DCS系統(tǒng)配置說明

1、TELEPERM XP DCS系統(tǒng)配置說明本方案是為定洲電廠一期工程2600MW機組所配置的分散控制系統(tǒng)，其配置基準參照技術規(guī)范書中的I/O清單。本配置方案見第三卷附件15的DCS配置圖，其技術細節(jié)見以后各章節(jié)。我方保證本方案所供設備是適用的，先進的，能適用于定洲電廠一期工程2600MW機組，并能全面滿足用戶的要求。一、 概述西門子TELEPERM XP分散控制系統(tǒng)是以電廠安全、經(jīng)濟、優(yōu)化運行為目標的電 廠分散控制系統(tǒng)，它緊密結(jié)合電廠的實際生產(chǎn)過程，以功能及被控設備為對象，經(jīng)分層及分布的軟硬件設計，統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)格式以及人機接口來實現(xiàn)最優(yōu)化的控制及運行策略。TELEPERM XP系統(tǒng)在硬

2、件及軟件分配上并不完全以DAS、MCS、SCS及FSSS來設立 子系統(tǒng)，而是以被控對象以及功能區(qū)域來設立子系統(tǒng)，如給水系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、風煙系統(tǒng)等。這樣的分配方案面向現(xiàn)場，使得一個設備的控制，包括輸入/輸出、報警、聯(lián)鎖相對集中在一塊或幾塊模件，一個子系統(tǒng)的控制集中在一個CPU中，提高了單一對象處理的獨立性，大大減少了DCS系統(tǒng)內(nèi)信號的通訊量。大量的事件處理在I/O總線內(nèi)，甚至在智能I/O模件內(nèi)實現(xiàn)，而不需要經(jīng)過通訊總線，既提高了安全性，又降低了總線通訊的負荷。 TELEPERM XP系統(tǒng)的控制等級可分為機組級，功能級，單項級,見下圖:TELEPERM XP系統(tǒng)的控制等級TELEPERM XP系統(tǒng)

3、可分為 AS620（自動控制系統(tǒng)），OM650（操作監(jiān)視系統(tǒng)）， ES680（工程設計系統(tǒng)）及 SINEC H1 FO（總線系統(tǒng)），見下圖：TELEPERM XP系統(tǒng)組成從功能上說，AS620主要實現(xiàn)電廠的自動化控制（安全運行），OM650主要實現(xiàn)過程控制，過程信息及過程管理（經(jīng)濟及優(yōu)化運行），SINEC H1 FO主要完成數(shù)據(jù)通訊， ES680主要完成系統(tǒng)的組態(tài)。有關TELEPERM XP的系統(tǒng)介紹見本附件的系統(tǒng)描 述。根據(jù)定洲電廠一期工程2600MW機組的技術要求，本TELEPERM XP系統(tǒng)分為四大 子系統(tǒng)，見下圖：二、 AS 620自動控制系統(tǒng)根據(jù)定洲電廠一期工程2600MW機組系統(tǒng)的

4、規(guī)模，考慮了一定的冗余量后，單元機組AS620自動控制系統(tǒng)根據(jù)要求分兩處設置：鍋爐電子設備間和汽機設備電子間。鍋爐電子設備間配備了四面基本柜和一面擴展柜；汽機電子設備間配備三面基本柜和一面擴展柜。公用系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)配備有一面獨立的基本柜和一面獨立的擴展柜。關于AS620機柜的布置見本卷附件15的圖4。在AS620B基本柜中有一對AP（自動處理器），互為備用，占一層機架。另有三層或兩層FUM（功能模件）機架，各層可安裝多至19塊FUM功能模件。TELEPERM XP系統(tǒng)以被控設備為對象設計及分配FUM功能模件。不同的對象分配不同 的模件（四至五種）。每塊FUM模件可以獨立地完成對多個同類設備進

