一前言　　目前，適用于電廠的 DCS 控制系統(tǒng)種類繁多，由于近期國內(nèi)的經(jīng)濟發(fā)展出現(xiàn)用電緊張的局面， 為了保證各行各業(yè)的生產(chǎn)正常進行，我國的火電新建項目不斷增加，選擇一個最佳的 DCS 系統(tǒng) 是保證電廠安全生產(chǎn)的首要問題。 如何選擇 DCS 控制系統(tǒng)呢？ 第一、在選擇 DCS 控制系統(tǒng)時要了解 DCS 在其他電廠使用時是否經(jīng)常出現(xiàn)硬件損壞問題，如控 或系統(tǒng)功能再好，也不應(yīng)該列為首選。 第二、系統(tǒng)抗是否具有較強的抗干擾能力。如果一個系統(tǒng)沒有較強的抗干擾能力，就會在運行維 護中出現(xiàn)信號因外界干擾導(dǎo)致系統(tǒng)誤發(fā)信號，最終導(dǎo)致停機停爐事故發(fā)生。 第三、控制系統(tǒng)是否能夠在線維修?，F(xiàn)在控制系統(tǒng)一般都要采用冗余方式，采用這種方式的好處 在于既保證機組安全穩(wěn)定運行同時也便于在線檢修。 冗余一般都是指控制器的單元處理器以及網(wǎng) 絡(luò)通訊冗余，而且冗余的設(shè)備之間可以保證實現(xiàn)無擾切換，把機組出現(xiàn)的故障率降到最低。 第四、控制系統(tǒng)軟件功能是否強大?？刂葡到y(tǒng)的軟件組態(tài)的功能塊的種類是否能夠適用于 DCS 各種功能的需要。同時也不會因為軟件原因出現(xiàn)系統(tǒng)死機問題 制站經(jīng)常脫離網(wǎng)絡(luò)、開關(guān)量卡件經(jīng)常損壞等缺陷極容易導(dǎo)致機組出現(xiàn)跳閘的可能，所以即使軟件 如果我們選擇的 DCS 系統(tǒng)滿足了上述四個基本要求，那樣 DCS 系統(tǒng)基本可以列入考慮使用范圍 之內(nèi)。下面就各個公司的 DCS 系統(tǒng)情況來分析和選擇 DCS 系統(tǒng)二、國外各分散控制系統(tǒng)功能　　 1、成本高但功能強大、運行可靠性高的 TXP 控制系統(tǒng) 這種控制系統(tǒng)可以應(yīng)用在多種形式，各種大小的電廠中。而此控制系統(tǒng)采用模塊化的結(jié)構(gòu)，使該 系統(tǒng)可以適用各種規(guī)模機組的不同性能需要。 1、TXP 系統(tǒng)組成 說到可靠性高、功能強大的系統(tǒng)我認為是西門子公司的 TXP 系統(tǒng)（Teleperm-XP 分散控制系統(tǒng)） ， TXP 系統(tǒng)提供了處理和控制生產(chǎn)過程所必需的自動處理、操作、監(jiān)視和記錄功能。整個控制系統(tǒng) 制系統(tǒng)、OM650 操作和監(jiān)視系統(tǒng)、LAN 總線系統(tǒng)、ES680 工程管理系統(tǒng)、PG740 調(diào)試工具及 DS 診斷系統(tǒng)。其硬件結(jié)構(gòu)如下： 的功能分散于獨立的子系統(tǒng)之間，TXP 分散控制系統(tǒng)一般由六個子系統(tǒng)組成：AS620 過程自動控 2、TXP 系統(tǒng)特征 TXP 分散系統(tǒng)的硬件布置是開放性的、模塊化的，用戶根據(jù)需要可以進行靈活配置，以達到自身 最佳的性能價格化，對于安全要求特別高的電廠或其他重要的系統(tǒng)從控制總線、中央處理器、功 能處理卡件、甚至信號采集設(shè)備都要求冗余布置，對于一般設(shè)備則一套控制設(shè)備就可以，但是最 基本控制要素，象 AS、ES、OM 控制總線是必需的。 TXP 最大的優(yōu)越性在于此系統(tǒng)不象其他 DCS 系統(tǒng)將機組控制分為：DAS、CCS、SCS、FSSS、 DEH、MEH、旁路控制等，這些系統(tǒng)都有自己獨立的硬件和軟件，相互之間通信少，因此這些分 先這些分系統(tǒng)界限不十分明確，有的甚至沒有界限。DAS、CCS、SCS、FSSS、DEH、MEH、旁 路控制功能實現(xiàn)都是用相同的軟硬件實現(xiàn)，這樣便于檢修需要和日常維護需要。 系統(tǒng)的運行維護也是相對獨立的，并且有相當?shù)牟顒e，但 TXP、的分散控制系統(tǒng)是不一樣的，首 3、系統(tǒng)評價 此系統(tǒng)安全性能非常好，系統(tǒng)可靠性能高，DCS 控制部分可以根據(jù)用戶的需要配置硬件，所以是 電廠首選的控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)的通訊符合國際標準，出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)軟癱的事故較少，并且可以采用 冗余控制線路控制方式，硬件出現(xiàn)的較少。 本系統(tǒng)是用于對系統(tǒng)要求較高，維護人員少，就地設(shè)備性能高，維護費用較為充裕的電廠。 2 性能可靠，功能齊全，價格合理的 WDPF 系統(tǒng) WDFP 系統(tǒng)是美國西屋（Westing house）公司 1982 年推出的控制系統(tǒng) 20 世紀 80 年代后期升級 為 WDPFⅡ型，有數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)連接的一系列不同功能單元（站）集合而成，各站的速率之間可 以通過 WDPF 高速據(jù)通道(DaTa Highway)自由和快速的進行數(shù)據(jù)通信。