DCS在火电厂主控系统中的应用
摘 要：利用日本山武公司的HARMONAS系统实现火电厂主控系统的开发，采用RTC进行工程组态，用Intouch作为系统的监控软件，将先进的操作管理、优越的控制功能和系统的可靠性完美地结合在一起，达到分散控制集中管理的目的。
关键词：DCS；控制器；I／O卡件；主控系统
（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
分散控制系统DCS应用于火电厂主控系统中，将管理监控、实时控制、数据采集等功能分散到不同的计算机中，并采取冗余技术，保证了系统的可靠性；利用计算机组态和图形化技术实现整个系统功能的模块化组态，以适应不同控制过程的控制要求和算法，实现系统的调试和投运；将过程数据进行记载，通过网络将数据自动传输到生产管理计算机系统，实现集成化管理与控制。
1 火电厂主控系统的设计
火电厂主控系统的控制方式分为：DAS、MCS、SCS、BMS、DEH等，其中DAS．MCS系统由DCS来实现。山武公司的DCS系统有较强的抗干扰能力及完善的模拟量和数字量I／0模块，在火电厂主控系统应用中，摒弃了以往的模拟盘、仪表盘、操作按钮控制台等，采用上位机联成网络完成控制与管理任务。
1．1 主控系统的配置与功能
在有近2000个开关量，200多个模拟量测点和20多个PID调节回路控制对象的火电厂中，主控系统可配置三套开放式监控操作站（HSS）、两台激光打印机、一台针式打印机、一套冗余HARMONAS控制器（HC），整个控制系统通过以太网相连，实现数据共享、达到操作和管理的集中控制要求。主控系统具有如下功能：采集与监视工作过程数据，以动态的画面显示；实现各种控制以及联锁保护；处理数据报警与系统报警；存储、查询数据；生成各种报表等。
三套操作站中，一套为工程师站兼操作员站，两套为操作员站，通过交换机与主控制器相连。现场信号通过安全栅进入控制柜与I／O卡件相连，通过控制器来完成现场模拟量、开关量的数据采集及对现场的设备进行自动控制。当操作站或网络出现故障时，控制器可以独立工作。图1为火电厂主控系统配置图。
本系统卡件数为75块（其中冗余卡件为15块），相当于90块卡件，可配置三台控制柜（最多可安装120块卡件）。模拟量输入卡件对模拟输入信号进行数字滤波、线性修正和热电偶的冷端温度补偿，并可设置两个上限和两个下限报警；对流量信号和水位信号进行温度、压力校正及线性处理等。开关量输入卡件对开关量输入信号进行开入跳变纪录并同时存盘，已备事故分析查阅，具有经济指标计算与性能分析计算功能；历史数据存储、机组数据可存储1个月，实现一次风粉浓度在线检测，二次风速测量。
模拟量调节系统MCS部分主要包括协调控制系统、给水自动调节系统、过热汽温自动调节系统、再热汽温自动调节系统、送风量自动调节系统（含氧量控制）、引风自动调节系统、凝结器水位调节系统、轴封汽压调节系统、高压水位调节系统等。各调节系统的运行操作均在操作员站上完成，自动调节系统的参数整定在工程师站上或授权的操作员站上完成。
2 HARMONAS组态软件
HARMONAS系统的实时操作系统采用微软公司的win—dows 2000，数据记录软件采用Excell；在开放的工程应用软件Intouch上开发了RTC系统生成软件；采用Intouch软件进行监控。Intouch软件定义方便，报表功能强大，内部按钮等图库形式多样，安全锁采用硬件狗和软权的形式，使用安全、可靠。
2．1 RTC 的主要功能
（1）资料管理；
（2）硬件设计；
（3）控制功能设计；
（4）逻辑功能设计；
（5）顺序功能设计；
（6）报表生成功能；
（7）历史，趋势定义功能。
2．2监控系统功能
监控系统由一个主画面和若干分画面组成，以变量和状态变量实时显示。设备的工作状态以动画形式显示、模拟量以数值形式显示。主画面显示整个火电厂的生产运行状态；分画面显示子控制系统的工作状态，包括汽机控制系统、锅炉燃烧控制系统、炉膛安全保护系统、给水泵控制系统等。分画面以类似常规调节表和指示表的形式显示回路和测量指示点的信息，如变量值、设定值、输出值、控制方式（MAN，AUTO／CASC）和高低报警（无报警时不出现）等。操作员可从分画面调出任意变量（模拟或数字）的信息。对于模拟回路，操作员可对设定值、输出值、控制方式等进行操作；对于数字回路，操作员可对设备发出启、停命令；画面可显示出命令状态和实际工作状态。细目画面用于显示出任一指定控制点的全部信息。趋势曲线画面可用不同的颜色和时问间隔在一个画面上显示8个变量，变量可任意选择组合，并有放大和卷动功能。报警汇总画面包括全部的报警点，并可按时问顺序列出最近的200个报警，包括仪表标号、报警内容、开始和恢复正常工作的日期和时问等，未经确认的报警点则处于闪烁状态。
