DCS在火電廠主控系統中的應用
摘 要：利用日本山武公司的HARMONAS系統實現火電廠主控系統的開發，采用RTC進行工程組態，用Intouch作為系統的監控軟件，將先進的操作管理、優越的控制功能和系統的可靠性完美地結合在一起，達到分散控制集中管理的目的。
關鍵詞：DCS；控制器；I／O卡件；主控系統
（School of Electronic and Information Engineering，Dalian University of Technology，Dalian 1 16023，China）
Abstract：Using Japan’s YAMATAKE-HARMONAS （Harmony automation system）system achieves to develop the power plant control systerm The system works by
RTC configuration，using Intouch system as monitoring software，and combining advanced operation and management，excellent control function and the reliability of the system to obtain the purpose of
decentralized control and centralized management．
Key words：DCS（Distributed Control System）；Controller；I／O card；Main control system
分散控制系統DCS應用于火電廠主控系統中，將管理監控、實時控制、數據采集等功能分散到不同的計算機中，并采取冗余技術，保證了系統的可靠性；利用計算機組態和圖形化技術實現整個系統功能的模塊化組態，以適應不同控制過程的控制要求和算法，實現系統的調試和投運；將過程數據進行記載，通過網絡將數據自動傳輸到生產管理計算機系統，實現集成化管理與控制。
1 火電廠主控系統的設計
火電廠主控系統的控制方式分為：DAS、MCS、SCS、BMS、DEH等，其中DAS．MCS系統由DCS來實現。山武公司的DCS系統有較強的抗干擾能力及完善的模擬量和數字量I／0模塊，在火電廠主控系統應用中，摒棄了以往的模擬盤、儀表盤、操作按鈕控制臺等，采用上位機聯成網絡完成控制與管理任務。
1．1 主控系統的配置與功能
在有近2000個開關量，200多個模擬量測點和20多個PID調節回路控制對象的火電廠中，主控系統可配置三套開放式監控操作站（HSS）、兩臺激光打印機、一臺針式打印機、一套冗余HARMONAS控制器（HC），整個控制系統通過以太網相連，實現數據共享、達到操作和管理的集中控制要求。主控系統具有如下功能：采集與監視工作過程數據，以動態的畫面顯示；實現各種控制以及聯鎖保護；處理數據報警與系統報警；存儲、查詢數據；生成各種報表等。
三套操作站中，一套為工程師站兼操作員站，兩套為操作員站，通過交換機與主控制器相連。現場信號通過安全柵進入控制柜與I／O卡件相連，通過控制器來完成現場模擬量、開關量的數據采集及對現場的設備進行自動控制。當操作站或網絡出現故障時，控制器可以獨立工作。圖1為火電廠主控系統配置圖。
本系統卡件數為75塊（其中冗余卡件為15塊），相當于90塊卡件，可配置三臺控制柜（最多可安裝120塊卡件）。模擬量輸入卡件對模擬輸入信號進行數字濾波、線性修正和熱電偶的冷端溫度補償，并可設置兩個上限和兩個下限報警；對流量信號和水位信號進行溫度、壓力校正及線性處理等。開關量輸入卡件對開關量輸入信號進行開入跳變紀錄并同時存盤，已備事故分析查閱，具有經濟指標計算與性能分析計算功能；歷史數據存儲、機組數據可存儲1個月，實現一次風粉濃度在線檢測，二次風速測量。
模擬量調節系統MCS部分主要包括協調控制系統、給水自動調節系統、過熱汽溫自動調節系統、再熱汽溫自動調節系統、送風量自動調節系統（含氧量控制）、引風自動調節系統、凝結器水位調節系統、軸封汽壓調節系統、高壓水位調節系統等。各調節系統的運行操作均在操作員站上完成，自動調節系統的參數整定在工程師站上或授權的操作員站上完成。
2 HARMONAS組態軟件
HARMONAS系統的實時操作系統采用微軟公司的win—dows 2000，數據記錄軟件采用Excell；在開放的工程應用軟件Intouch上開發了RTC系統生成軟件；采用Intouch軟件進行監控。Intouch軟件定義方便，報表功能強大，內部按鈕等圖庫形式多樣，安全鎖采用硬件狗和軟權的形式，使用安全、可靠。
2．1 RTC 的主要功能
（1）資料管理；
（2）硬件設計；
（3）控制功能設計；
（4）邏輯功能設計；
（5）順序功能設計；
（6）報表生成功能；
（7）歷史，趨勢定義功能。
2．2監控系統功能
