DCS系統在石景山熱電廠2號機組改造中的應用
石景山熱電廠2號機組DCS改造采用和利時公司的HS－2000CAS分散控制系統，改造范圍包括MCS、SCS、DAS、DEH系統。1999年1月完成系統整體方案設計，包括硬件配置、DEH、CCS、MCS、SCS方案。2月完成系統硬件成套及軟件組態。3月完成系統聯調及全面測試。4月中旬至6月中旬進行現場各系統的靜態調試。6月26日，機組正式運行，開始MCS、DEH的動態調試，其余各系統投入使用并做局部調整。7月下旬系統投運基本完成，所有系統投入使用，工作正常。
系統硬件配置為：共設5個操作員站，2個工程師站，10個控制站（10號～19號），其中控制站機柜20個單柜，繼電器柜2個單柜，主機柜2個單柜，擴展柜1個單柜，配電柜1個單柜。控制站（10～12號）為MCS系統，控制站（13～16號）為SCS系統，DAS系統由兩個控制站（17號、18號）組成，DEH系統占一個控制站（19號）。
1HS－2000CAS系統介紹
該系統是和利時公司最新開發的系統，其基本結構由4部分組成，即系統網絡、操作員站、工程師站、現場控制站。操作員站、工程師站、現場控制站作為邏輯意義相同的節點掛接在系統網絡上。系統網絡為和利時公司開發的ARCNET雙冗余工業實時網，雙令牌總線（TOKENBUS），網絡速率為5M。操作員站和工程師站利用網絡控制板與系統網絡連接，而現場控制站利用主控模件與系統網絡連接。
現場控制站由主控模塊、智能輸入／輸出模件、電源模件和專用機柜組成，系統由UPS實現雙路供電，主控模塊、電源模件、模出模件全部采用雙冗余配置，有模件在線自診斷功能，診斷結果可由操作員站或工程師站的系統畫面顯示。在主控模塊、智能輸入／輸出模件上分別固化實時控制軟件和智能輸入／輸出處理軟件。每個控制站機柜附帶一個端子柜，便于信號電纜接線。實時控制軟件運行在一個嵌入式多任務處理系統中，完成信號轉換與處理、控制運算（石熱項目控制運算周期MCS和SCS為250ms，DAS為1s，DEH為100ms）、通信、自診斷、雙主控模塊切換時保持數據一致等功能。智能輸入／輸出處理軟件完成采樣、濾波、模／數轉換、小信號非線性補償、冷端補償、工程單位換算、過程點質量判斷等功能。
操作員站和工程師站由高可靠工業微機配以外設組成（石熱項目采用研華工業控制微機）。操作員站運行HS－2000CAS系統專用實時監控軟件，該軟件完成圖形顯示與會話、控制調節、趨勢顯示、報警管理和顯示、報表打印及事故追憶等。工程師站運行HS－2000CAS系統組態軟件包，軟件運行環境為PWIN32。軟件包有10個漢字工具軟件，具有方便的人機界面，主要功能為：系統管理、數據庫生成、功能塊圖生成、梯形圖生成、計算公式生成、引用生成、歷史庫生成、追憶庫生成、圖形生成、報表生成。操作員站和工程師站都有分級別保護措施，只有以正確口令登錄，才能執行相應操作。
2系統設計方案
（1）MCS系統共設計31套自動調節系統，
包括：
·協調控制系統
·燃燒控制系統
·送風控制系統
·引風控制系統
·全程給水控制（單、三沖量）系統
·1～5號磨風量控制系統
·1～5號磨出口溫度控制系統
·左右側一級減溫控制系統
·左右側二級減溫控制系統
·左右側再熱汽溫控制系統
·除氧器水位控制系統
·軸封供汽壓力控制系統
·氫溫控制系統
·冷油器控制系統
·熱網加熱器溫度控制系統
MCS在立盤保留13個后備手操，包括：
·1號給水泵轉速控制系統
·2號給水泵轉速控制系統
·給水調節閥控制系統
·左側送風控制系統
