一、應(yīng)用背景
　　
　　經(jīng)濟(jì)要發(fā)展，電力須先行;電力要發(fā)展，控制要先行。
　　
　　隨著機(jī)組的容量不斷增大，參數(shù)不斷增高，需檢測(cè)的點(diǎn)數(shù)也在不斷增加，60OMW機(jī)組需檢測(cè)的測(cè)點(diǎn)數(shù)大約在l0000點(diǎn)左右。DCS控制系統(tǒng)作為發(fā)電機(jī)組的神經(jīng)控制系統(tǒng)，其安全性、穩(wěn)定性、性直接關(guān)系到發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。
　　
　　由于我國(guó)DCS技術(shù)發(fā)展的時(shí)間相對(duì)較短，經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)相對(duì)不足。長(zhǎng)期以來，出于安全和技術(shù)上的考慮，國(guó)內(nèi)60OMW及以上大型火力發(fā)電機(jī)組的DCS控制，一直是引進(jìn)國(guó)外DCS生產(chǎn)廠家的控制系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)尚沒有60OMW火電機(jī)組使用國(guó)產(chǎn)DCS控制系統(tǒng)的先例。
　　
　　隨著我國(guó)自動(dòng)化工業(yè)控制系統(tǒng)的迅速發(fā)展，國(guó)內(nèi)DCS生產(chǎn)廠家的技術(shù)水平己經(jīng)達(dá)到或接近了*水平。我國(guó)自動(dòng)化協(xié)會(huì)專家認(rèn)為:就亞臨界的60OMW機(jī)組而言，與30OMW機(jī)組相比，除容量不同外，其機(jī)組特點(diǎn)和性能基本相同，因而它對(duì)控制系統(tǒng)的要求是相同的。由于60OMW機(jī)組的熱力系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)比30OMW機(jī)組復(fù)雜，故I/0點(diǎn)數(shù)略多，一般為7000-8000點(diǎn)，而目前DCS的通信速率已達(dá)到lOMbps/lOOMbps,實(shí)時(shí)通信容量可達(dá)每秒10000點(diǎn)以上。
　　
　　所以，在30OMW機(jī)組上應(yīng)用的DCS，同樣可以適用于60OMW機(jī)組。另外選擇國(guó)產(chǎn)DCS還有以下優(yōu)點(diǎn):售后服務(wù)方便快捷，運(yùn)行費(fèi)用相應(yīng)降低，培訓(xùn)學(xué)員方便，不必儲(chǔ)存大量備品、配件，這也正是陜西國(guó)華錦界能源有限責(zé)任公司4×60OMW發(fā)電機(jī)組DCS采用和利時(shí)公司的DCS系統(tǒng)的原因所在。
　　
　　二、系統(tǒng)介紹
　　
　　1.系統(tǒng)構(gòu)成
　　
　　陜西國(guó)華錦界能源有限責(zé)任公司4×60OMW發(fā)電機(jī)組DCS控制系統(tǒng)包括:數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）、模擬量控制系統(tǒng)（MCS）、鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)（FSSS）、順序控制系統(tǒng)（SCS）、汽機(jī)空冷控制系統(tǒng)、旁路控制系統(tǒng)（BPC）、鍋爐定期排污控制系統(tǒng)等各項(xiàng)控制功能，是集軟硬件于一體的能夠完成全套機(jī)組啟、停、正常運(yùn)行、變工況等各項(xiàng)功能的控制系統(tǒng)。
　　
　　2.60OMW發(fā)電機(jī)組DCS設(shè)計(jì)的安全準(zhǔn)則
　　
　　（1）單一故障不應(yīng)引起DCS系統(tǒng)的整體故障;
　　
　　（2）單一故障不應(yīng)引起鍋爐或汽機(jī)發(fā)電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的誤動(dòng)作或拒動(dòng)作;
　　
　　（3）控制功能的分組劃分應(yīng)使得某個(gè)區(qū)域的故障將只是部分降低整個(gè)控制系統(tǒng)控制功能，此類控制功能的降低應(yīng)能通過運(yùn)行人員干預(yù)進(jìn)行處理;
　　
　　（4）控制系統(tǒng)的構(gòu)成應(yīng)能反映電廠設(shè)備的冗余配置，以使控制系統(tǒng)內(nèi)單一故障不會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行設(shè)備與備用設(shè)備同時(shí)不能運(yùn)行。