2．3报表功能
用报表生成软件（EXCEL）可以建立和修改报表，并可对报表的各个字段进行组态。报表功能可由程序控制、报警控制和操作员控制启动，可由任意一台打印机完成打印任务。
3 结论
HARMONAS系统的应用，使得火电厂主控系统安全可靠、易于扩展、维修方便。HC采用高耐热部件、CMOS技术高密度设计，确保了系统的可靠性和事故容错性；软硬件均采用模块化结构，易于扩展；维修时只需更换卡件即可，并且卡件可以带电更换，维修方便。
参考文献：
[1]王亚民，陈青，刘畅．组态软件设计与开发【M】．西安：西安电子科
技大学出版社，2003．
[2]熊静琪．计算机控制技术【M】．北京：电子工业出版社，2003．
[3]陈倩茵．厂用电监控系统在火电厂的应用啪．电力自动化设备，2005，25（3）：85—87．
[4]吴伟，孙建．浅谈发电厂电气监控系统纳入机组DCSIJ]．山东电力技术，2000．（2）：45-48．
[5]曹怀虎，余镇危，王磊，等．以太网DCS中基于MODBUSfrCP协议通信的设计与实现【J】．计算机工程与设计，2004，25（2）：314—317．
[6]吴维宁，张文亮．提高电力系统软件可靠性措施的研究Ⅲ．电力自动化设备，2003，23（3）：53—55．
关键词：DCS；控制器；I／O卡件；主控系统
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
分散控制系统DCS应用于火电厂主控系统中，将管理监控、实时控制、数据采集等功能分散到不同的计算机中，并采取冗余技术，保证了系统的可靠性；利用计算机组态和图形化技术实现整个系统功能的模块化组态，以适应不同控制过程的控制要求和算法，实现系统的调试和投运；将过程数据进行记载，通过网络将数据自动传输到生产管理计算机系统，实现集成化管理与控制。
1 火电厂主控系统的设计
火电厂主控系统的控制方式分为：DAS、MCS、SCS、BMS、DEH等，其中DAS．MCS系统由DCS来实现。山武公司的DCS系统有较强的抗干扰能力及完善的模拟量和数字量I／0模块，在火电厂主控系统应用中，摒弃了以往的模拟盘、仪表盘、操作按钮控制台等，采用上位机联成网络完成控制与管理任务。
1．1 主控系统的配置与功能
在有近2000个开关量，200多个模拟量测点和20多个PID调节回路控制对象的火电厂中，主控系统可配置三套开放式监控操作站（HSS）、两台激光打印机、一台针式打印机、一套冗余HARMONAS控制器（HC），整个控制系统通过以太网相连，实现数据共享、达到操作和管理的集中控制要求。主控系统具有如下功能：采集与监视工作过程数据，以动态的画面显示；实现各种控制以及联锁保护；处理数据报警与系统报警；存储、查询数据；生成各种报表等。
三套操作站中，一套为工程师站兼操作员站，两套为操作员站，通过交换机与主控制器相连。现场信号通过安全栅进入控制柜与I／O卡件相连，通过控制器来完成现场模拟量、开关量的数据采集及对现场的设备进行自动控制。当操作站或网络出现故障时，控制器可以独立工作。图1为火电厂主控系统配置图。
1．2 监控操作站
作为人机接口，从硬件开放的角度出发，采用最负盛名的工业级DELL PC，并安装完全开放的Windows 2000作为实时操作系统，完全支持SQL、DDE、OLE、ODBC和OPC国际标准，被称为协调监控站HSS（HARMONAS Supervisory Station）。
1．3 HARMONAS控制器（HC）
HC由中央处理单元（CPU）模块、控制模块、通讯模块、适配器单元接口（AuI）=I奠块及／／O卡件组成，它具有如下特点：
（1）具有19种标准算法的调节控制功能；
（2）具有128个逻辑功能块和26种逻辑算法的逻辑运算功能；