監控系統由一個主畫面和若干分畫面組成，以變量和狀態變量實時顯示。設備的工作狀態以動畫形式顯示、模擬量以數值形式顯示。主畫面顯示整個火電廠的生產運行狀態；分畫面顯示子控制系統的工作狀態，包括汽機控制系統、鍋爐燃燒控制系統、爐膛安全保護系統、給水泵控制系統等。分畫面以類似常規調節表和指示表的形式顯示回路和測量指示點的信息，如變量值、設定值、輸出值、控制方式（MAN，AUTO／CASC）和高低報警（無報警時不出現）等。操作員可從分畫面調出任意變量（模擬或數字）的信息。對于模擬回路，操作員可對設定值、輸出值、控制方式等進行操作；對于數字回路，操作員可對設備發出啟、停命令；畫面可顯示出命令狀態和實際工作狀態。細目畫面用于顯示出任一指定控制點的全部信息。趨勢曲線畫面可用不同的顏色和時問間隔在一個畫面上顯示8個變量，變量可任意選擇組合，并有放大和卷動功能。報警匯總畫面包括全部的報警點，并可按時問順序列出最近的200個報警，包括儀表標號、報警內容、開始和恢復正常工作的日期和時問等，未經確認的報警點則處于閃爍狀態。
2．3報表功能
用報表生成軟件（EXCEL）可以建立和修改報表，并可對報表的各個字段進行組態。報表功能可由程序控制、報警控制和操作員控制啟動，可由任意一臺打印機完成打印任務。
3 結論
HARMONAS系統的應用，使得火電廠主控系統安全可靠、易于擴展、維修方便。HC采用高耐熱部件、CMOS技術高密度設計，確保了系統的可靠性和事故容錯性；軟硬件均采用模塊化結構，易于擴展；維修時只需更換卡件即可，并且卡件可以帶電更換，維修方便。
參考文獻：
[1]王亞民，陳青，劉暢．組態軟件設計與開發【M】．西安：西安電子科
技大學出版社，2003．
[2]熊靜琪．計算機控制技術【M】．北京：電子工業出版社，2003．
[3]陳倩茵．廠用電監控系統在火電廠的應用啪．電力自動化設備，2005，25（3）：85—87．
[4]吳偉，孫建．淺談發電廠電氣監控系統納入機組DCSIJ]．山東電力技術，2000．（2）：45-48．
[5]曹懷虎，余鎮危，王磊，等．以太網DCS中基于MODBUSfrCP協議通信的設計與實現【J】．計算機工程與設計，2004，25（2）：314—317．
[6]吳維寧，張文亮．提高電力系統軟件可靠性措施的研究Ⅲ．電力自動化設備，2003，23（3）：53—55．
關鍵詞：DCS；控制器；I／O卡件；主控系統
Application of DCS in Power Plant Control System
YIN Zhi-yuan
（School of Electronic and Information Engineering，Dalian University of Technology，Dalian 1 16023，China）
Abstract：Using Japan’s YAMATAKE-HARMONAS （Harmony automation system）system achieves to develop the power plant control systerm The system works by
RTC configuration，using Intouch system as monitoring software，and combining advanced operation and management，excellent control function and the reliability of the system to obtain the purpose of
decentralized control and centralized management．
Key words：DCS（Distributed Control System）；Controller；I／O card；Main control system
分散控制系統DCS應用于火電廠主控系統中，將管理監控、實時控制、數據采集等功能分散到不同的計算機中，并采取冗余技術，保證了系統的可靠性；利用計算機組態和圖形化技術實現整個系統功能的模塊化組態，以適應不同控制過程的控制要求和算法，實現系統的調試和投運；將過程數據進行記載，通過網絡將數據自動傳輸到生產管理計算機系統，實現集成化管理與控制。
1 火電廠主控系統的設計
火電廠主控系統的控制方式分為：DAS、MCS、SCS、BMS、DEH等，其中DAS．MCS系統由DCS來實現。山武公司的DCS系統有較強的抗干擾能力及完善的模擬量和數字量I／0模塊，在火電廠主控系統應用中，摒棄了以往的模擬盤、儀表盤、操作按鈕控制臺等，采用上位機聯成網絡完成控制與管理任務。
1．1 主控系統的配置與功能
在有近2000個開關量，200多個模擬量測點和20多個PID調節回路控制對象的火電廠中，主控系統可配置三套開放式監控操作站（HSS）、兩臺激光打印機、一臺針式打印機、一套冗余HARMONAS控制器（HC），整個控制系統通過以太網相連，實現數據共享、達到操作和管理的集中控制要求。主控系統具有如下功能：采集與監視工作過程數據，以動態的畫面顯示；實現各種控制以及聯鎖保護；處理數據報警與系統報警；存儲、查詢數據；生成各種報表等。