　　
　　為滿足上述安全準(zhǔn)則，控制系統(tǒng)包括各種可行的自診斷手段，目的是內(nèi)部故障能在對(duì)過程造成影晌之前被檢測(cè)出來。
　　
　　3.冗余設(shè)計(jì)
　　
　　重要設(shè)備，需要采用冗余設(shè)計(jì)。其中包括:
　　
　　（1）系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)站:雙冗余，熱備份，無擾切換;
　　
　　（2）網(wǎng)絡(luò):介質(zhì)四冗余，邏輯雙冗余，熱備份，無擾切換;
　　
　　（3）操作站:所有操作站功能相同，可以實(shí)現(xiàn)多機(jī)冗余;
　　
　　（4）現(xiàn)場(chǎng)控制站的主控單元（DPU）:雙冗余，熱備份，無擾切換;
　　
　　（5）現(xiàn)場(chǎng)控制站的主控單元（DPU）上的以太網(wǎng)卡:雙冗余，熱備份;
　　
　　（6）現(xiàn)場(chǎng)控制站內(nèi)的24V系統(tǒng)電源:均流1:1冗余;
　　
　　（7）現(xiàn)場(chǎng)控制站內(nèi)的48V現(xiàn)場(chǎng)電源:均流1:1冗余;
　　
　　4.系統(tǒng)余量
　　
　　系統(tǒng)配置留有15%余量，便于功能的調(diào)整、修改;zui忙時(shí)，控制器CPU的負(fù)荷率不大于30%，操作員站CPU的負(fù)荷率不大于40%。
　　
　　（1）內(nèi)部存儲(chǔ)器占有容量不大于50%，外部存儲(chǔ)器占有容量不大于40；
　　
　　（2）40%電源余量。電源分配柜考慮10%的回路備用量;
　　
　　（3）以太網(wǎng)通信總線的負(fù)荷率不大于15%；
　　
　　（4）操作員站允許zui大標(biāo)簽量不少于10萬個(gè)。
　　
　　5.其他技術(shù)要點(diǎn)
　　
　　在現(xiàn)場(chǎng)控制站硬件設(shè)計(jì)中采用大量的*技術(shù)，模塊采用低功耗元器件，降低整體的熱損耗，同時(shí)在機(jī)柜中設(shè)計(jì)通暢的風(fēng)道，以滿足電站的環(huán)境要求。
　　
　　對(duì)于電源和輸入設(shè)備，嚴(yán)格電磁兼容性設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)合理的電路，選用適當(dāng)?shù)脑骷_(dá)到IEC6l000-4/GBl7626-1998中的要求。
　　
　　為了避免在故障狀態(tài)下的故障輸入信號(hào)損壞系統(tǒng)，在I/0模塊上采用了大量的保護(hù)和隔離措施，I/0模塊采用隔離措施，使模塊內(nèi)外在電氣上分離，對(duì)于信號(hào)端子上的高電壓竄入，瞬態(tài)高壓可以靠可自恢復(fù)的TVS器件吸收，不會(huì)損壞系統(tǒng)，對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間的高電壓信號(hào)只會(huì)影響本通道的數(shù)據(jù)采集。
　　
　　在I/0模塊中，DCS系統(tǒng)采用了PROFlBUSDP現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，I/0模塊均支持帶電熱插拔，所有的I/0模件均采用智能化設(shè)計(jì)，模件本身自帶CPU,負(fù)責(zé)通道信號(hào)掃描及信號(hào)預(yù)處理，然后通過現(xiàn)場(chǎng)總線（Profibus-DP）與主控單元通信。模件具有看門狗定時(shí)器電路，可使模塊在異常情況下自動(dòng)復(fù)位。提供了模塊電流過載保護(hù)、DC24V反向保護(hù)、通信線箱壓保護(hù)。支持實(shí)時(shí)的狀態(tài)顯示，可實(shí)時(shí)顯小本模塊的運(yùn)行狀態(tài)和通信狀態(tài)。I/0模塊分為2個(gè)部分，通用底座和模塊本體，底座采用35mm標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝，通過密封的歐式連接器連接模塊本體，通過防混銷可以避免在錯(cuò)誤位置上插入模塊本體。
　　
　　為了使系統(tǒng)具有可擴(kuò)展和滿足將來維護(hù)的需要，選擇了通用的高性能計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括系統(tǒng)工程師站、操作員站、歷史數(shù)據(jù)站等均采用美國(guó)DELL公司的高性能計(jì)算機(jī)。