（3）具有足以处理各种连续／非连续过程问题的顺序控制功能；
（4）提供用户再开发功能，如非标算法等用户编程功能。
本系统的控制变量共有2120点，其中DI948点，AI138点，DO948点，AO86点，主要控制卡件的选择如表1所示。
本系统卡件数为75块（其中冗余卡件为15块），相当于90块卡件，可配置三台控制柜（最多可安装120块卡件）。模拟量输入卡件对模拟输入信号进行数字滤波、线性修正和热电偶的冷端温度补偿，并可设置两个上限和两个下限报警；对流量信号和水位信号进行温度、压力校正及线性处理等。开关量输入卡件对开关量输入信号进行开入跳变纪录并同时存盘，已备事故分析查阅，具有经济指标计算与性能分析计算功能；历史数据存储、机组数据可存储1个月，实现一次风粉浓度在线检测，二次风速测量。
模拟量调节系统MCS部分主要包括协调控制系统、给水自动调节系统、过热汽温自动调节系统、再热汽温自动调节系统、送风量自动调节系统（含氧量控制）、引风自动调节系统、凝结器水位调节系统、轴封汽压调节系统、高压水位调节系统等。各调节系统的运行操作均在操作员站上完成，自动调节系统的参数整定在工程师站上或授权的操作员站上完成。
2 HARMONAS组态软件
HARMONAS系统的实时操作系统采用微软公司的win—dows 2000，数据记录软件采用Excell；在开放的工程应用软件Intouch上开发了RTC系统生成软件；采用Intouch软件进行监控。Intouch软件定义方便，报表功能强大，内部按钮等图库形式多样，安全锁采用硬件狗和软权的形式，使用安全、可靠。
2．1 RTC 的主要功能
（1）资料管理；
（2）硬件设计；
（3）控制功能设计；
（4）逻辑功能设计；
（5）顺序功能设计；
（6）报表生成功能；
（7）历史，趋势定义功能。
2．2监控系统功能
监控系统由一个主画面和若干分画面组成，以变量和状态变量实时显示。设备的工作状态以动画形式显示、模拟量以数值形式显示。主画面显示整个火电厂的生产运行状态；分画面显示子控制系统的工作状态，包括汽机控制系统、锅炉燃烧控制系统、炉膛安全保护系统、给水泵控制系统等。分画面以类似常规调节表和指示表的形式显示回路和测量指示点的信息，如变量值、设定值、输出值、控制方式（MAN，AUTO／CASC）和高低报警（无报警时不出现）等。操作员可从分画面调出任意变量（模拟或数字）的信息。对于模拟回路，操作员可对设定值、输出值、控制方式等进行操作；对于数字回路，操作员可对设备发出启、停命令；画面可显示出命令状态和实际工作状态。细目画面用于显示出任一指定控制点的全部信息。趋势曲线画面可用不同的颜色和时问间隔在一个画面上显示8个变量，变量可任意选择组合，并有放大和卷动功能。报警汇总画面包括全部的报警点，并可按时问顺序列出最近的200个报警，包括仪表标号、报警内容、开始和恢复正常工作的日期和时问等，未经确认的报警点则处于闪烁状态。
2．3报表功能
用报表生成软件（EXCEL）可以建立和修改报表，并可对报表的各个字段进行组态。报表功能可由程序控制、报警控制和操作员控制启动，可由任意一台打印机完成打印任务。
3 结论
HARMONAS系统的应用，使得火电厂主控系统安全可靠、易于扩展、维修方便。HC采用高耐热部件、CMOS技术高密度设计，确保了系统的可靠性和事故容错性；软硬件均采用模块化结构，易于扩展；维修时只需更换卡件即可，并且卡件可以带电更换，维修方便。
参考文献：
[1]王亚民，陈青，刘畅．组态软件设计与开发【M】．西安：西安电子科
技大学出版社，2003．
[2]熊静琪．计算机控制技术【M】．北京：电子工业出版社，2003．
[3]陈倩茵．厂用电监控系统在火电厂的应用啪．电力自动化设备，2005，25（3）：85—87．
[4]吴伟，孙建．浅谈发电厂电气监控系统纳入机组DCSIJ]．山东电力技术，2000．（2）：45-48．
[5]曹怀虎，余镇危，王磊，等．以太网DCS中基于MODBUSfrCP协议通信的设计与实现【J】．计算机工程与设计，2004，25（2）：314—317．
[6]吴维宁，张文亮．提高电力系统软件可靠性措施的研究Ⅲ．电力自动化设备，2003，23（3）：53—55．
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