通信速率為 2MB/S，每秒 可廣播最多 16000 個離散點 （摸你量或數(shù)字量） 使得分散的全局數(shù)據(jù)庫總處于當前的最新的狀態(tài)， 16000 點可以提供操作進行監(jiān)視，網(wǎng)上最多容納 32000 點，他能夠提供一系列的模擬量控制系統(tǒng) （MSC） 、順序控制系統(tǒng)(SCS)、燃燒器管理系統(tǒng)(BMS)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)等。 另外 16000 個離散點（模擬量或數(shù)字量）使得分散的全局數(shù)據(jù)庫總處于當前的最新狀態(tài)，另外 1、一個典型的 WDFP 系統(tǒng)組成： 分布處理單元 DPU 負責(zé)完成數(shù)據(jù)采集和控制（包括模擬和邏輯控制）功能。 操作員站 OS 用于信息顯示和報警，以及操作員監(jiān)控。 工程師 ES 用于系統(tǒng)軟件編程及調(diào)試維護等。 記錄站 LOG 用于對過程數(shù)據(jù)進行收集、格式化和打印。 歷史數(shù)據(jù)站 HDR 用于對過程點數(shù)據(jù)以及手動輸入離線數(shù)據(jù)記錄和存檔，將存檔的數(shù)據(jù)進行檢索 以產(chǎn)生歷史趨勢和自由格式的報告。 歷史的存儲和檢索 HSR 提供為以后分析之用的全部設(shè)備歷史數(shù)據(jù)智能化存儲和檢索。 VAX 機接口（VXI）提供 WDPF 數(shù)據(jù)通道和 VAX 系列計算機之間的高速通道接口，通用可編程 控制器接口 UPLC 能方便、高效地將分立可編程控制器（PLC）融入 WDPF 系統(tǒng)中。 MIS 門路與各種管理信息系統(tǒng)（MIS）相連，并提供過程控制、優(yōu)化、性能監(jiān)視、管理報告，站 接口單元 SIU 用作 WDPF 和其它計算機、設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)接口，數(shù)據(jù)高速公路提供廣播全局數(shù)據(jù)庫 的高速鏈路。 2 硬件結(jié)構(gòu) WDPF 系統(tǒng)由高速數(shù)據(jù)控制器、各種功能工作站和 I/O 卡件等設(shè)備構(gòu)成。 數(shù)據(jù)高速公路的通訊是由高速數(shù)據(jù)通道控制器子系統(tǒng)（DHC）提供的，對于所有的站 DHC 都是 相同的。由共享內(nèi)存、調(diào)制解調(diào)器和數(shù)據(jù)庫管理器構(gòu)成。 各功能工作站完成與其所在站相關(guān)的特定任務(wù)。 過程間的通信是通過內(nèi)存映象的 WDPF I/O，尤其提供了多種過程卡件用于和工程接口。 3、通信網(wǎng)絡(luò) 速公路的通信方式為廣播，WDPF 系統(tǒng)的廣播技術(shù)不需要主控制器，一個站在某一瞬間都是主控 信息高速公路采用 Ethernet，工作站通過 VEM BUS 與信息高速公路控制器相連。 WDPFII 采用的是國際通行的 UNIX 系統(tǒng)，使它擁有作為開放式系統(tǒng)的基本條件。 WDPF 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為開放式總線型結(jié)構(gòu)，有兩類高速通道：數(shù)據(jù)高速公路和信息高速公路。數(shù)據(jù)高 制器， 并將令牌控制權(quán)交于下一個站進行廣播。 數(shù)據(jù)高速公路一般為安全起見， 都采用雙路冗于。 4、系統(tǒng)評價 由于美國西屋的 WDPF 分散控制系統(tǒng)由于推出較早， 經(jīng)過了長時間的運行考驗， 美國西屋對其系 統(tǒng)缺陷進行修改和完善，在并且系統(tǒng)硬件方面進行升級工作，終于推出了 WDPFII 的控制系統(tǒng)。 此控制系統(tǒng)容量大，適合大型機組，它雖然能夠提供一系列的模擬量或數(shù)字量控制系統(tǒng)（MCS） 、 順序控制系統(tǒng)（SCS） 、燃燒管理系統(tǒng)系統(tǒng)（BMS）和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）等控制功能，但是 很多電廠都不把 DEH 和 ETS 系統(tǒng)加入其中，這樣 WDPF 系統(tǒng)與 DEH 分開控制機、爐，DEH 系 統(tǒng)和 WDPF 系統(tǒng)系統(tǒng)聯(lián)系不應(yīng)該通過網(wǎng)絡(luò)連接，主要應(yīng)該通過硬接線連接，雖然硬點增加，但對 WDPF 高容量系統(tǒng)來講獨立的系統(tǒng)不會造成任何影響。 3、系統(tǒng)穩(wěn)定性好、價格合理、可靠性高的系統(tǒng) HONEYWELL 系統(tǒng) HONEYWELL 系統(tǒng)是美國 HONEYWELL 公司生產(chǎn)的 DCS 系統(tǒng)。主要用于石油化工產(chǎn)業(yè)，以其 優(yōu)秀的控制邏輯功能和優(yōu)良的硬件性能受到廣大用戶的好評。 1、HONEYWELL 系統(tǒng)組成 HONEYWELL 控制系統(tǒng) TPS 系統(tǒng)主要構(gòu)成： 操作站（GUS） 、應(yīng)用管理器（AM） 、歷史站和通用網(wǎng)絡(luò)（UCN） 。 