如何選擇DCS控制系統(tǒng).doc

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。控制系統(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)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)），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)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：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，因此這些分系統(tǒng)的運行維護也是相對獨立的，并且有相當(dāng)?shù)牟顒e，但TXP、的分散控制系統(tǒng)是不一樣的，首先這些分系統(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。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WDPF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(dāng)前的最新的狀態(tài)，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(dāng)前的最新狀態(tài)，另外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。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)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。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。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：局部控制網(wǎng)絡(luò)LCN（LOCAL CONTROL NETWORK）是HONEYWELL系統(tǒng)主干網(wǎng)絡(luò)，它連接操作站（GUS）、應(yīng)用管理器（AM）、歷史站和通用網(wǎng)絡(luò)（UCN）。 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)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)必須采用冗余方式，保證通信網(wǎng)絡(luò)可以在線維修。2、 容量大電廠控制系統(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，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)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。一、Simth預(yù)估器(PREDICTOR) 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： 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。 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。二、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 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)； 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: 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。 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)，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、ST33個過程變量的設(shè)定值; PV1、PV2、PV33個過程變量(輸人); MV1、MV2、MV33個輸出變量; DT1、DT2、DT33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） 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(dāng)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: 四、模糊控制(FUZZYCTR) 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。 在選用本控制算法時，其算法符號為: 五、前饋一一一反饋控制 PID(FEED-FWD) 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經(jīng)網(wǎng)絡(luò)時，其算法符號為: 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)，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)。 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，設(shè)計一個自動控制系統(tǒng)相當(dāng)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，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)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，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： 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。 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，和輔助控制系統(tǒng)。 3、與遠方Ovation系統(tǒng)的集成 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)；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)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： 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41000MW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1Ovation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。山東鄒縣電廠21000MW的公共網(wǎng)絡(luò)就是采取這種方式。 圖2Ovation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(dāng)于遠程網(wǎng)絡(luò)點。具體的掃描方式與OVATION系統(tǒng)掃描第三方設(shè)備的信號點一樣，即：第三方設(shè)備或系統(tǒng)點源于OVATION控制器，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(dāng)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/ODriveType:EXTERNALOVATIONNETWORK 掃描點-RegisterMapping 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 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、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)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:Linkcontroller)：提供兩個RS-232/485串行口，支持MODBUSRTU和ASCII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，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-BradleyPLCsDF-1、Profibus、FoundationFieldbus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-BradleyPLCsDF-1、Profibus、FoundationFieldbus等設(shè)備。 尤其Allen-BradleyPLC，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) 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)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:VirtualLAN)，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。 與SIS之間，則是通過各個OPCServer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)相連，以確?？刂葡到y(tǒng)的安全性。 圖 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，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，從Ovation第一套多網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)在內(nèi)蒙古托克托電廠實施至今，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2300MW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)。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(dāng)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；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；7電磁滑閥；8調(diào)速器汽輪機正常運行時轉(zhuǎn)速為3000rmin,，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，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(dāng)汽輪機轉(zhuǎn)速升高到異常值時，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。 當(dāng)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3300rmin和，3330rmin。 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(dāng)汽輪機轉(zhuǎn)速過大時，調(diào)速器滑閥行程增大，帶動超速后備保護滑閥，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112114，對應(yīng)33603420rmin 。 （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(dāng)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)置凝汽器真空低保護。當(dāng)凝汽器真空低至規(guī)定值(一般為6773kPa或500550mmHg)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(dāng)汽輪機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。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(dāng)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(dāng)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(dāng)真空值升到93kPa以上再降到72kPa時，發(fā)出跳閘信息，同時，當(dāng)真空值降到67kPa以下時，跳閘信息被切除。