·右側送風控制系統
·左側引風控制系統
·右側引風控制系統
·左側一級減溫控制系統
·右側一級減溫控制系統
·左側二級減溫控制系統
·右側二級減溫控制系統
·左側再熱汽溫控制系統
·右側再熱汽溫控制系統
（2）設計SCS邏輯時盡量采用電廠實際使用中的邏輯，參照原運行規程，并聽取運行人員的意見。這樣做，一方面吸取原有控制邏輯的優點，一方面使運行人員不必改變或較少改變原有的操作習慣。SCS控制范圍包括：
·66套電動機的開關操作
·3套調節閥的開關操作
·14套電磁閥的開關操作
·98套電動門的開關操作
·36套二次風門的開關操作
·12套周界風門的開關操作
·相關電動門電動機的連鎖保護功能
·射水泵、定排、5號磨的程控啟停功能
（3）DEH系統設計功能有：自動升速、自動暖機、自動磨檢、自動過臨界、自動同期、快卸負荷、一次調頻、主汽壓力保護、過負荷切閥控保護、閥控／壓控／功控模式切換、電液無擾切換、電調故障切液調等。
DEH采用HS－2000CAS系統實現，操作員站有相關操作畫面，控制盤臺上另設DEH專用操作面板。
（4）DAS系統不僅包括傳統的數據采集功能，還包括歷史曲線記錄、事故追憶、SOE記錄及打印等多項功能，利于現場事故分析。所采集的數據除熱工信號外，還包括部分電氣專業數字量、模擬量信號。此次改造拆除了立盤上的小型巡測儀，將測點直接送入HS－2000CAS系統。
（5）由于本次改造不涉及鍋爐保護系統、點火程控系統和汽機保護系統，為保證整臺機組系統的完整，利用HS－2000CAS的通訊站以串行數據通信方式將以上系統的信號引入HS－2000CAS，在操作員站畫面顯示。同時該通訊站向石熱廠級MIS網發送重要數據。
3控制功能設計特點
參考在其他電廠成功應用的設計方案，同時考慮到石景山熱電廠實際需要，MCS整體控制方案包括：汽機跟蹤、鍋爐跟蹤、機跟爐協調、爐跟機協調等多種協調控制方式；機組供熱調節方案；給水泵調節、送引風調節等子回路控制方案；被調量測點選擇及處理方案；MCS與SCS之間信號傳遞及處理方案等。
當機組需要進入協調控制時，可根據機組實際情況，選擇進入不同協調方式，而多種協調方式間的切換是無擾進行的。給水控制系統采用三沖量調節，一、二級減溫控制系統采用串級調節。MCS所有重要測點采用雙測點冗余方式，可在操作畫面上人工選擇任一測點作為被調量。
射水泵組、定排電動門組、5號磨系統設有程控啟停功能。將程控／手動選擇按鈕置程控位，可進行設備順序啟停操作，在程控／手動選擇按鈕置回手動位之前，有關設備不能進行手動操作。在設備本體保護信號發出時，程控指令中斷，執行本體保護指令。如程序執行時間超過規定時間，則顯示執行超時報警，程序中斷。
所有電動機、風機、泵（電動門、電磁閥除外）都設計有遠方／就地操作切換功能，即如將設備置于就地操作位，被控設備不能由CRT上操作，啟／停指令不能發出，此時每個設備圖標旁邊用紅字顯示設備在就地位。如需將設備切到遠方操作位，選擇設備遠方／就地切換畫面進行操作。此種功能便于設備檢修。
考慮到操作習慣，保留設備聯鎖功能，邏輯設計中，盡量保持原聯鎖開關與現聯鎖按鈕功能的一致性。曾經考慮將聯鎖功能只定義為設備間的互聯和運行參數異常聯鎖，設備本體保護不受聯鎖投切的限制，這種設計被認為比較安全，符合當今要求，但因與原操作方式不一致，容易引起運行人員誤會，最終還是按照舊的聯鎖功能進行設計。