局部控制網(wǎng)絡(luò) LCN（LOCAL CONTROL NETWORK）是 HONEYWELL 系統(tǒng)主干網(wǎng)絡(luò)，它連接 UCN 通用網(wǎng)絡(luò)主要連接就地控制器，如：高性能管理器（HPM） ，安全管理器（FSC）等分散控 制器。 高性能管理器（HPM）主要用于模擬量控制系統(tǒng)（MSC） 、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)，是 DCS 核心。 而安全管理器（FSC）主要用于順序控制系統(tǒng)(SCS)、燃燒器管理系統(tǒng)(BMS)。安全管理器（FSC） 不是 HONEYWELL 公司的產(chǎn)品，是 HONEYWELL 公司購買的技術(shù)，因為安全管理器（FSC） 反應(yīng)快，安全性高，所以用于順序控制系統(tǒng)(SCS)、燃燒器管理系統(tǒng)(BMS)。 GUS 站的操作系統(tǒng)都是給予 WINDOWS NT 技術(shù)，具有很強的可操作性。 2 通信網(wǎng)絡(luò) 通信網(wǎng)絡(luò)是按照國際 802.3 協(xié)議完成，通信網(wǎng)絡(luò)采用冗于技術(shù)保證了系統(tǒng)安全性和可靠性。 2、系統(tǒng)評價 它和 WDPF 系統(tǒng)能夠提供一系列的模擬量或數(shù)字量控制系統(tǒng)（MCS） 、順序控制系統(tǒng)（SCS） 、燃 燒管理系統(tǒng)系統(tǒng)（BMS）和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）等控制功能，但是很多電廠都不把 DEH 和 ETS 系 統(tǒng) 加 入 其 中 ， 但 是 隨 HONEYWELL 系 統(tǒng) 在 電 廠 的 廣 泛 應(yīng) 用 。 DEH 完 全 可 以 做 入 隨 HONEYWELL 系統(tǒng)。 HONEYWELL 系統(tǒng)可以容納 16000 多點，適合大中小型電廠。 三、電廠 DCS 系統(tǒng)的選擇方向 　　1、 通信網(wǎng)絡(luò) 采用冗余方式，保證通信網(wǎng)絡(luò)可以在線維修。 2、 容量大 所以 DCS 系統(tǒng)不但可以實現(xiàn)控制器冗余，為了更安全起見，重要的 I/O 點可以采用冗余，所以電 廠控制系統(tǒng)的 I/O 點為 6000 點最佳。 3、 性能可靠性高 現(xiàn)在成熟的 DCS 系統(tǒng)其性能的都是復(fù)合要求的，一般只是硬件可能存在質(zhì)量問題，但是軟件都 是很過關(guān)的，所以死機現(xiàn)象很少，性能穩(wěn)定可靠。 4、 性價比高 如果是一個規(guī)模較小的電廠，并且投資較小，選用上述的 DCS 系統(tǒng)未免過于奢侈，國內(nèi)的 DCS 系統(tǒng)日臻成熟，如新華電站的 XDPS 系統(tǒng)，其設(shè)計方面有很獨到的一面，新華電站的 DEH 系統(tǒng) 性價比。 如果是大中型機組建議使用上述的 TXP 系統(tǒng)、WDPF 系統(tǒng)、HONEYWELL 控制系統(tǒng) TPS 等控制 系統(tǒng)。 美國西屋過程控制公司近年來推出 O-ovation 系統(tǒng)除提供 130 多種常規(guī)算法外，還提供如下的先 進控制算法(模塊)，供控制工程師們在設(shè)計控制策略的時隨意先用。 預(yù)估器(PREDICTOR) 一、Simth 預(yù)估器 在理想狀態(tài)下對象模型為二階非周期滯后環(huán)節(jié)時，對象模型傳遞函數(shù)為: 預(yù)估器傳遞函數(shù)為： 通信網(wǎng)絡(luò)的可通信距離盡可能的長，這樣可靠性高，通信的速率為 10MB/S 為佳。通信網(wǎng)絡(luò)必須 電廠控制系統(tǒng)的 I/O 點在 3500-4500 多點， 現(xiàn)在所有 DCS 系統(tǒng)都可以完成各種邏輯功能并容量大， 在國內(nèi)使用多年，其技術(shù)人員根據(jù)多年經(jīng)驗，所生產(chǎn)的 XDPS 系統(tǒng)，也受到用戶好評，有很高的 預(yù)估器傳遞函數(shù)為:其中的算法變量和參定義如下: pv——過程變量測量值； CTRL——下游 PID 調(diào)節(jié)器的輸出; GAIN——對象模型增益; FOTC——對象模型中第 1 時間常數(shù) T1 BOTC——對象模型中第 2 時間常數(shù) T2; OUT——算法輸出變量。 二、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 的功能表示為: 式中:GC(S)——Smith 預(yù)估器傳遞函數(shù); C(S)——PID 調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù); GO(S)——不帶滯后環(huán)節(jié)的對象傳遞函數(shù)； τ——純滯后時間； K——比例系數(shù)（對象模型增益） t——采樣時間； T1——第 1 時間常數(shù)； T2——第 2 時間常數(shù) 在選用 Smith 預(yù)估器時，其算法符號為： Xi——第 1 層神經(jīng)元 i 的輸出; B1i——第 1 層神經(jīng)元 i 的偏置; u1i——第 1 層神經(jīng)元 i 的輸人; w1i——第 1 層神經(jīng)元 i 輸出的權(quán)值。 