5、行的自動控制。在模件正常工作的情況下保證獨立地完成對設備的保護及控制。從系統(tǒng)負載、運行速度等角度考慮，TELEPERM XP將大量工作分散到了模件級，因 此單從對設備的控制及保護的要求來說系統(tǒng)可以無限地擴充。AP主要完成某個功能區(qū)中多個被控對象之間的協(xié)調(diào)控制。由于AP與FUM之間的通訊總線為輸入輸出I/O總線，該總線為并行總線,故信息交換的速度高，吞吐量大，又由于AS620B系統(tǒng)以功能區(qū)劃分，同一功能區(qū)中的設備之間大量的信息交換被縮小在一個AS620B機柜中，因此極大地降低了系統(tǒng)局域網(wǎng)上的數(shù)據(jù)通訊量，也提高了自動控制系統(tǒng)的響應速度。每個AP還配有一個CP（通訊處理器，負責與其它子系統(tǒng)的通訊）以

6、及IM（接口模件,負責CPU與FUM的通訊），極大地減輕了AP中主CPU的負載，增加了處理及通訊速度。1. 本系統(tǒng)中使用的FUM模件均為智能I/O模件。每個I/O模件內(nèi)的處理器負責對輸入/輸出信號添加時間標簽，分辨率1ms；功能I/O模件FUM210在處理現(xiàn)場的馬達、電動門、電磁閥的模件內(nèi)部的處理器負責力矩保護、行程保護、跳閘連鎖等功能；而閉環(huán)控制模件FUM280的處理器則能獨立于中央CPU做PID運算；信號模件的處理器則可完成線性化數(shù)據(jù)整定、質(zhì)量判斷、工程單位換算、越限報警等功能。這些智能I/O模件與通訊處理器一樣，極大限度減輕了中央CPU的負載。2. 本DCS系統(tǒng)的中央處理器AP均為100

7、冗余，通訊處理器CP、I/O總線、I/O總線接口模件IM全部100冗余，每臺機柜的供電回路也完全實現(xiàn)冗余。三、 關于SOE在TELEPERM XP系統(tǒng)中可以完成SOE的功能，所以無需獨立的SOE系統(tǒng)。AS620B系統(tǒng)開關量采集模件FUM210模件在選擇中斷型采集時，可達1ms的時間精度，可以滿足SOE對1ms分辯率的要求。其實現(xiàn)方法是：對于有SOE要求的一定數(shù)量的開關量測點以中斷型采樣方式進行采樣，在信號變化被模件探測后，模件內(nèi)部的CPU即對信號附以1ms精度的時鐘標志，通過I/O總線送入CPU，進而存放在長期數(shù)據(jù)庫中，用事故追憶STAD功能調(diào)用觸發(fā)條件前后的狀態(tài)數(shù)據(jù),然后以CRT顯示或打印輸

8、出。四、遠程I/O站公用系統(tǒng)的循環(huán)水泵房及燃油泵房的遠程I/O站采用西門子ET200M系列，通過1000米冗余光纜直接接入公用系統(tǒng)自動系統(tǒng)AS620。通訊總線為PROFIBUS現(xiàn)場總線。 遠程I/O站同時配備冗余的220VAC/24VDC電源轉(zhuǎn)換模件，其輸入為從DCS電源柜引入的兩路220VAC，經(jīng)轉(zhuǎn)換后其輸出通過解耦二極管至ET200M遠程站。各遠程站的機柜直接接入就地接地網(wǎng)。公用系統(tǒng)遠程站配置示意圖見附件15中的圖13。五、 中間繼電器柜（DO中間繼電器輸出）本方案數(shù)字量輸出DO全部以干接點方式輸出，因此在DCS的DO輸出與現(xiàn)場控制對象之間加有中間繼電器。繼電器柜用于安放驅(qū)動馬達、電動門、

9、電磁閥以及MFT跳閘用的中間繼電器。每柜最大容量為500對常開或常閉干接點輸出。為了方便檢修及維護設計，本方案中單元機組安排了六面繼電器柜，分別布置在鍋爐和汽機的電子設備間，見附件15的圖9。六、 端子柜由于AS 620B自動控制系統(tǒng)柜的信號處理能力強，可接入的信號量多，直接用尺寸較 大的現(xiàn)場電纜端子接入現(xiàn)場電纜將使其布置十分凌亂，更由于現(xiàn)場電纜布置與DCS自動系統(tǒng)機柜的信號分配并不一一對應，因此需要在現(xiàn)場信號電纜與DCS系統(tǒng)信號之間加設端子柜，這樣做既方便了DCS的信號布置，使其合理簡潔，又與現(xiàn)場的界面清晰，還方便了今后的信號改向。本系統(tǒng)單元機組共配置九面端子柜，分別布置在鍋爐和汽機的電子間

