DCS系统在八钢热电机组的应用

摘要：主要介绍八钢热电厂DCS系统的设计特点及网络结构安全性设计特点，结合生产过程实际对Dcs系统的软、硬件特性进行分析并详细介绍了GPS对时装置的工作原理。
关键词：DCS系统；热电机组；GPS

Application of DCS System in Thermoelectric Unit
WU Hua

Abstract：The design characteristics of the DCS system and network structure safety of the Heat Power Plant of Xinjiang Bayi Iron & Steel Group Co．, Ltd． were presented．According to actual production process， the properties of software and hardware of the DCS system were analyzed and the work principle of GPS time calibrating device was presented indetail．
Key words：DCS system；thermoelectric unit；GPS
1 前言
随着自动控制水平的不断提高，电厂对自动控制的要求也越来越高。目前电厂的DCS系统充分利用计算机网络技术的先进性，在数据处理、传输速度和控制的准确性、安全性上都有了很大的突破。八钢2×25 MW发电机组DCS系统的控制水平在国内同等规模发电机组中处于领先水平，在125 MW 以上规模的发电机组中也属先进水平。本文就八钢热电的设计特点和网络结构进行介绍。并将对所使用的施耐德Modicon昆腾系列卡件的特殊性能进行介绍。
2 热电DOS系统的设计特点、网络结构
2．1 热电DCS系统的设计特点
DCS系统中文全称是集散控制系统。所谓集散控制，意指系统采用危险分散，控制分散，而操作和管理集中的分层分级，合作自治的结构形式，适应现代的工业生产和管理要求。八钢热电遵循这一设计理念，将锅炉、汽机等具有较多相互关联难以精确测控的设备分为12个不同的现场控制站，将一个完整的控制系统中存在危险因素的部分在不同级别的控制器内控制，采用网络路由冗余，两套CPU机架冗余热备模式。在这种情况下某一个控制站因DCS卡件故障、采集元件故障、数据传输故障或网络故障引起的系统故障将不会导致整个DCS系统的崩溃，只要操作人员处理得当，维护人员及时恢复，甚至不会影响到锅炉和汽机的运行。八钢热电DCS系统运用SOE事件记录模块，并为实现关键量SOE记录时间的准确性，特别增加了GPS同步卫星对时功能。能精确记录每一毫秒内先后到达的事故信号，便于故障的发现和排除，使机组尽快恢复正常生产。
2．2 热电DCS系统网络结构的安全性设计
DCS系统数据采集通过设置为不同网段上的两个交换机进行，由此组成了DCS系统的EDPF高速数据公路。EDPF高速数据公路采用工业以太网搭建，化水站、输煤操作站、循环水操作站距离主控室较远（距离最远约为300米），与主控室数据交换采用100M光纤，其他操作站均在主厂房内，采用双绞线连接。工业以太网采用双网冗余方式，防止一条数据链路出现物理断线而导的事故情况。
DCS系统网络结构如图1所示。