第二層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是分段線性型，每個神經(jīng)元的功能可表示為: b2i——第 2 層神經(jīng)元 i 的偏置； Z2i——第 2 層神經(jīng)元 i 的輸入； W2i——第 2 層神經(jīng)元 i 的權(quán)值; Yi——第 2 層神經(jīng)元 i 的輸出。 其中算法變量和參數(shù)定義如下: 在采用這些算法時，同其他算法一樣，只要設(shè)定算法變量和算法參數(shù)，無需對算法進行編程。 本算法采用雙層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。第一層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是正切 Hyperoblie S 曲線型，每個神經(jīng)元 IN1、IN2——神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入； T1、T2、T3——目標輸出； OUT1、OUT2、OUT3——神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出。 進行數(shù)值的調(diào)整，達到控制的目的。 其中的算法變量和參數(shù)定義如下: ST1、ST2、ST3——3 個過程變量的設(shè)定值; PV1、PV2、PV3——3 個過程變量(輸人); MV1、MV2、MV3——3 個輸出變量; DT1、DT2、DT3——3 個干擾變量。 其中的算法變量和參數(shù)定義如下: STPT——設(shè)定值; PV——過程變量輸人; OUT——控制輸出。 三、多變量控制(MIMOCTR） 多變量控制 ） 只須設(shè)定調(diào)整參數(shù)來設(shè)定閉環(huán)反應(yīng)速度。而且，當一個控制輸出設(shè)定為手動時，其他控制環(huán)的所 有閉環(huán)功能不受影響。 在選用本多變量控制時，其算法符號為: 模糊控制(FUZZYCTR) 模糊控制 本算法有梯形(包括三角形)和鐘形兩種隸屬函數(shù)可供控制工程師們選用。他有一個設(shè)置了 16 條規(guī)則表，可在線調(diào)整，操作人員可按照實際需要添加或刪除規(guī)則，以更適用于被控對象。四 在選用本控制算法時，其算法符號為　　前饋一一一反饋控制 PID(FEED-FWD) 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)時，其算法符號為: 本誤差反傳的 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法在使用時，只需輸人目標輸出，本算法即可進行訓(xùn)練和學(xué)習(xí)， 本算法是 3 輸人、3 輸出，以及包括 3 個千擾變量的多變量控制系統(tǒng)。在使用本算法時，用戶 本算法是將干擾等前饋信號與實際 PID 算法輸出相加，將前饋干擾的影響直接反映在選用神 在控制器輸出中，在偏差出現(xiàn)前消除外部干擾的影響，提高控制器的響應(yīng)時間。本算法在選用 算法變量和參數(shù)定義如下: pv——過程變是輸人; SP——設(shè)定值; FFG——前饋輸人增益; FFB——前饋輸人偏置; PGAIN PID 的比例增益; INTG PID 的積分時間; OUT——控制輸出。 以前， 由于先進控制策略軟件編程的復(fù)雜性和末商品化， 使得許多先進控制算法未能得到廣泛 推廣應(yīng)用。如今，像 Ovation 等系統(tǒng)的先進控制算法的商品化，為廣泛應(yīng)用先進控制能力創(chuàng)造了 而將更多的精力用于研究被控對象的特征，以選擇相設(shè)計更全適的控制策略。研究參數(shù)調(diào)整，以 獲取更好的調(diào)節(jié)品質(zhì)。相信隨著科技的發(fā)展會有更多、更先進的控制策略以算法(軟件包)形式提 供給用戶，控制工程師們可以方便地利用這些越來越豐富、越來越先進的控制算法，設(shè)計出適合 被控對象的控制系統(tǒng)。 設(shè)計一個自動控制系統(tǒng)相當于建筑師用所需模塊(算法)構(gòu)造(建筑)一個建筑物，建筑這么一座現(xiàn) 代化建筑就是控制理論(經(jīng)典和現(xiàn)代的)實際應(yīng)用。而眾多成熟、具有各種先進控制策略的算法， 就給設(shè)計師們一個實用、先進控制系統(tǒng)創(chuàng)造了良好的條件。 20 世紀仍年代爾曼濾波器的成功應(yīng)用，開創(chuàng)了現(xiàn)代控制理論的新紀元，不僅基于前饋"反饋的 PID 控制得到進一步發(fā)展相推廣，模糊控制、有限元法、多變量控制等的深人研究和應(yīng)用，以及 計算機技術(shù)的發(fā)展和普及，自動控制領(lǐng)域正呈現(xiàn)百花齊放、百花爭艷的大好局面，自動控制水平 大大提高。 1、概述 數(shù)字化電廠是現(xiàn)代電力工業(yè)的一個主要發(fā)展方向。數(shù)據(jù)集成、綜合優(yōu)化應(yīng)用、決策支持則是 用戶因應(yīng)現(xiàn)代化管理，對控制系統(tǒng)的新需求。 