10、。連接端子采用德國西門子公司產(chǎn)品。每柜約接1800引針，最大可接2000引針。見本卷附件15的圖8。由于設置了端子柜及中間繼電器柜，TELEPERM XP分散控制系統(tǒng)與現(xiàn)場過程的 界面僅在端子柜的現(xiàn)場側(cè)及中間繼電器柜的現(xiàn)場側(cè)。七、 操作和監(jiān)視系統(tǒng) OM 650OM 650系統(tǒng)承擔過程控制、過程信息和過程管理的任務。過程控制主要是指DCS系統(tǒng)對電廠生產(chǎn)過程的監(jiān)視與操作,目的在于避免故障，發(fā)現(xiàn)故障以及清除故障，達到機組的安全運行。過程信息主要是指存儲及管理各類歷史數(shù)據(jù)，它不直接介入過程控制，但可以指導機組運行的方式及控制方式。過程管理主要是指各類運行參數(shù)及設備參數(shù)的計算及分析，以達到優(yōu)化機組運行的

11、目的，實現(xiàn)經(jīng)濟運行。OM 650系統(tǒng)可以分為四大部分PU、PU/SU、OT及終端總線, 其概貌圖見本卷附件15的圖5。 PU為處理單元，主要負責過程控制。為了提高系統(tǒng)的可用率，PU采取了100%的冗 余，即每臺PU均有熱備用，它們同時運行相同的程序，執(zhí)行相同的任務。區(qū)別僅 在于在線PU有輸出而熱備用PU無輸出。在線與備用PU對之間進行數(shù)據(jù)動態(tài)更新。本項目的TELEPERM XP系統(tǒng)配置了一對PU。 PU/SU為處理服務單元，除完成上述功能外，還負責過程信息及過程管理，如報表、曲線、棒圖等歷史信息的計算、處理、顯示及打印。其上有組態(tài)數(shù)據(jù)庫、長期數(shù)據(jù)庫。由于TELEPERM XP具有統(tǒng)一人機界面（

12、圖形）及數(shù)據(jù)格式，需要統(tǒng)一 的數(shù)據(jù)庫。同樣，PU/SU也實行100%的冗余。本項目的TELEPERM XP系統(tǒng)配置了一對PU/SU。為了長期存檔，每臺PU/SU均配 置了可讀寫磁光驅(qū)MOD，可對歷年的數(shù)據(jù)進行存檔及查閱。 OT為操作員站，主要負責人機接口。操作員通過OT監(jiān)視電廠生產(chǎn)過程，發(fā)出操作 控制命令。由于每臺OT與具體的PU或PU/SU并不發(fā)生直接指派關系，故在OT上可監(jiān)視電廠的任何一個功能區(qū)以進行控制和操作。但也可能通過值長口令進入某一個OT，對于幾個功能區(qū)或幾個對象進行閉鎖，使之只能看不能操，實現(xiàn)機、爐、電、熱的分負操作。根據(jù)需要，本項目配置了5臺OT。其中三臺OT均帶有一臺21”彩

13、顯和一個鼠標，光標在操作圖上移動以點擊來完成各類操作。另有一臺OT連接兩塊84”大屏幕顯示器，一臺OT連接兩臺21”彩顯。由于OT是獨立的，又是完全相同的配置，故OT站為五重冗余配置。 終端總線是連接OM650的PU，PU/SU及OT的數(shù)據(jù)高速公路。它不僅使OT在物理上脫 離了PU或PU/SU，并減輕了PU及PU/SU的負荷。因為所有的畫面,包括用戶畫面及系統(tǒng)畫面都存儲在OT中，盡管其總?cè)萘繕O其龐大，調(diào)用及處理畫面時CPU瞬時的負載也僅在于動態(tài)過程信號的傳遞。終端總線也因分解了PU及PU/SU，使PU專用于局部區(qū)域的過程控制任務，加快了控制速度，提高了系統(tǒng)對現(xiàn)場的響應能力。終端總線與電廠總線一