設備事故跳閘被定義為無DCS停指令輸出而設備停。取DCS系統DO輸出做為實際輸出指令，如設備啟指令已發出，在設備停反饋出現之前，無設備停指令發出，即判為事故跳閘。事故跳閘發生后，設計為按下操作畫面上設備停按鈕復位事故跳閘信號，這與原操作習慣是一致的。此事故跳閘與熱工保護跳閘為兩個不同概念，由此可判斷設備異常跳閘的原因，分清熱工與電氣雙方的責任。
需注意一點，即如設備在就地操作位啟動后，由于SCS系統沒有輸出啟動指令，當設備停反饋出現，系統將不認為是事故跳閘。為避免發生此種情況，所有設備正常操作均應在CRT上進行，就地操作只作為試驗，試驗完畢設備應置于停止位。
事故跳閘采用常規首出項鎖定邏輯，將首出顯示復位功能設計為設備重新啟動后自動復位，也可由手動按鈕復位。這樣設計，既方便運行人員操作，又保證首出顯示的正確性和實時性。
在操作畫面上為運行人員提供足夠的顯示信息，例如，在主要設備圖標旁提供跳閘首出彈出窗口，便于查找設備跳閘原因，此窗口同時顯示設備啟動許可條件，運行人員可根據提示，在設備啟動前檢查設備情況。MCS中也增加了閉環系統強制切手動原因的首出判斷邏輯，便于事故分析。
4改造中遇到的問題及解決方法
4．1機柜接線問題
在系統測試中曾發現HS－2000CAS機柜內部連線有虛接現象，經查實為和利時公司機柜出廠前配線作業不當所致，后將所有內部配線徹底檢查，問題解決。
4．2固態繼電器問題
在設備傳動中發現作為DO指令輸出的固態繼電器有永久開路或永久斷路的情況，懷疑為固態繼電器損壞，更換固態繼電器后回路正常。后又多次發生此類事情，在二次風門回路等頻繁操作的設備中尤其突出，只得反復更換固態繼電器，最終確定為固態繼電器本身耐壓能力不夠，導致固態繼電器損壞。
4．3控制反應時間問題
調試初期，在操作畫面上操作設備時，由發出指令到看到設備反饋需很長時間，經檢查發現控制器控制周期設置過長，將SCS順控站運算周期加快至250ms，節省了多次中間處理時間。修改后，回報總時間已縮短至2s，滿足運行要求。
4．4MCS與DAS系統測點安排問題
MCS與DAS系統位于不同控制站中，但由于測點安排不盡合理，部分MCS系統所需的測點被安置于DAS控制站中，當DAS系統內的測點需要檢修，MCS系統將會受到不同程度的影響。曾經由于此類原因，MCS系統的一子回路發生異常波動并強切到手動。
4．5電磁閥運行超時振蕩問題
所有電磁閥都為單線圈形式，單指令輸出控制。
按照HS－2000CAS控制方式，電磁閥開運行超時后控制指令回零，電磁閥將向關方向動作，到位后，由于開指令仍被記憶，電磁閥又將被打開，如此反復。解決方案為使用RS觸發器，排除運行超時、命令記憶情況下的振蕩；同時適當增大運行時間參數。
4．6主參數畫面動態點顯示過小
HS－2000CAS操作畫面中的動態點顯示偏小，不利于運行人員監視，為此修改圖形文件中數值型動態點，增加“放大”選項修改漢字庫，更新HZK16文件，在線軟件做相應處理。
4．7電流表指示花屏現象
為適應運行人員的監視習慣，特意在顯示畫面中加入盤裝電流表模擬畫面，由于圖形處理軟件的局部問題，導致顯示出現花屏現象，后經修改在線軟件的圖形處理部分，顯示恢復正常。
4．8順控F站故障
由于離線組態軟件在系統鏈接時錯誤地將I／O站內目標數據文件的目標代碼的校驗位減少了“1”，使站內模件不存在且通訊出錯。為此重新修改離線編譯軟件，正確生成校驗位，問題得到徹底解決。
4．9操作員站死機
2號、3號操作員站CRT在調試初期曾出現3次死機。經逐漸檢查發現2號、3號主機畫面數量由近400幅刪至160幅后，至今未發生死機，初步斷定是畫面過多所致。為此清理操作員站畫面，刪去實際運行后不需要的測試圖。