Ovation 系統(tǒng)的多網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)正是應(yīng)這種需要而設(shè)計，能夠通過核心交換機集成廠區(qū)內(nèi)的多臺機組 能夠支持操作人員在同一控制室里面對多臺機組進行監(jiān)視和操作， 同時也簡化了歷史數(shù)據(jù)的采集 和存儲。 2、多網(wǎng)絡(luò)方案 Ovation 多網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)就是利用一對冗余的核心交換機，對多個機組網(wǎng)絡(luò)或者輔助控制系統(tǒng)網(wǎng) 良好條件， 自動控制工程師可以像建筑師一樣借助于模塊化的控制算法構(gòu)造(建筑)一個控制系統(tǒng)， 從某種意義來講，自動控制設(shè)計工程師就是一個建筑師，各種算法(模塊)就是模塊建筑材料， DCS、公共系統(tǒng)、輔助控制系統(tǒng)等，實現(xiàn)數(shù)據(jù)映射、互鎖操作、時間同步、數(shù)據(jù)集成等綜合應(yīng)用， 絡(luò)實現(xiàn)互聯(lián)，不僅支持快速以太網(wǎng)，還支持 T1 線路、幀中繼、VPN 通道等。每個網(wǎng)絡(luò)之間可以 極大地提高了多網(wǎng)絡(luò)的安全性。多網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為用戶帶來的好處有： 通過路由器進行隔離， 以確保各個網(wǎng)絡(luò)的獨立性和安全性。 冗余的網(wǎng)絡(luò)連接， 支持故障自動切換， 更為靈活的操作性和安全性：只要具備足夠的權(quán)限和功能設(shè)置，用戶可以在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的任一臺 工作站上完成其他機組的監(jiān)控功能。而多網(wǎng)絡(luò)體系本身將處理這種復(fù)雜的安全操作限制。 單一的工程控制中心：用戶可以將全廠控制室縮減為一個控制中心，減少投資，也簡化了與 集團總部之間的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系。 跨網(wǎng)絡(luò)功能：通過多網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，用戶能夠擁有跨網(wǎng)絡(luò)的全部工程師和操作員站功能。如果喜 歡，用戶可以將所有機組的報警或者監(jiān)視畫面統(tǒng)一顯示到一臺工作站上。 支持不同版本的集成：對于 Ovation 系統(tǒng)，多網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)支持不同的 Ovation 版本、不同的平 臺(Windows 和 Solaris)，甚至是不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(快速以太網(wǎng)與 FDDI)之間的集成。 和輔助控制系統(tǒng)。 3、與遠方 Ovation 系統(tǒng)的集成 事實上，多網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要應(yīng)用于集成兩類系統(tǒng)：遠方 Ovation 系統(tǒng)，如公用系統(tǒng)或者脫硫系統(tǒng)等， 以兩臺機組加公用系統(tǒng)為例，兩臺單元機組配置獨立的冗余網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，形成獨立的 LAN 網(wǎng)； 備進行數(shù)據(jù)交換。 在單元機組網(wǎng)絡(luò)和公用系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)上配置一對冗余的核心交換機， 具有多層交換功能并具有路 由功能，負責(zé)#1，#2 機組及公用部分的數(shù)據(jù)交換，以形成多網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在具體的實現(xiàn)上，可以采 取如下兩種方式： 公用系統(tǒng)也配置獨立的冗余網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，形成獨立的公用系統(tǒng)。公用系統(tǒng)的控制器通過公用網(wǎng)絡(luò)設(shè) 第一種是將公共網(wǎng)絡(luò)的交換機直接連接到核心交換機上，如圖 1 所示。這種連接的優(yōu)點是公 共網(wǎng)絡(luò)和單元機組網(wǎng)絡(luò)處于對等地位，公共網(wǎng)絡(luò)易于擴展而形成一個功能豐富的公共系統(tǒng)。華能 玉環(huán)電廠 4×1000MW 的網(wǎng)絡(luò)就是采取這種方式，其公共系統(tǒng)涵蓋了機組公用、電氣公用段功能。 圖 1 Ovation 系統(tǒng)兩臺單元機組與公用系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的集成示意圖-方式 1 第二種是將公共網(wǎng)絡(luò)的交換機連接到某臺機組的根交換機上，如圖 2 所示。