三套操作站中，一套為工程師站兼操作員站，兩套為操作員站，通過交換機與主控制器相連。現場信號通過安全柵進入控制柜與I／O卡件相連，通過控制器來完成現場模擬量、開關量的數據采集及對現場的設備進行自動控制。當操作站或網絡出現故障時，控制器可以獨立工作。圖1為火電廠主控系統配置圖。
1．2 監控操作站
作為人機接口，從硬件開放的角度出發，采用最負盛名的工業級DELL PC，并安裝完全開放的Windows 2000作為實時操作系統，完全支持SQL、DDE、OLE、ODBC和OPC國際標準，被稱為協調監控站HSS（HARMONAS Supervisory Station）。
1．3 HARMONAS控制器（HC）
HC由中央處理單元（CPU）模塊、控制模塊、通訊模塊、適配器單元接口（AuI）=I奠塊及／／O卡件組成，它具有如下特點：
（1）具有19種標準算法的調節控制功能；
（2）具有128個邏輯功能塊和26種邏輯算法的邏輯運算功能；
（3）具有足以處理各種連續／非連續過程問題的順序控制功能；
（4）提供用戶再開發功能，如非標算法等用戶編程功能。
本系統的控制變量共有2120點，其中DI948點，AI138點，DO948點，AO86點，主要控制卡件的選擇如表1所示。
本系統卡件數為75塊（其中冗余卡件為15塊），相當于90塊卡件，可配置三臺控制柜（最多可安裝120塊卡件）。模擬量輸入卡件對模擬輸入信號進行數字濾波、線性修正和熱電偶的冷端溫度補償，并可設置兩個上限和兩個下限報警；對流量信號和水位信號進行溫度、壓力校正及線性處理等。開關量輸入卡件對開關量輸入信號進行開入跳變紀錄并同時存盤，已備事故分析查閱，具有經濟指標計算與性能分析計算功能；歷史數據存儲、機組數據可存儲1個月，實現一次風粉濃度在線檢測，二次風速測量。
模擬量調節系統MCS部分主要包括協調控制系統、給水自動調節系統、過熱汽溫自動調節系統、再熱汽溫自動調節系統、送風量自動調節系統（含氧量控制）、引風自動調節系統、凝結器水位調節系統、軸封汽壓調節系統、高壓水位調節系統等。各調節系統的運行操作均在操作員站上完成，自動調節系統的參數整定在工程師站上或授權的操作員站上完成。
2 HARMONAS組態軟件
HARMONAS系統的實時操作系統采用微軟公司的win—dows 2000，數據記錄軟件采用Excell；在開放的工程應用軟件Intouch上開發了RTC系統生成軟件；采用Intouch軟件進行監控。Intouch軟件定義方便，報表功能強大，內部按鈕等圖庫形式多樣，安全鎖采用硬件狗和軟權的形式，使用安全、可靠。
2．1 RTC 的主要功能
（1）資料管理；
（2）硬件設計；
（3）控制功能設計；
（4）邏輯功能設計；
（5）順序功能設計；
（6）報表生成功能；
（7）歷史，趨勢定義功能。
2．2監控系統功能
監控系統由一個主畫面和若干分畫面組成，以變量和狀態變量實時顯示。設備的工作狀態以動畫形式顯示、模擬量以數值形式顯示。主畫面顯示整個火電廠的生產運行狀態；分畫面顯示子控制系統的工作狀態，包括汽機控制系統、鍋爐燃燒控制系統、爐膛安全保護系統、給水泵控制系統等。分畫面以類似常規調節表和指示表的形式顯示回路和測量指示點的信息，如變量值、設定值、輸出值、控制方式（MAN，AUTO／CASC）和高低報警（無報警時不出現）等。操作員可從分畫面調出任意變量（模擬或數字）的信息。對于模擬回路，操作員可對設定值、輸出值、控制方式等進行操作；對于數字回路，操作員可對設備發出啟、停命令；畫面可顯示出命令狀態和實際工作狀態。細目畫面用于顯示出任一指定控制點的全部信息。趨勢曲線畫面可用不同的顏色和時問間隔在一個畫面上顯示8個變量，變量可任意選擇組合，并有放大和卷動功能。報警匯總畫面包括全部的報警點，并可按時問順序列出最近的200個報警，包括儀表標號、報警內容、開始和恢復正常工作的日期和時問等，未經確認的報警點則處于閃爍狀態。
2．3報表功能
用報表生成軟件（EXCEL）可以建立和修改報表，并可對報表的各個字段進行組態。報表功能可由程序控制、報警控制和操作員控制啟動，可由任意一臺打印機完成打印任務。
3 結論
HARMONAS系統的應用，使得火電廠主控系統安全可靠、易于擴展、維修方便。HC采用高耐熱部件、CMOS技術高密度設計，確保了系統的可靠性和事故容錯性；軟硬件均采用模塊化結構，易于擴展；維修時只需更換卡件即可，并且卡件可以帶電更換，維修方便。
參考文獻：
[1]王亞民，陳青，劉暢．組態軟件設計與開發【M】．西安：西安電子科
技大學出版社，2003．
[2]熊靜琪．計算機控制技術【M】．北京：電子工業出版社，2003．
[3]陳倩茵．廠用電監控系統在火電廠的應用啪．電力自動化設備，2005，25（3）：85—87．
[4]吳偉，孫建．淺談發電廠電氣監控系統納入機組DCSIJ]．山東電力技術，2000．（2）：45-48．
[5]曹懷虎，余鎮危，王磊，等．以太網DCS中基于MODBUSfrCP協議通信的設計與實現【J】．計算機工程與設計，2004，25（2）：314—317．
[6]吳維寧，張文亮．提高電力系統軟件可靠性措施的研究Ⅲ．電力自動化設備，2003，23（3）：53—55．
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