”。线速度直接表明了交换机带宽的下限，同时也对配适的 CPU主频、内存容量以及操作软件提出了起于nXm才能保证网络的标称速度。假定网络的通信速度为码的要求。有些DCS的确应用了交换机，但由于带宽不够，形成瓶颈，结果降低了网络的通信速率甚至发生通信阻塞的现象。b）层。“层”的概念源于 OS

11、I七层网络模型，主要体现出交换机的工作环境、功能以及完成任务的能力。二层交换机工作在数据链路层，能够识别数据包中的介质访问控制（MAC地址，并将 MAC地址与对应的端口记录在内部的一个地址表中，根据MAC地址进行数据转发。 对于二层交换机， 带宽大于mXn是最基本的要求。三层交换机工作在网络层，能够识别数据包中网际协议（IP ）地址，由于路由功能是在网络层实现的，因而能采用最优路径转发机制交换数据包，完成“一次路由多次转发”。三层交换机由专用集成电路实现数据的高速转发，速率可达每秒几万兆字节，突破了传统路由器的接口速率限制，具有多路广播和基于IP 协议的虚拟网路由功能，选择三层交换机寸切记首选

12、具有路由功能的快速转发交换机。 虽然在层面上只差一层。 三层交换机技术含量和通信能力比二层交换机要高几个数量级。价格也贵许多。四层交换机其实是一种软件功能， 硬件和三层交换机一样。 四层交换机的突出优点是内部支持冗余拓扑结构, 能够建立起全网络的完全冗余系统, 网络诊断功能通过对一个或多个网络故障的快速检测，自动计算出一条新的数据信道，以维持通信稳定，使冗余的环网具有三重冗余的能力，是实现网络故障“自愈合”功能主要的基础平台，提升了DCS通信的可靠性。成为逻辑上虚拟的局域用于协同多c） 虚拟网和生成树。 虚拟网允许用户把网络中的某些节点组合在一起，网段和三层以上的交换机才会有的技术。 生成树算

13、法是一种避免出现网络回路的协议， 台交换机的工作， 确保使用同一条冗余链路传送数据， 当工作线路异常寸， 自动激活使用备用线路， 虚拟网与生成树算法相配合可有效地隔离网络广播风暴，进一步提高网络的通信速度和安全性。2 3 编码要高效10Mbps 以下传为CSMA/C访网络编码形成在 OSI 的数据链路层，对网络的传输效率、安全性有决定意义， 输速率通常用曼彻斯特编码， 特点是克服了不归零码需要同步信号寸间基准的缺点， 问控制方式提供了载波信号。 由于效率方面的缺陷， 这种编码在更高速率的数据传输过程中就被其 它编码方式取代，如 4B5B 5B6B, 8B10B, 8B6T等，以满足100Mbp

14、s或更高通信速率的要求。因此 从网络编码方式可以判定网络通信效率的高低。3 选择可靠的结构DPU由多功能处理器、通信控制器、过程I/O模件以及供电电源等部件组成，多功能处理器是一套专用计算机系统，拥有 CPU内存、外围芯片组和内嵌式操作系统（固化在EPIIOM中），组合这些模件的方式就构成了 DPU的结构。目前流行的有两种:是分立组合，独立的多功能处理与通信控制器加独立的过程 I/O 模件；另一种是整体组合，多功能处理器加通信控制器加I/O 模件。后者的结构和 PLC 的架构相似，多功能处理器、通信控制器与I/O 模件绍装在一个公共背板上。WDPFH , INFI-90 , Foxboro l

15、/A,XDPS-400等系统属分离组合,ABB公司的Symphony、西门子公司、三菱公司的DAISYS-U P等用的是整体组合。整体组合要比分立组合安全风险高 , 因为,整体组合的多功能处理器、 通信控制器与 I/0 模件共用同一块背板 , 这块背板承载着公共数据总线。多功能处理器和通信控制器的冗余也在这块背板上实现。冗余的计算机系统，却没有考虑与之相关的数据总线的冗余，形成DCS安全方面的短板，分立组合结构，背板和数据总线同样是分立冗余的，危险随着物理结构而分散，有些品牌的PLC “热备”冗余系统，也是由两套完全一样的 CPU与网络卡、热备组件、总线背板构成，同样考虑的是“危险分散”。DC

16、S在DPU结构设计上的风险控制更应该有过之而无不及，何况，整体式组合有因I/0模件出现问题而波及冗余 DPU的案例。4 选择合用的 I/O 卡对于生产者来说，1/0卡的品种越多，DCS的应用领域越广，企业就做得越大，利润越高。对于用户来说，选用 I/O 卡的品种越少，今后的维护越省力，支出的维修费用越低。所以，从用户的角度选用 I/O 卡的原则是品种要少，规格要统一。如一般通道为16路（DI，DO, AI ）或8路（AO的 I/O 卡比较合适，因为要考虑到信号电缆线径对安装的空间要求及整块模件损坏时波及的范围。有的模件可以做到 32 路或 64路,但通道高度集中,危险也随之集中,因此不推荐电厂

17、使用这样的I/O 卡。同一种类模件,如 DI 卡,最好不要既有 16 路又有 32 路的配置,尽可能规格一致。不要用特殊品种,有些模件功能特殊,用量少, 价格高,如为计量电量而选择的脉冲输入卡,除非有必要,还是改换测量方式更为经济合理。5 选择方便的组态软件组态软件完成的主要功能有：生成与定义点数据；建立模拟量调节回路；生成顺序控制逻辑绘制监视、控制画面。每个使用者都希望组态软件功能强、易学、易用,这三点是衡量组态软件水平的基本准则。5 1 组态界面有 Auto CAD, Visio 和填表式几种典型模式。以AutoCAD, V isio 可视图形界面作为组态平台 直接绘制SAMA（美国）科学仪器制造商协会）图已成为当前潮流。填表式组态因其回路结构不可 视、操作繁、检索难、效率低,近年来除个别供货商使用外,已很少使用。为提高组态、调试和维 护效率，推荐选用 AutoCAD或VisiO图形化组态软件。5 2 算法模块PID ）就由减法、比例积算法模块有大、小模块之分。小模块（算法元素）算法单一,通常是一个模块一种算法。而大 模块（也称宏模块）是多种基本算法的有机组合,如一个大模块调节器（分、跟踪、防积分过饱和、限幅、限速等基本算法组成。一个步序算法可能由几十个或更多的与、或、非、RS 触发器等组成。对用户而言，可以视大模块为“黑匣子”算法，组态时只需知道输入、输出端口作用