這種連接方式的 電廠 2×1000MW 的公共網(wǎng)絡(luò)就是采取這種方式。 優(yōu)點是直接將公用系統(tǒng)和單元機組相連，更便于從機組操作站上對公用系統(tǒng)進行操作。山東鄒縣 圖 2 Ovation 系統(tǒng)兩臺單元機組與公用系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的集成示意圖-方式 2 多網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，從物理及網(wǎng)絡(luò)定義上，公用系統(tǒng)點相當于遠程網(wǎng)絡(luò)點。具體的掃描方式與 而由第三方的驅(qū)動程序進行更新，并通過 OVATION 控制器將第三方的點掃描到系統(tǒng)。對于公用 系統(tǒng)，它就相當于一種遠程 Ovation 網(wǎng)絡(luò)，本地網(wǎng)絡(luò)可通過以下途徑完成遠程網(wǎng)絡(luò)的點掃描： 生成設(shè)備驅(qū)動-生成序列號 組態(tài) I/O 設(shè)備-定義 I/O Drive Type: EXTERNAL OVATION NETWORK 掃描點-Register Mapping 以通過軟件連鎖來完成，通常定義#1 機組優(yōu)先權(quán)最高，#2 機組次之。連鎖邏輯如下： #1 機組可以直接操作 #2 機組必須經(jīng)連鎖邏輯確認#1 機組沒有操作，并進行控制權(quán)口令切換后，才能操作。 4、與輔助控制系統(tǒng) PLC 的集成 OVATION 系統(tǒng)掃描第三方設(shè)備的信號點一樣， 第三方設(shè)備或系統(tǒng)點源于 OVATION 控制器， 即： 這樣，公用系統(tǒng)的點就可以在本地網(wǎng)絡(luò)中進行操作監(jiān)控，包括畫面顯示。對于操作權(quán)限問題，可 在電廠中，除了單元機組的控制系統(tǒng)外，還有很多由 PLC 所組成的輔助控制系統(tǒng)，如輸煤、 行的對獨立現(xiàn)場設(shè)備和過程邏輯的控制能力，也可以在 Ovation 系統(tǒng)中用于高級控制和支持信息 通訊策略： 數(shù)據(jù)鏈接卡(LC: Link controller)： 提供兩個 RS-232/485 串行口， 支持 MODBUS RTU 和 ASCII 確保通訊的安全可靠性。 控制器上的以太網(wǎng)端口：Ovation 控制器提供多個以太網(wǎng)端口與第三方設(shè)備相連，如 MODBUS/TCP、Allen-Bradley PLCs DF-1、Profibus、Foundation Fieldbus 等設(shè)備。 交換機端口：與控制器的以太網(wǎng)端口使用方法類似，Ovation 網(wǎng)絡(luò)的交換機支持直接將第三方 設(shè)備，如 MODBUS/TCP、Allen-Bradley PLCs DF-1、Profibus、Foundation Fieldbus 等設(shè)備。 尤其 Allen-Bradley PLC，可以和 Ovation 網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)無縫集成，無需其它硬件或者模塊可以進 化學(xué)水處理、除灰等系統(tǒng)。Ovation 開放式結(jié)構(gòu)提供了多種與 PLC 的集成方式，可以在 PLC 上執(zhí) 協(xié)議，能夠同時傳輸命令和數(shù)據(jù)消息。采用兩個數(shù)據(jù)鏈接卡，可以實現(xiàn)與 PLC 設(shè)備的冗余鏈接， 行直接互連， 還可以使用 Allen-Bradley 工具從 Ovation 工作站實現(xiàn)對 PLC 的組態(tài)。 每個網(wǎng)絡(luò)端口 最多可以配置五個全負荷的 PLC。 5、廠級網(wǎng)絡(luò)控制網(wǎng)絡(luò) 機，將兩臺單元機組網(wǎng)絡(luò)、公共系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、FGD 網(wǎng)絡(luò)、輔助控制系統(tǒng)等都連接到一起。廠級控制 采用支持第三層交換的冗余千兆快速以太網(wǎng)交換機構(gòu)成核心交換系統(tǒng)， 每個分支控制系統(tǒng)采用冗 余的快速以太網(wǎng)交換機形成冗余配置； 每個分支控制系統(tǒng)與核心交換機之間均采用冗余的雙絞線 或者光纖實現(xiàn)互連。但每個分支控制系統(tǒng)都占據(jù)獨立的虛擬網(wǎng)段(VLAN: Virtual LAN)，未經(jīng)路由 設(shè)置無法進行跨網(wǎng)絡(luò)相互訪問。以上分支網(wǎng)絡(luò)中，除 1 號機組 DCS 可以訪問公共系統(tǒng)、2 號機組 DCS 可以訪問公共系統(tǒng)外， 其余分支之間無法相互訪問。 這種虛擬網(wǎng)段設(shè)置的主要目的是保證各 個分支控制系統(tǒng)之間不受干擾，保護各自的獨立性。 相連，以確保控制系統(tǒng)的安全性。 圖 3 為電廠廠級控制網(wǎng)絡(luò)示意圖，是一個兩臺單元機組的電廠樣例。