国产DCS系统在我公司的应用与改进试验研究技术报告
为提高我公司改建工程俄供2×90MW超高温高压双抽供热汽轮发电机组，电、热负荷适应能力和自动化水平，达到减人增效，竞争上网，确保机组安全、稳定、经济运行，根据吉林省电力公司关于优化我公司2#机组DCS系统的指示，在2001年2月~10月，我公司在原司令图审查已确定的二功能DCS系统配置的基础上，分别利用已投运的1#机组及公用系统完善化大修期间，和2#机组建设期间对1、2#机组同步实施了DCS优化改造。使扩展后的DCS系统覆盖2台机组的机、炉、电，包括公用系统和电气网控，从而在原DCS系统配置的基础上，用一套国产DCS系统——上海新华XDPS-400实现了在同一集控室对2台俄供90MW供热机组的DAS、MCS、SCS、ECS和汽机电调的一体化全微机监控。并为今后全厂实现管控一体化和机组AGC控制创造了条件。使用同一套国产DCS系统实现2台俄供90MW双抽供热机组（包括电气网控）在一个集控室五功能一体化全微机监控，在我国同类型火电厂中尚属首例。
我公司应用国产DCS系统实现2台俄供90MW机组的全微机监控的主要特点：
1、采用一套国产DCS系统在一个集控室实现2台机组的机、电、炉及公用系统和电气网控的一体化全微机集中监控。最大限度地满足了2台机组的母管制、单元制及机、炉交叉运行方式。
字串1
2、由于每台机组及公用系统（包括电气网控）各采用一个相同的系统控制网络（冗余高速实时数据网），三个网络通过交换器（Switch）和集线器（Hub）可在线连接成一个系统控制网络，从而实现数据和硬件（人机接口）最大共享；三个网络又可在线由一个网络解成各自独立的三个网络，而不会对现场产生丝毫影响；从而通过网络互连，即分散了系统控制网络（冗余高速实时数据网）故障引起的风险，又增加了系统控制网络灵活的配置方式。
3、最大限度地利用了DCS系统资源，采用一体化设计，将原传统的机、电、炉独立监护变为可全能值班的一体化全微机监控。
4、将电气传统的强电手动一对一监控变为微机画面集中监控。
5、最大限度地取消了常规显示仪表，硬手操，硬开关，只留最低限为后备，是以往的单功能控制系统无法比拟的，也是我国100MW机组中应用国产DCS系统最全面和最彻底的范例。
6、应用与DCS完全相同的软、硬件一体化系统，实现了俄供90MW双抽汽机的以矢量控制马达为接口的电液并存式电调控制；并在俄原配电调要求的基础上增加了纯仿真和混合仿真功能，将TSI功能显示和报警纳入到电调的DAS中，成功地增加和投入了汽机从零转开始的转速全程控制以及甩负荷控制。这在国内尚属首次，也标志着我国火电机组自控系统的技术已达国际先进水平。 字串1
7、采用开放、灵活的通讯接口支持，将电气GPS远动装置以标准通讯RS-232和以太网方式纳入DCS系统中，最大限度地作到了信息、资源共享，有利于微机集中监控，又节省了投资。
8、将DKJ、DKZ系列执行器的伺服放大器取消，而使用LC-S伺放控制卡的输出开关量控制方式，从而使此类执行器的调节回路和远方控制回路外部接线完全一致，且简捷，所以只需在DCS中组态调节器及软手操，即可将现有远方控制执行器改为自动调节方式。也避免了传统外加伺服放大器不可靠所带来的隐患及维护量，又减少了投资。
9、将锅炉一、二次风速测量差压信号直接引入DCS系统，并在DCS中运算和显示；将炉水位TV控制，粉仓粉位测量控制热工信号按纽都纳入DCS中，增加了DCS的监控范围，也减少了盘面布置，降低了监盘强度。
10、采用和DCS系统
I/O相同的一体化远程I/O柜，实现机、炉非重要金属温度的就地集中测量，既利于功能集中布置，又节省了电缆；也避免了采用其它品牌远程I/O带来的精度等级降低和备品的投资。
11、对机、炉不太重要的金属温度热电偶测量采用就地设补偿接线箱，用普通电缆引入DCS进行软补偿，节省了补偿电缆的投资。
字串4
12、将传统的机、电、炉，公用系统人工抄报表变为微机自动存储定时或召唤打印报表。实现了炉、机、电、主辅系统和主辅机性能参数的在线计算，指导经济运行。
13、采用电气交流采样信号板，直接进行电气量电流和电压的测量，取消了电量变送器，在提高测量精度和可靠性的同时，减少了电量变送器备品的投资。
14、对重要电动门配置了可调整电动门反馈电位器信号转换装置，从而在DCS
MMI站上可显示电动门开度，方便运行人员监视和经济调整。
15、取消了原设计的DCS系统传用接地网，将DCS系统接地改接主厂房电气公用接地网上，节省了传用接地网投资。
16、将集控室原2台机组24面立盘，20面操作台的背对背横列布置变为炉、机、电——电、机（包括布置其上的公用系统），炉8面立盘和9个微机的顺列布置。
XDPS—400系统概述
XDPS—400是一种紧跟当代先进的网络通讯技术、计算机技术、过程控制技术和CRT显示技术发展的、广泛采用国际标准、符合国际标准化组织（ISO）提出的开放系统互连（OSI）参考模型的主流系统，是一种集过程控制、顺序控制、数据采集、监视、记录于一体的标准的、开放的工业控制系统。 字串4