此次改造采用分散控制系統，較好地實現了DEH、CCS、MCS、SCS、DAS多項功能，采用CRT／鼠標或鍵盤操作方式，取消絕大部分常規顯示儀表和手操設備，增加了協調控制、順序控制、電調等功能，提高了機組的自動化程度。
系統硬件配置為：共設5個操作員站，2個工程師站，10個控制站（10號～19號），其中控制站機柜20個單柜，繼電器柜2個單柜，主機柜2個單柜，擴展柜1個單柜，配電柜1個單柜。控制站（10～12號）為MCS系統，控制站（13～16號）為SCS系統，DAS系統由兩個控制站（17號、18號）組成，DEH系統占一個控制站（19號）。
1HS－2000CAS系統介紹
該系統是和利時公司最新開發的系統，其基本結構由4部分組成，即系統網絡、操作員站、工程師站、現場控制站。操作員站、工程師站、現場控制站作為邏輯意義相同的節點掛接在系統網絡上。系統網絡為和利時公司開發的ARCNET雙冗余工業實時網，雙令牌總線（TOKENBUS），網絡速率為5M。操作員站和工程師站利用網絡控制板與系統網絡連接，而現場控制站利用主控模件與系統網絡連接。
現場控制站由主控模塊、智能輸入／輸出模件、電源模件和專用機柜組成，系統由UPS實現雙路供電，主控模塊、電源模件、模出模件全部采用雙冗余配置，有模件在線自診斷功能，診斷結果可由操作員站或工程師站的系統畫面顯示。在主控模塊、智能輸入／輸出模件上分別固化實時控制軟件和智能輸入／輸出處理軟件。每個控制站機柜附帶一個端子柜，便于信號電纜接線。實時控制軟件運行在一個嵌入式多任務處理系統中，完成信號轉換與處理、控制運算（石熱項目控制運算周期MCS和SCS為250ms，DAS為1s，DEH為100ms）、通信、自診斷、雙主控模塊切換時保持數據一致等功能。智能輸入／輸出處理軟件完成采樣、濾波、模／數轉換、小信號非線性補償、冷端補償、工程單位換算、過程點質量判斷等功能。
操作員站和工程師站由高可靠工業微機配以外設組成（石熱項目采用研華工業控制微機）。操作員站運行HS－2000CAS系統專用實時監控軟件，該軟件完成圖形顯示與會話、控制調節、趨勢顯示、報警管理和顯示、報表打印及事故追憶等。工程師站運行HS－2000CAS系統組態軟件包，軟件運行環境為PWIN32。軟件包有10個漢字工具軟件，具有方便的人機界面，主要功能為：系統管理、數據庫生成、功能塊圖生成、梯形圖生成、計算公式生成、引用生成、歷史庫生成、追憶庫生成、圖形生成、報表生成。操作員站和工程師站都有分級別保護措施，只有以正確口令登錄，才能執行相應操作。
2系統設計方案
（1）MCS系統共設計31套自動調節系統，
包括：
·協調控制系統
·燃燒控制系統
·送風控制系統
·引風控制系統
·全程給水控制（單、三沖量）系統
·1～5號磨風量控制系統
·1～5號磨出口溫度控制系統
·左右側一級減溫控制系統
·左右側二級減溫控制系統
·左右側再熱汽溫控制系統
·除氧器水位控制系統
·軸封供汽壓力控制系統
·氫溫控制系統
·冷油器控制系統
·熱網加熱器溫度控制系統
MCS在立盤保留13個后備手操，包括：
·1號給水泵轉速控制系統
·2號給水泵轉速控制系統
·給水調節閥控制系統
·左側送風控制系統
·右側送風控制系統
·左側引風控制系統
·右側引風控制系統
·左側一級減溫控制系統
·右側一級減溫控制系統
·左側二級減溫控制系統
·右側二級減溫控制系統
·左側再熱汽溫控制系統
·右側再熱汽溫控制系統
（2）設計SCS邏輯時盡量采用電廠實際使用中的邏輯，參照原運行規程，并聽取運行人員的意見。這樣做，一方面吸取原有控制邏輯的優點，一方面使運行人員不必改變或較少改變原有的操作習慣。SCS控制范圍包括：