整個網(wǎng)絡(luò)通過核心交換 網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了機組控制系統(tǒng)、公用系統(tǒng)、脫硫脫硝系統(tǒng)、輔助控制系統(tǒng)的連接。整個廠級控制網(wǎng)絡(luò) 與 SIS 之間，則是通過各個 OPC Server 站和路由器相連。SIS 網(wǎng)絡(luò)不能直接與控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò) 圖３ 廠級控制網(wǎng)絡(luò)圖 6、總結(jié) Ovation 多網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是應(yīng)用廣泛、技術(shù)成熟的集成方案，為全廠控制系統(tǒng)集成提供了便利， 廠的信息化和數(shù)字化，最終提高生產(chǎn)效益。 Ovation 多網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在電廠應(yīng)用案例很多， Ovation 第一套多網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)在內(nèi)蒙古托克托 從 電廠實施至今，幾乎所有的多單元機組 Ovation 都采用了這種多網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，幾乎所有的使用 Ovation 的華能系統(tǒng)電廠都集成了輔助控制系統(tǒng)。在越南的海防電廠 2×300MW 項目，我們采用 多網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了全廠控制系統(tǒng)的一體化，即：整個輔助控制系統(tǒng)采用一套 Ovation 實現(xiàn)，并且 與單元機組 Ovation 形成多網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。 使得系統(tǒng)間的集成監(jiān)視和互操作成為可能，能夠有效地節(jié)省控制室成本和人力成本，實現(xiàn)整個電 第 2 節(jié) 汽輪機保護原理和邏輯 1、熱工保護裝置的作用 熱工保護裝置的作用是： 當熱工參數(shù)達到極限時， 一方面通過聲、 光等報警信號提醒運行人員； 身安全。 2、汽輪機設(shè)置的保護項目 汽輪機的自動保護項目主要包括超速、凝汽器真空低、軸承油壓過低和軸向位移過大等。 3、熱工保護系統(tǒng)舉例 （1）汽輪機的超速保護 圖 2-1 汽輪機安全油路原理 1—汽輪機軸；2—離心飛錘；3—彈簧；4—桿杠；5—危急保安器滑閥；6—主汽門油動機 磁滑閥；8—調(diào)速器 汽輪機正常運行時轉(zhuǎn)速為 3000r／min,，在正常運行時，由于受到電網(wǎng)頻率及負荷的影響，汽 輪機的轉(zhuǎn)速波動較小。但在突然發(fā)生機組甩負荷等事故時，如果調(diào)速系統(tǒng)的動作失效，關(guān)閉較慢 等事故，甚至掙脫汽缸蓋造成整機解體，即通常所說的“飛車”事故。由此可知，汽輪機超速事故 另一方面在確認事故的情況下自動采取緊急停機、停爐或相應(yīng)的減負荷等措施，以確保機組及人 或不嚴，則汽輪機轉(zhuǎn)速會迅速上升，造成汽輪機超速。這時，往往會出現(xiàn)轉(zhuǎn)子葉片脫落擊穿汽缸 輕則會損壞設(shè)備，重則將傷及人身或其他設(shè)備，造成重大經(jīng)濟損失。為此，就汽輪機保護而言， 應(yīng)立即切斷進入汽輪機的蒸汽。傳統(tǒng)的液動調(diào)速系統(tǒng)中有多重防止超速的措施，其中，最主要的 是利用調(diào)速系統(tǒng)中的高壓油動機開啟使蒸汽進入汽輪機的， 控制主汽門的油是由主油泵出口經(jīng)節(jié) 流孔板提供，控制主汽門的油路被稱為安全油系統(tǒng)。危急保安器的錯油門開啟時，可以泄去安全 油路的油壓，使主汽門迅速關(guān)閉。 圖 2-1 所示為汽輪機安全油路及危急保安器的示意。 首先必經(jīng)考慮的就是防止汽輪機的超速。為了防止汽輪機超速，當汽輪機轉(zhuǎn)速升高到異常值時， 是危急保安器。但由于機械部分有可能失靈；因此，還設(shè)置了后備的保護措施。汽輪機的主汽門 當汽輪機的轉(zhuǎn)速升高時，裝在汽輪機軸內(nèi)的離心飛錘 2 的離心力克服彈簧 3 的壓力甩出軸外。 凸出軸外的飛錘端部通過杠桿 4 使危急保安器的滑閥 5 開啟，泄去安全油路的油壓。汽輪機的主 汽門由油動機 6 控制，執(zhí)行機構(gòu)活塞下部的油壓建立時，活塞克服彈簧的壓力使主汽門打開。一 旦油壓泄去，活塞受彈簧的壓力使主汽門立即關(guān)閉。在安全油路中還設(shè)有由其他保護條件控制的 泄油門。在圖中的 7 是由電磁鐵控制的泄油閥(電磁滑閥)，供電信息控制汽輪機跳閘用，此電磁 鐵通常被稱為汽輪機電磁跳閘線圈。 危急保安器離心飛錘的動作可以用彈簧進行整定。為保險起見，一般汽輪機有兩個離心飛錘， 分別整定為兩個動作值：汽輪機正常轉(zhuǎn)速的 110％和 111％，即轉(zhuǎn)速為 3300r／min 和，3330r ／min。 為切實防止汽輪機超速事故的發(fā)生，除了危急保安器之外，在液壓調(diào)速系統(tǒng)中還設(shè)有超速后備 保護滑閥，此滑閥通常放在調(diào)速器的滑閥上。