　　
　　和利時(shí)公司基于對(duì)象化設(shè)計(jì)和軟件組件技術(shù)，提供了一套開放的、模塊化和可伸縮的軟件平臺(tái)。將軟件體系結(jié)構(gòu)從對(duì)硬件體系結(jié)構(gòu)嚴(yán)重依賴中解脫出來，使軟件系統(tǒng)從分散型過渡到分布式處理，軟件功能與硬件設(shè)備分離，服務(wù)器和客戶機(jī)成為軟件概念，可以靈活配置系統(tǒng)。基于軟件總線技術(shù)，以分布式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)為核心，各種功能設(shè)計(jì)成具有標(biāo)準(zhǔn)接口的軟件組件，按照具體的需求在具體的硬件設(shè)備上分配軟件功能。各種軟件組件之間采用軟件總線連接，每個(gè)組件具有良好的封裝，單個(gè)組件的故障不會(huì)影響到系統(tǒng)整體的運(yùn)行。例如:備用服務(wù)器事件處理組件發(fā)生故障，只會(huì)影響到備用服務(wù)器事件記錄，而不會(huì)造成整個(gè)備用服務(wù)器的崩潰。同時(shí)在軟件上，設(shè)置了任務(wù)診斷組件，可以實(shí)時(shí)地對(duì)各種任務(wù)進(jìn)行診斷，一旦發(fā)現(xiàn)某個(gè)任務(wù)處于失控或故障狀態(tài)，能夠自動(dòng)修復(fù)或提示人工處理。對(duì)于重要的軟件組件，系統(tǒng)配置了冗余組件，在不同的硬件設(shè)備上運(yùn)行相同功能的組件冗余組件、問相互診斷，互為熱備份。在當(dāng)前運(yùn)行組件故障時(shí)，在一個(gè)診斷周期后，備份組件自動(dòng)替代故障組件，向外提供相同功能的服務(wù)，對(duì)于客戶端沒有任何影響，客戶端也無需關(guān)心是誰提供服務(wù)，無需在客戶端進(jìn)行切換。對(duì)于眾多的通信接口設(shè)備，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上采用通信驅(qū)動(dòng)的方式，增加一種新的外部設(shè)備，不需要更改系統(tǒng)的原有程序，只需要增加一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序，進(jìn)行通信管理，用標(biāo)準(zhǔn)接口與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行，收發(fā)數(shù)據(jù)。
　　
　　為了保證系統(tǒng)安全，SIS系統(tǒng)通信站設(shè)置有防火墻，可防止外部的非法侵入和各類病毒的侵害。數(shù)據(jù)通信過程中，其他計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或局域網(wǎng)同DCS系統(tǒng)無網(wǎng)絡(luò)的直接連接，中間都經(jīng)過通信站或相應(yīng)通信接口轉(zhuǎn)發(fā)。系統(tǒng)之間相對(duì)獨(dú)立，有故障不會(huì)相互影響。
　　
　　6.網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成
　　
　　MacsV控制系統(tǒng)由上下兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)層次組成:監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)和控制網(wǎng)絡(luò)。上層監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)主要用于工程師站、操作員站和現(xiàn)場(chǎng)控制站通信連接;下層控制網(wǎng)絡(luò)存在于各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站的內(nèi)部，主要用于主控單元和智能I/0單元的通信連接。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖所示。　　
　　三、系統(tǒng)維護(hù)申遇至的問題
　　
　　通過國(guó)華錦能公司投產(chǎn)以來及在投產(chǎn)之前的調(diào)研情況可以看出，國(guó)產(chǎn)DCS產(chǎn)品價(jià)格低和同類型的Dcs產(chǎn)品。相比有看非常可觀的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)，而且在運(yùn)行維護(hù)成本方面更有進(jìn)口DCS所*的*性。