14、樣，也是冗余工業(yè)以太光纜總線。（詳見本章第九節(jié)）OT、PU、PU/SU的硬件基本一致。 一套冗余配置的處理單元PU，即兩臺PU。其配置如下：Pentium 4，1.7GHz 處理器256MB主存40GB SCSI硬盤SCO UNIX Open Server 5 操作系統(tǒng)INFORMIX 數(shù)據(jù)庫在線UPS 一套冗余配置的處理服務單元PU/SU，即兩臺PU/SU。其配置如下：Pentium 4，1.7GHz 處理器256MB主存40GB SCSI硬盤2x2.4GB可讀寫磁光驅(qū)MODSCO UNIX Open Server 5 操作系統(tǒng)INFORMIX 數(shù)據(jù)庫在線UPS以上部分均安裝在計算機柜中。

15、五套操作員站OT五套操作員站OT，其中三臺操作員站各帶一臺21”CRT和一個鼠標，另有一臺OT連接兩塊84”大屏幕顯示器，一臺OT連接兩臺21”CRT。另配一個標準鍵盤用于系統(tǒng)維護。OT的配置如下：Pentium 4，1.7GHz處理器256MB主存40GB SCSI硬盤SCO UNIX Open Server 5操作系統(tǒng)DYNAVISX/X-WINDOWS/OSF-MOTIF圖形系統(tǒng)在線UPS 在OM650系統(tǒng)上還配置了四臺A3激光記錄打印機。雖然打印機連接在某個OT上,但在終端總線上的任一個OT均可驅(qū)動某臺打印機打印。另外還配置了一臺磁帶機DAT，備作數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換使用。八、 工程設計系統(tǒng)ES

16、680ES680工程設計系統(tǒng)是一個由數(shù)據(jù)庫支持的全圖形系統(tǒng)。采用國際上成熟的標準化軟 件，如UNIX和關系數(shù)據(jù)庫。為了使控制系統(tǒng)的操作快速、安全、方便，采用了統(tǒng)一的現(xiàn)代化的圖形系統(tǒng)OSF-MOTIF和用戶接口X/Windows。ES680工程設計系統(tǒng)為高性能系統(tǒng)，可以為所有子系統(tǒng)組態(tài)，包括總線系統(tǒng)。除了在 設計調(diào)試階段使用，還應用于系統(tǒng)的運行優(yōu)化和系統(tǒng)擴展，保證了工程設計和系統(tǒng)維護階段數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性。該工程設計系統(tǒng)為圖形界面，無需編程語言?？梢宰詣由纱a及自動下載代碼。系統(tǒng)概貌圖見本卷附件15的圖6。ES 680工程設計系統(tǒng)配置如下：Pentium 4，1.7GHz處理器256MB主存40GB

17、硬盤12GB內(nèi)置磁帶機UNIX(HP-UX SR10.X)操作系統(tǒng)INGRES數(shù)據(jù)庫21”純平顯示器，16001200分辨率在線UPS另配備鼠標、鍵盤、一臺A3彩色激光打印機和一臺A4黑白激光打印機和一套工程師桌。系統(tǒng)不僅可以利用OM650進行故障分析，還可以利用ES680進行系統(tǒng)故障跟蹤分析。九、 總線系統(tǒng)SINEC H1 FO電廠總線擔負DCS各子系統(tǒng)間（AS620、OM650、ES680）的通訊任務，它為工業(yè)以太總線，遵循ISO/OSI的七層結(jié)構建立起來的國際標準通訊協(xié)議。電廠總線是通過光纜建立的局域以太網(wǎng)，采用IEEE802.3標準的CSMA/CD協(xié)議。傳輸 速率為100M位/秒。OS

18、M模件為一光纜總線接口總站,帶有自己的電源。通過OSM模件，TELEPERM XP系統(tǒng)的各成員以星型結(jié)構連接在一起。OSM模件具有下述特點：l 兩套獨立的電源l LED診斷l(xiāng) 通過信號開關報告故障l 遠程管理電廠總線為虛擬環(huán)網(wǎng)，其上有若干OSM模件，OSM模件上有一組電子開關，見下圖：當虛擬環(huán)網(wǎng)上所有部件均正常工作時，其中必有一塊OSM模件的電子開關是打開的，于是虛擬環(huán)網(wǎng)實際上是總線網(wǎng)。當虛擬環(huán)網(wǎng)上有一部件工作不正常形成開路時，該電子開關閉合形成新的形式的總線網(wǎng)，同時報警通知系統(tǒng)維護人員排除故障，實現(xiàn)了冗余總線的設計。在故障情況下自動修復的電廠總線，見下圖：終端總線的原理與電廠總線完全一樣，但