·66套電動機的開關操作
·3套調節閥的開關操作
·14套電磁閥的開關操作
·98套電動門的開關操作
·36套二次風門的開關操作
·12套周界風門的開關操作
·相關電動門電動機的連鎖保護功能
·射水泵、定排、5號磨的程控啟停功能
（3）DEH系統設計功能有：自動升速、自動暖機、自動磨檢、自動過臨界、自動同期、快卸負荷、一次調頻、主汽壓力保護、過負荷切閥控保護、閥控／壓控／功控模式切換、電液無擾切換、電調故障切液調等。
DEH采用HS－2000CAS系統實現，操作員站有相關操作畫面，控制盤臺上另設DEH專用操作面板。
（4）DAS系統不僅包括傳統的數據采集功能，還包括歷史曲線記錄、事故追憶、SOE記錄及打印等多項功能，利于現場事故分析。所采集的數據除熱工信號外，還包括部分電氣專業數字量、模擬量信號。此次改造拆除了立盤上的小型巡測儀，將測點直接送入HS－2000CAS系統。
（5）由于本次改造不涉及鍋爐保護系統、點火程控系統和汽機保護系統，為保證整臺機組系統的完整，利用HS－2000CAS的通訊站以串行數據通信方式將以上系統的信號引入HS－2000CAS，在操作員站畫面顯示。同時該通訊站向石熱廠級MIS網發送重要數據。
3控制功能設計特點
參考在其他電廠成功應用的設計方案，同時考慮到石景山熱電廠實際需要，MCS整體控制方案包括：汽機跟蹤、鍋爐跟蹤、機跟爐協調、爐跟機協調等多種協調控制方式；機組供熱調節方案；給水泵調節、送引風調節等子回路控制方案；被調量測點選擇及處理方案；MCS與SCS之間信號傳遞及處理方案等。
當機組需要進入協調控制時，可根據機組實際情況，選擇進入不同協調方式，而多種協調方式間的切換是無擾進行的。給水控制系統采用三沖量調節，一、二級減溫控制系統采用串級調節。MCS所有重要測點采用雙測點冗余方式，可在操作畫面上人工選擇任一測點作為被調量。
射水泵組、定排電動門組、5號磨系統設有程控啟停功能。將程控／手動選擇按鈕置程控位，可進行設備順序啟停操作，在程控／手動選擇按鈕置回手動位之前，有關設備不能進行手動操作。在設備本體保護信號發出時，程控指令中斷，執行本體保護指令。如程序執行時間超過規定時間，則顯示執行超時報警，程序中斷。
所有電動機、風機、泵（電動門、電磁閥除外）都設計有遠方／就地操作切換功能，即如將設備置于就地操作位，被控設備不能由CRT上操作，啟／停指令不能發出，此時每個設備圖標旁邊用紅字顯示設備在就地位。如需將設備切到遠方操作位，選擇設備遠方／就地切換畫面進行操作。此種功能便于設備檢修。
考慮到操作習慣，保留設備聯鎖功能，邏輯設計中，盡量保持原聯鎖開關與現聯鎖按鈕功能的一致性。曾經考慮將聯鎖功能只定義為設備間的互聯和運行參數異常聯鎖，設備本體保護不受聯鎖投切的限制，這種設計被認為比較安全，符合當今要求，但因與原操作方式不一致，容易引起運行人員誤會，最終還是按照舊的聯鎖功能進行設計。
設備事故跳閘被定義為無DCS停指令輸出而設備停。取DCS系統DO輸出做為實際輸出指令，如設備啟指令已發出，在設備停反饋出現之前，無設備停指令發出，即判為事故跳閘。事故跳閘發生后，設計為按下操作畫面上設備停按鈕復位事故跳閘信號，這與原操作習慣是一致的。此事故跳閘與熱工保護跳閘為兩個不同概念，由此可判斷設備異常跳閘的原因，分清熱工與電氣雙方的責任。