　　
　　雖然和利時(shí)DCS技術(shù)是代表國(guó)內(nèi)DCS領(lǐng)域*的產(chǎn)品之一，在30OMW及以下機(jī)組應(yīng)用較為成熟，但在30OMW以上機(jī)組尚無3年以上運(yùn)行業(yè)績(jī)，陜西國(guó)華錦界能源有限責(zé)任公司所使用的控制系統(tǒng)是和利時(shí)DCS控制系統(tǒng)應(yīng)用于60OMW火力發(fā)電機(jī)組，因此在應(yīng)用過程中引起了國(guó)內(nèi)相關(guān)單位和行業(yè)的重視。陜西國(guó)華錦界能源有限責(zé)任公司的技術(shù)人員提出"國(guó)產(chǎn)DCS在60OMW火力發(fā)電機(jī)組應(yīng)用專題研究"課題，旨在與和利時(shí)公司及行業(yè)內(nèi)各專業(yè)技術(shù)人員一道，充分利用國(guó)內(nèi)外技術(shù)資源，應(yīng)用現(xiàn)代科學(xué)和試驗(yàn)手段，從實(shí)踐中挖掘存在的深層次問題。通過調(diào)研、試驗(yàn)、科學(xué)計(jì)算、技術(shù)改進(jìn)等方式，切實(shí)解決國(guó)產(chǎn)DCS技術(shù)目前所存在的實(shí)際問題;通過聘請(qǐng)專家、借鑒同類型機(jī)組實(shí)施的成功經(jīng)驗(yàn)等方式，制定和優(yōu)化60OMW機(jī)組的控制策略，提高國(guó)產(chǎn)DCS在60OMW火力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的安全可靠性能;通過*臺(tái)機(jī)組短時(shí)間的運(yùn)行維護(hù)試驗(yàn)和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估手段，摸索出一條國(guó)產(chǎn)DCS系統(tǒng)在大機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的維護(hù)管理模式。
　　
　　以下是該系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用中遇到的一些問題與解決方法:
　　
　　（1）根據(jù)收集情況發(fā)現(xiàn)操作員站經(jīng)常死機(jī)，但未出現(xiàn)因死機(jī)發(fā)生跳機(jī)事故，和利時(shí)公司就死機(jī)現(xiàn)象主要采取如下措施:在操作臺(tái)后增加4臺(tái)散熱風(fēng)扇;將版本較低3COM商用交換機(jī)更換為赫斯曼工用交換機(jī)。自投運(yùn)以來未曾出現(xiàn)過死機(jī)的情況。
　　
　　（2）SOE采用板卡，通用性較差，和利時(shí)公司加大在這方面的研究力度，目前已能夠滿足日常的需求。
　　
　　（3）主從控制器自動(dòng)切換現(xiàn)象，這種現(xiàn)象在和利時(shí)公司在其他電廠的應(yīng)用中也有類似情況的發(fā)生。經(jīng)過和利時(shí)公司和相關(guān)單位的研究發(fā)現(xiàn)，造成這種結(jié)果的可能性是多次增量下裝會(huì)在控制單元中產(chǎn)生垃圾文件，控制器會(huì)自動(dòng)檢測(cè)到這些文件后并自動(dòng)切換，也可能是由于SM203內(nèi)部電子元件溫度過高造成性能不穩(wěn)定而導(dǎo)致的。對(duì)此我們嚴(yán)格按照和利時(shí)硬件技術(shù)要求對(duì)控制器的環(huán)境溫度進(jìn)行了控制。
　　
　　（4）由于和利時(shí)DCS與赫斯曼交換機(jī)之間存在兼容性問題，DCS系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)一些網(wǎng)絡(luò)故障。經(jīng)過和利時(shí)技術(shù)開發(fā)人員的核實(shí)確認(rèn)是一個(gè)誤發(fā)信號(hào)，由于和利時(shí)DCS與赫斯曼交換機(jī)是初次合作，在主控的程序設(shè)計(jì)上對(duì)網(wǎng)絡(luò)故障的判斷不準(zhǔn)確，經(jīng)過停機(jī)系統(tǒng)升級(jí)后正常。
　　