数据交换网络采用双网热备形式，其中各控制站在两个网段上又各有2个热备以太网通讯模块。所有控制站的数据均由opr81（1#机炉电）、opr83（与opr81冗余热备）、opr82（2#机炉电）、opr84（与opr82冗余热备）采集到上位监控机。一旦主采集站（opt81或opr82）因某种原因退出工作，备用采集站（opr83或opr84）立即担当采集工作，无间断地进行下位数据的采集工作。12台集中放置在主控室的操作站均可互为冗余，即如有一台操作站死机，其他操作站可取代其操作功能。所有的计算机操作站均为双网卡设计，通过两条互为冗余的工业以太网与EDPF高速数据公路相连OPR91（历史数据服务器）被设置为GPS同步卫星对时接受站，接受GPS信号更新系统时钟，所有工程师站、操作员站、计算站及历史站均实时刷新本站时钟，与GPS时钟相吻合。
3 热电DCS系统的软、硬件特性
3．1 热电DGS系统的软件特性
3．1．1 操作系统
13个操作员站和1个工程师站：Windows NTworkstationV4．0
1个工程师站：Windows 2000
上位组态软件：EDPF_NT V2．0衄态王6．03
下位机编程软件：Concept V2．5 XL EN
3．1．2 Concept软件特性
Concept符合IEC1 131—3编程语言标准并支持5种IEC标准语言：①梯形图（LD）②顺序功能图（SVC）③功能块图（FBD）④结构化文本（sT）⑤指令表（IL）。
对于使用Concept编程语言的人来说，Concept最大的优点在于其DFB（派生功能块）的功能。用户可自定义DFB块，并在其他的程序中随意调用。例如使用电动阀DFB块，在用户自定义生成命名为阀门的DFB块后，可在不同的程序中使用此功能块．对于简单的阀门控制单元里，可以没有的状态信号输入／输出端上标注为0即可。
3．1-3 Concept功能
（1）离线程序开发
（2）在线程序维护及修改、下装
（3）完整的用户文本
（4）使用I／O Map Zoom进行模块组态
（5）使用DX Zoom进行功能块组态
（6）UO模块正常和状态监视
（7）过程，机器诊断
3．1．4 EDPF_NT软件特性
EDPF—NT系统采用分散控制系统的设计思想．可由多套计算机组成。系统可最多配置254个站。系统可按功能划分为：工程师站、操作员站、DPU站、历史站、制表站、计算站、通讯站。各站之间采用高速以太网双数据总线。同时，在计算机负荷允许的情况下。有的站可以合并，以减少计算机的台数。真正实现了功能分散，危险分散。
EDPF—NT采用硬盘镜像方式安装，无需授权。系统的运行平台是Microsoft NT4．0。各站还装有专业版的Office97。历史站安装Microsoft SQL Server7．0标准版。每台计算机硬盘都分有三个分区。通常情况下，C盘分区为FAT分区，安装系统文件。EDPFNT系统安装在D或E盘上。目录名称为EDPFNT。对于作为历史站的硬盘数据库存放分区应留有10G左右的空间，用于存贮历史记录信息。
3．1．5 EDPF_ NT功能
（1）系统组态，使用系统图库建立人机界面
（2）可实现对Modicon Quantum PLC IO系统、893网络DAS系统、DEH 接口系统、与电气监控系统ACS的RS232通讯以及通用第三方接口系统等的集成。
（3）软件光字牌，可实现自动语音报警、报警确认等功能。
（4）历史趋势的记录及打印，历史纪录无点数限制
（5）实时趋势的记录及打印
（6）报表的定时打印
（7）GPS对时功能
3．2 热电DCS系统硬件特性
3．2．1 硬件技术特性
（1）DPU可扩展性高：
本地I／O（主底板）最大I／O字，64入和64出
最大I／O的架数：1
远程I／O：每个分站最大I／O字，64入和64出
最大远程分站数：3 1
（2）ERT85410：SOE模块提供不大于1ms的分辨率，实时记录所有事故顺序的输入状态改变，精确至毫秒的状态改变时刻值。并按照状态跳变时间顺序将这些事件信息排队存储至SOE数据缓冲区。形成开关量状态跳变顺序表。在程序处理时将这些快速读人的信息以堆栈方式储存在内部寄存器中，当操作人员查看时，可根据时间段的不同调出信息进行事故分析。
（3）EHC 10500：高速计数器模块具有5个计数器输入，8个数字量输入和8个数字量输出。技术频率100 kHz（5 VDC）／35 kHz（24 VDC）。该模块作为电量记录模块，根据计数器采集得频率周期进行记录。在内部程序中采用特殊的累加器功能块
（FBC），将读取的数据累加后得到发电量或使用的电量数值。
（4）GPS接受装置工作原理
GPS同步卫星对时装置是由一个外形类似鼠标的GPS接收器和一个外形类似模块现场控制器的GPS信号接收转换模块组成。GPS接收器根据要求安装在主厂房汽机间顶部空间开阔处。用于接收同步卫星的时间信号。GPS信号接收转换模块通过专用电缆与GPS接收器连接，将接收到的信号经过转换发送到历史数据服务器和SOE事件记录模块。GPS信号接收转换模块在同时接收到来自4颗同步卫星的对时信号后，通道指示灯闪烁。表明工作正常，此时刷新操作站时钟。
在历史数据服务器的Startup启动文件中添加NTClock．exe应用程序，此程序用于对其他操作员站的时间进行刷新。在接收到GPS信号接收转换模块发过来的时间信号后，NTClock．exe将会把时间刷新到各操作员站上去。
此外GPS信号接收转换模块还通过硬接线方式将时钟信号送至1 和 控制站SOE事件记录模块（ERT85410）的两个通道中，用于在进行事件记录时和操作站的时钟信号相统一。
GPS接受装置在整个DCS系统中起着重要作用，在出现锅炉MFT或汽机打闸时，同时进入的几个联锁跳闸信号可能互为原因或结果，而GPS接受装置可将时钟完全统一，配合SOE模块的精准记录功能，同一毫秒内进入的信号区分先后。便于事故原因的查找和排除，大大降低了事故处理时间。
4 结束语
DCS系统在八钢热电的生产过程中起着中枢神经的作用，是生产过程的大脑。自投产至今尚未因控制系统故障而导致生产的中断。在日常生产过程中，易于维护，安全、稳定，很大程度的降低了运行人员的劳动强度。相信在以后的生产过程中。DCS系统能发挥出更大的作用控制生产的稳定运行。