需注意一點，即如設備在就地操作位啟動后，由于SCS系統沒有輸出啟動指令，當設備停反饋出現，系統將不認為是事故跳閘。為避免發生此種情況，所有設備正常操作均應在CRT上進行，就地操作只作為試驗，試驗完畢設備應置于停止位。
事故跳閘采用常規首出項鎖定邏輯，將首出顯示復位功能設計為設備重新啟動后自動復位，也可由手動按鈕復位。這樣設計，既方便運行人員操作，又保證首出顯示的正確性和實時性。
在操作畫面上為運行人員提供足夠的顯示信息，例如，在主要設備圖標旁提供跳閘首出彈出窗口，便于查找設備跳閘原因，此窗口同時顯示設備啟動許可條件，運行人員可根據提示，在設備啟動前檢查設備情況。MCS中也增加了閉環系統強制切手動原因的首出判斷邏輯，便于事故分析。
4改造中遇到的問題及解決方法
4．1機柜接線問題
在系統測試中曾發現HS－2000CAS機柜內部連線有虛接現象，經查實為和利時公司機柜出廠前配線作業不當所致，后將所有內部配線徹底檢查，問題解決。
4．2固態繼電器問題
在設備傳動中發現作為DO指令輸出的固態繼電器有永久開路或永久斷路的情況，懷疑為固態繼電器損壞，更換固態繼電器后回路正常。后又多次發生此類事情，在二次風門回路等頻繁操作的設備中尤其突出，只得反復更換固態繼電器，最終確定為固態繼電器本身耐壓能力不夠，導致固態繼電器損壞。
4．3控制反應時間問題
調試初期，在操作畫面上操作設備時，由發出指令到看到設備反饋需很長時間，經檢查發現控制器控制周期設置過長，將SCS順控站運算周期加快至250ms，節省了多次中間處理時間。修改后，回報總時間已縮短至2s，滿足運行要求。
4．4MCS與DAS系統測點安排問題
MCS與DAS系統位于不同控制站中，但由于測點安排不盡合理，部分MCS系統所需的測點被安置于DAS控制站中，當DAS系統內的測點需要檢修，MCS系統將會受到不同程度的影響。曾經由于此類原因，MCS系統的一子回路發生異常波動并強切到手動。
4．5電磁閥運行超時振蕩問題
所有電磁閥都為單線圈形式，單指令輸出控制。
按照HS－2000CAS控制方式，電磁閥開運行超時后控制指令回零，電磁閥將向關方向動作，到位后，由于開指令仍被記憶，電磁閥又將被打開，如此反復。解決方案為使用RS觸發器，排除運行超時、命令記憶情況下的振蕩；同時適當增大運行時間參數。
4．6主參數畫面動態點顯示過小
HS－2000CAS操作畫面中的動態點顯示偏小，不利于運行人員監視，為此修改圖形文件中數值型動態點，增加“放大”選項修改漢字庫，更新HZK16文件，在線軟件做相應處理。
4．7電流表指示花屏現象
為適應運行人員的監視習慣，特意在顯示畫面中加入盤裝電流表模擬畫面，由于圖形處理軟件的局部問題，導致顯示出現花屏現象，后經修改在線軟件的圖形處理部分，顯示恢復正常。
4．8順控F站故障
由于離線組態軟件在系統鏈接時錯誤地將I／O站內目標數據文件的目標代碼的校驗位減少了“1”，使站內模件不存在且通訊出錯。為此重新修改離線編譯軟件，正確生成校驗位，問題得到徹底解決。
4．9操作員站死機
2號、3號操作員站CRT在調試初期曾出現3次死機。經逐漸檢查發現2號、3號主機畫面數量由近400幅刪至160幅后，至今未發生死機，初步斷定是畫面過多所致。為此清理操作員站畫面，刪去實際運行后不需要的測試圖。
此次改造采用分散控制系統，較好地實現了DEH、CCS、MCS、SCS、DAS多項功能，采用CRT／鼠標或鍵盤操作方式，取消絕大部分常規顯示儀表和手操設備，增加了協調控制、順序控制、電調等功能，提高了機組的自動化程度。
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