19、其接口模件的數(shù)量及類型因其所掛用戶不同而有所不同。十、 系統(tǒng)主時鐘各單元機組均配備一主時鐘，負責全系統(tǒng)的對時工作，安放在AS620的機柜中。該主 時鐘可以人工設定時間，也可接受GPS系統(tǒng)來的時間信號。十一、 與其他系統(tǒng)的接口本系統(tǒng)已預置技術規(guī)范書所要求的與外系統(tǒng)的接口，這些接口有如下兩種形式：TCP/IP網(wǎng)絡接口和RS232或RS485通訊接口。本方案在單元機組中已設置與下述系統(tǒng)的通訊接口：1. IT系統(tǒng)通過接口機直接連接至DCS系統(tǒng)終端總線，通過TCP/IP協(xié)議進行通訊。2. 汽機數(shù)字電液控制系統(tǒng)(DEH)和給水泵汽輪機控制系統(tǒng)(MEH)通過冗余CM通訊接口單元接入DCS系統(tǒng)工廠總線，通過T

20、CP/IP協(xié)議或MODBUS協(xié)議進行通訊。3. 旁路控制系統(tǒng)(BPC)、鍋爐吹灰控制系統(tǒng)、電除塵控制系統(tǒng)、空調(diào)控制系統(tǒng)、國內(nèi)遠程智能I/O系統(tǒng)、凝結(jié)水精處理控制系統(tǒng)、發(fā)變組保護、網(wǎng)絡計算機監(jiān)控系統(tǒng)、直流系統(tǒng)通過非冗余CM通訊接口單元與DCS系統(tǒng)進行雙向通訊。本方案在公用系統(tǒng)中已設置與下述系統(tǒng)的通訊接口：高壓備用變壓器等通過非冗余CM通訊接口單元與DCS系統(tǒng)進行雙向通訊。CM通訊接口單元的配置示意圖參見本卷附件15的圖12。由于PU側(cè)已置成單向選數(shù)，不接受任何命令，不修改任何數(shù)據(jù)，故可從軟件上保證DCS系統(tǒng)不受任何外來的侵害。十二、 電源系統(tǒng)本系統(tǒng)單元機組配備三面電源柜，分別布置在鍋爐和汽機的電

21、子間。電源柜內(nèi)包括了兩路220V AC的輸入及其冗余切換裝置，以及互為冗余的14個220V AC/24V DC交直 流電源轉(zhuǎn)換器,為DCS自動系統(tǒng)供電。配備的電源余量達50%。公用系統(tǒng)也配備一面獨立的電源柜，通過互為冗余的4個220V AC/24V DC交直流電源 轉(zhuǎn)換器供電，電源余量達100%。電源系統(tǒng)配置示意圖參見本卷附件15的圖7。電源柜的兩路DC 24V輸出并行送入AS 620機柜，經(jīng)二極管去耦后沿電源分配槽送入 各機架。每層機架根據(jù)需要可有多路電源輸入，每路均配有嶄波器及保險。24VDC電源進入各FUM模件后又由各塊模件形成自身所需的工件電源、報警電源、通道輸出電源等，因此互不影響，

22、保證了電源的可靠供應。AC220V各路為各個PU、PU/SU、OT、OSM及主時鐘供電。PU,PU/SU及OT還帶有自己獨立的UPS，保證重要數(shù)據(jù)不丟失。當UPS的交流電源供應故障達到一定時間后，PU、PU/SU及OT能自動保存重要數(shù)據(jù)，進行保護性關機。十三、 計算機柜本項目DCS系統(tǒng)的單元機組及公用系統(tǒng)均配置了計算機柜，其中放置了終端總線的網(wǎng)絡連接器OSM及所有的PU、PU/SU及其UPS。其示意圖參見本卷附件15的圖10。十四、 系統(tǒng)組態(tài)，調(diào)試及維護TELEPERM XP系統(tǒng)的設計工作可以在TELEPERM XP系統(tǒng)尚未形成時開始，即系統(tǒng)設計可 以根據(jù)用戶的技術規(guī)范書，I/O測點清單和P&