當汽輪機轉(zhuǎn)速過大時，調(diào)速器滑閥行程增大，帶動 4％，對應(yīng) 3360～3420r／min 。 （2）凝汽器真空低保護 為了使汽輪機的運行有較好的經(jīng)濟儀并能及時發(fā)現(xiàn)和消除凝汽設(shè)備遠行中的故障應(yīng)對凝汽器 的真空進行監(jiān)視，當汽輪機凝汽器的真空降低時，必須相應(yīng)降低汽輪機的負荷，否則將改變轉(zhuǎn)子 汽器真空低保護。當凝汽器真空低至規(guī)定值(一般為 67～73kPa 或 500～550mmHg)時，送出汽 輪機跳閘信息，使汽輪機停止運行。凝汽器真空低保護的信息使用開關(guān)量變送器檢測。當汽輪機 因此，可以采用在檢測信息中加入閉鎖條件的方法，使用兩個同樣規(guī)格，并且有可調(diào)差值的壓力 開關(guān)同時測量凝汽器的真空值， 將兩個壓力開關(guān)的輸出觸點串聯(lián)起來作為凝汽器真空低的跳閘信息。兩壓力開關(guān)的整定值為：主壓力開關(guān)的觸點整定在真空值低到 72kPa(540mmHg)(假設(shè)的跳 閘值)以下時觸點接通閉合。閉鎖用壓力開關(guān)的觸點整定在真空值升到 93kPa(700mmHg)以上時 觸點閉合接通，當真空降到 67kPa(500rnmHg)以下時觸點斷開。由此，在汽輪機啟動過程中， 當真空低于 93kPa 時，閉鎖用壓力開關(guān)的觸點斷開，無跳閘信息。當真空值升到 93kPa 以上再 降到 72kPa 時，發(fā)出跳閘信息，同時，當真空值降到 67kPa 以下時，跳閘信息被切除。 (3)軸承潤滑油壓低保護 超速后備保護滑閥，將安全油壓泄去。一般超速后備保護滑閥的動作值為正常轉(zhuǎn)速的 112％～11 及葉片的受力情況及機組中心，引起汽輪機的振動增大，軸向位移增大。為此，汽輪機應(yīng)設(shè)置凝 啟動過程中凝汽器的真空低于規(guī)定值， 且凝汽器低真空保護的跳閘信息存在， 則汽輪機不能啟動。 汽輪機的軸頸是靠油膜與軸承接觸的。 若潤滑油壓過低， 將破壞油膜致使軸頸與軸承直接接觸。 下沉或汽缸內(nèi)部動、靜部分發(fā)生碰撞。為此，應(yīng)設(shè)置軸承潤滑油壓低保護。 潤滑油壓低保護框圖如圖示 2-2 所示。 圖 2-2 軸承潤滑油壓低保護系統(tǒng)框圖 軸頸與軸承間的高速摩擦所產(chǎn)生的大量熱量將使回油油溫迅速上升，嚴重時將使軸瓦燒壞，轉(zhuǎn)子 在汽輪機運行過程中，若潤滑油壓降至低 I 值(即 O.07MPa)時，聯(lián)動控制系統(tǒng)將自動啟動交流 潤滑油泵(或潤滑油泵的交流電機)；當潤滑油壓下降至低Ⅱ值(即 0.031MPa)時，聯(lián)動控制系統(tǒng)將 自動啟動直流潤滑油泵(或潤滑油泵的直流電機)；當潤滑油壓降至低Ⅲ值(即 0.02MPa)時，發(fā)出 汽輪機跳閘信息，使汽輪機緊急停機；當潤滑油壓降至低Ⅳ值時，則必須停止盤車。 (4)軸向位移過大保護 軸向位移保護的作用是：防止汽輪機轉(zhuǎn)子推力軸承磨損造成汽輪機轉(zhuǎn)子與靜子部分相碰撞。制 造廠規(guī)定軸向位移應(yīng)小于±1.2mm，所謂“+”、“-”是指：軸向位移向推力瓦工作面(即發(fā)電機方向) 為“+”，軸向位移向非推力瓦工作面(即汽輪機機頭方向)為“-”。冷態(tài)時，將轉(zhuǎn)子向推力瓦工作面 推足，此時定軸向位移表為零。 軸向位移檢測裝置安裝在盡量靠近推力軸承處，用以排除轉(zhuǎn)子膨脹的影響。 圖 2-3 所示是油壓式軸向位移檢測裝置工作原理。 油壓式軸向位移檢測裝置是目前使用較廣泛的一種軸向位移檢測裝置。 在汽輪機軸上有一凸緣，在凸緣兩側(cè)各裝有一只油噴嘴，由汽輪機的油系統(tǒng)節(jié)流孔板向油噴嘴 供油。當油噴嘴與凸緣平面的距離變化時，油噴嘴出口前的油壓，即節(jié)流孔板后的油壓亦發(fā)生變 化。二者距離越小，則油噴嘴出口前油壓越高。所以，當油噴嘴位置固定，且汽輪機轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生軸 向位移時，油噴嘴出口前的油壓變化就對應(yīng)了軸向位移的大小。因此，只要知道油噴嘴和凸緣平 面距離與油噴嘴出口前油壓的對應(yīng)關(guān)系， 即可利用裝在該段油管道上的壓力表及壓力開關(guān)檢測軸 汽輪機軸上凸緣的兩側(cè)，如圖 2-3 所示，用以檢測汽輪機朝兩個方向的軸向位移。 圖 2-3 油壓式軸向位移檢測裝置工作原理 (a)結(jié)構(gòu)原理； (b)接線原理 PZ—壓力表；PX—壓力開關(guān)；SF—試驗閥；FWX—閥位開關(guān)； LD—試驗信號燈；HD—動作信號燈；K—輸出繼電器 第 3 節(jié) ETS 系統(tǒng)常見故障及處理 ETS 系統(tǒng)及設(shè)備的一些較普遍的故障的原因分析及處理方法列表如下： 故障現(xiàn)象 故障原因 故障處理 向位移值和提供保護用的開關(guān)量信息。一般在汽輪機上安裝了兩套完全相同的油嘴，分別設(shè)置在 參數(shù)未到達設(shè)定值 ETS 可能是外圍測量設(shè)備動作不準確或線路出現(xiàn)短路或 檢查外圍測量設(shè)備和 斷路情況 參數(shù)到達設(shè)定值 ETS 未動作 參數(shù)以到達設(shè)定值并已送至 ETS ETS 未動作 線路斷路或繼電器不能動作問題 檢查線路，繼電器有 更換繼電器 EST 輸入模件已壞 。