　　（5）和利時(shí)DCS系統(tǒng)不能將不同趨勢(shì)域的信號(hào)趨勢(shì)曲線放在同一趨勢(shì)畫面中，由于MACSV系統(tǒng)采用了分步式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，所以有了"域"的概念，無法將不同域的測(cè)點(diǎn)曲線放到同一趨勢(shì)畫面中內(nèi)。這種情況給我們的事故分析和日常管理帶來了很大的困難，針對(duì)這種情況我們規(guī)定在固定的趨勢(shì)組里面做了相關(guān)的趨勢(shì)，以方便日常管理和事故調(diào)查。
　　
　　（6）由于陜西國(guó)華錦能公司目前的MACSV系統(tǒng)是原來SMARTPRO系統(tǒng)的升級(jí)版，產(chǎn)生的歷史數(shù)據(jù)在不同的系統(tǒng)服
　　
　　務(wù)器中。這就要求數(shù)據(jù)的備份要及時(shí)，但是不會(huì)對(duì)機(jī)組的正常運(yùn)行造成隱患。
　　
　　（7）DCS系統(tǒng)出現(xiàn)過檢測(cè)不到跳閘指令現(xiàn)象。對(duì)于各種泵的跳閘指令信號(hào)目前都是被其合閘狀態(tài)復(fù)位，完成時(shí)間在毫秒級(jí)，而服務(wù)器采集開關(guān)量點(diǎn)一秒一秒的采集，并將其顯示在畫面上，所以在較大的掃描周期內(nèi)存在著檢測(cè)不到跳閘指令。對(duì)此我們?cè)谔l指令信號(hào)的出口增加了2S的脈沖信號(hào)來防止這種情況。
　　
　　（8）DCS三個(gè)域的歷史數(shù)據(jù)全部為零，可能由于GPS校時(shí)信號(hào)和系統(tǒng)服務(wù)器時(shí)間不同步，在相差的時(shí)間段內(nèi)使各個(gè)服務(wù)器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)均為零。和利時(shí)公司開發(fā)部門協(xié)同我們一起經(jīng)過研究對(duì)DCS軟件程序進(jìn)行了修改后，停機(jī)系統(tǒng)升級(jí)該問題巴得到了解決。
　　
　　（9）近日，出現(xiàn)了一次由于運(yùn)行的主控死機(jī)導(dǎo)致備用主控?zé)o法啟動(dòng)的情況，使得該控制站的設(shè)備處于癱瘓狀態(tài)。在和利時(shí)技術(shù)人員的協(xié)助下將兩個(gè)主控單元均更換為新主控后，出現(xiàn)A主控的SNETl故障并迅速恢復(fù)的現(xiàn)象，在系統(tǒng)狀態(tài)上圖表現(xiàn)為A主控的128網(wǎng)變?yōu)殡x線狀態(tài)并迅速恢復(fù)，同時(shí)在設(shè)備日志記錄此過程。此現(xiàn)象在以前更換新主控的過程中曾多次出現(xiàn)，主、從切換后仍然存在此問題。依據(jù)和利時(shí)給出的解決方法，將相應(yīng)域的備用服務(wù)器注銷并重新登錄后，問題得以解決。
　　
　　四、總結(jié)
　　
　　該項(xiàng)目在陜西國(guó)華錦界能源有限責(zé)任公司的成功應(yīng)用，切實(shí)解決國(guó)產(chǎn)DCS技術(shù)目前所存在的實(shí)際問題，大大降低國(guó)產(chǎn)DCS在大型火力發(fā)電機(jī)組的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，提高系統(tǒng)的安全可靠性;對(duì)各種DCS的技術(shù)特點(diǎn)、安全性、造價(jià)、運(yùn)行成本等各方面進(jìn)行綜合比較，為集團(tuán)公司電力事業(yè)乃至全國(guó)大型機(jī)組DCS的國(guó)產(chǎn)化做一個(gè)開拓性的嘗試。該研究項(xiàng)目的成功實(shí)施將為集團(tuán)公司電力建設(shè)項(xiàng)目推廣應(yīng)用國(guó)產(chǎn)DCS技術(shù)，降低投資和生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)成本、提高競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)提供寶貴的經(jīng)驗(yàn);該研究項(xiàng)目的成功也將使國(guó)產(chǎn)DCS技術(shù)突破60OMW火力發(fā)電機(jī)組應(yīng)用的零業(yè)績(jī)，為國(guó)產(chǎn)DCS在國(guó)內(nèi)外能源、化工、冶金等各行業(yè)的大力推廣應(yīng)用產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，為國(guó)家民族產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展做出積極的貢獻(xiàn)。