23、ID圖進行基礎設計和詳細設計。在此階段硬件設計方面將完成系統(tǒng)拓樸結(jié)構圖，AS機柜配置圖及各類模件的參數(shù)設定，軟件設計方面將完成基礎設計，系統(tǒng)功能概貌圖，功能區(qū)概貌圖及單項邏輯圖。與此同時，在用戶的配合下完成電廠畫面及動態(tài)聯(lián)接，即將畫面上的動態(tài)圖符，包括數(shù)據(jù)顯示和控制操作，與實際對象聯(lián)系起來，以及將用戶畫面及系統(tǒng)畫面的層次對象關系建立起來，與用戶一起討論確認設計的正確合理性后進行系統(tǒng)檢查及代碼生成。當硬件加工完成，在工廠系統(tǒng)集成完成并驗證系統(tǒng)運行正常后，下載代碼并完成系統(tǒng)正確性調(diào)試以及邏輯正確性調(diào)試，在用戶參與的情況下完成出廠驗收。其驗收方法及驗收內(nèi)容都事先經(jīng)用戶確認。在現(xiàn)場調(diào)試驗收階段，首先是

24、“冷調(diào)試”，即恢復系統(tǒng)運行正常后進行現(xiàn)場I/O點與系統(tǒng)標識點的一一對應驗證，其次是“溫調(diào)試”，即測試開閉環(huán)控制的正確性，最后是“熱調(diào)試”，即測試協(xié)調(diào)控制，順序控制的正確性及合理性。其后，用戶將在經(jīng)驗積累的基礎上，在系統(tǒng)正式運行的過程中利用ES680進行系統(tǒng)維護及優(yōu)化。十五、 人機界面TELEPERM XP系統(tǒng)運行的人機界面均以畫面的形式表達，其中有電廠畫面電廠生產(chǎn) 流程圖，過程畫面棒圖，曲線，特性曲線，功能圖電廠各變量（包括參數(shù)和設備）之間的邏輯關系，以及操作畫面和信息畫面（這些畫面均以窗口形式顯示）。TELEPERM XP系統(tǒng)工程設計的人機界面也是畫面，以電廠技術人員所熟悉的圖符表示， 用連

25、接的方式建立邏輯關系，以及開窗填寫數(shù)據(jù)的方式進行參數(shù)設定。極其簡單，不需具有專門的計算機編程知識。十六、 現(xiàn)場設備與DCS的連接方式對于現(xiàn)場受控設備以及信息采集儀表，TELEPERM XP均以標準的接線方式進行連 接，并以標準的類型標識符號進行定義。用戶只要對所用的設備或儀表進行類型定義即可。系統(tǒng)將自動生成電纜連接表，給出各端點的信號標識名稱?，F(xiàn)場設備的電纜根據(jù)電纜連接表接至端子柜現(xiàn)場端口及中間繼電器柜現(xiàn)場端口即可。標準接線原理圖范例見本卷附件15圖14a.b.c.d.頁。十七、 接地與屏蔽1. 接地:TELEPERM XP分散控制系統(tǒng)的接地方式可以有兩種，即單點接地和多點接地。單點接地：各個電子柜的屏蔽條A，DC24V的M，它們通過電源電纜線匯總到ZEP條后接地，見下圖：A：屏蔽條M：DC24V地E：大地注:集中條截面積70mm2的銅條或120mm2的鋼條。E條至少要有三根銅條（70mm2）以放射形方向及最短距離接至室內(nèi)地網(wǎng)（無室內(nèi)地網(wǎng)接室外地網(wǎng)）。兩電源柜的接地方式相同。多點接地：各個電子機柜就近接入室內(nèi)地網(wǎng)，如下圖：室內(nèi)地網(wǎng)與室外地網(wǎng)：當不能獨立為電子室接入大地（1W）時,可借用室外地