XDPS—400由高速数据网和连接在网上的MMI（人机接口）与DPU（分散处理单元，又称现场控制器）三大部分组成，通过符合IEC-1131-3的DPU图形组态软件，图形显示，报表、控制、记录统计的生成工具软件，可以完成实时数据采集、过程控制、顺序控制、高级控制，报警检测、监视和操作，并可完成记录、统计、显示、打印等工作。
XDPS—400的人机接口站（MMI）从功能上分成操作员站（OPU），工程师站（ENG），历史记录站（HSU）三种类型，它们和分散处理单元DPU间通过系统网络的实时数据网完成数据传输，也可通过系统网络中的信息数据网相互快速高效传递信息，用于操作系统支持的文件及打印共享，也可以通过信息数据网完成与厂级MIS网的通讯。系统网络具有很高的可靠性和扩展性。
XDPS-400的系统网络分为实时数据网与信息数据网两部分，均采用以太网，通讯速率10Mbps，实时数据网（A，B）采用1：1冗余的总线式结构，通讯协议IEEE802.3广播方式，可支持250个节点。信息数据网为单网，通讯协议TCP/IP。
DPU是系统的核心，通常由电源、两台相互备用的工业微机、I/O卡件、端子板等组成。工业微机采用通用的PC结构，PII233/32MBRAM，模拟量最快扫描周期100ms，开关量最快扫描周期50ms，支持高速事件顺序记录分辨率＜1ms，可带4~8个I/O站，每站可插12块I/O卡件，即可带各类I/O点达1000点；DPU软件运行新华基于windows
字串8
NT
4.0的RMX-X实时多任务操作系统。冗余的DPU中，处于主控状态的微机在每一个周期内向跟踪机拷贝必要的数据，跟踪机可以在一个周期内实现向主控机的切换。DPU的组态数据和中间执行数据存放于其24MB的电子盘上，断电或重新启动系统时均无须人为干预。
分散处理单元DPU的I/O站，通过I/O网络与DPU相连，I/O网络采用冗余或单高速串行总线Bitbus工业控制网络传递实时数据及控制操作指令，软件检错与纠错，I/O网络通讯率375-2Mbps，EIARS—485规范，命令/响应方式，主从结构。节点可达250个，最大分布距离1.2km，支持远程I/O。
XDPS具有多种标准算法模块，包括各种PID，自整定控制模块，算术逻辑运算，手操器，开关操作器，超前滞后，数字逻辑等。SOE分辨率＜1ms，提供C语言接口，用户可生成其它特殊算法，如状态变量，模糊算法等。
通过标准总线（ISA，PCI）和串口（RS-232，-485，Profibus,Hart等）使用不同的I/O驱动，可与不同厂商的I/O卡件或智能仪表相连，而其软、硬件无需作任何变动，即无需另加网关。
人机接口站MMI（操作员站，工程师站，历史数据站）采用高性能的Windows NT
字串4
4.0为平台的通用工业PC机，配以19寸或21寸CRT监视器，标准键盘或触摸式键盘，鼠标/跟踪球。
主机：PII400，64MRAM，8.3GHD；
显示分辨率：1280×1024/1600×1200；
图像刷新频率＜1s 即XDPS-400的操作员站，工程师站，历史数据站可采用开放结构的相同的硬件平台。
XDPS-400的I/O卡件是带CPU的智能型输入/输出卡件，输入/输出信号的转换与处理均在卡件内完成。卡件为标准化设计，类型主要有：AI、AO、DI（SOE）、DO，脉冲量输入卡PI，回路控制卡LC，伺服控制卡LC-S转速测量卡MCP，伺服阀控制卡VCC，I/O通讯卡BC等10种卡件。MMI站通过自检窗口可以有效地诊断与检测卡件及每个通道的状态。实现I/O卡件的故障自诊断与带电插拨。
现场的各种I/O信号通过端子柜内的端子板用予制电缆和DPU机柜内的对应I/O卡件连接，实现I/O信号输入/输出的适配调理。XDPS-400的端子板主要有：AI-TC（热电偶）输入，AI-RTD（热电阻）输入，AI-MA/V（电流/电压输入），DI输入，PI（脉冲量）输入，AO输出，DO输出，LC双回路控制，Lc-s伺服控制，VCC阀门控制，电气电压/电流交流采样等12种。
字串9
XDPS-400的软件体系是通过人机接口站MMI的Windows NT
4.0平台加载新华的XDPS2.0版/R05软件构成。分为MMI软件、DPU站的过程控制软件与GTW软件三大部分，通过系统网络与I/O网络的通讯软件融为一体。为用户提供最方便、易于调试的组态方法，采用同一方式，既能生成数据采集、回路控制、顺序控制，又能完成高级控制，其特点：
a)SAMA图与组态图一致的所见即所得的图形组态方式。
b)可离线、在线组态，并可进行DPU在线操作和下装组态，而不会对现场产生影响，即具有在线修改和调试功能。
c)全汉化显示，支持中英文显示界面。
d)达到卡件通道级的状态和故障自诊断。
e)通过MMI站画面可显示被控对象状态（断电、上电、断线等）。
f)在线调试，功能块可显示实时值及开关量状态。
操作员站OPU完成以下工作：
XDPS自检，图形显示，单点显示，数据库一览，报警一览，报警历史，实时趋势和历史趋势，报表打印，条件触发器。 字串6
工程师站ENG主要完成：
网络设置，全局点目录组态，DPU组态，MMI过程图生成，报表生成，历史数据和日志记录组态，网络管理，校对网上节点的时钟等。
应用XDPS-400优化改造后功能配置及效果
我公司改建工程在建设中已将电气网控楼取消，采用2台机组的炉、机、电、电气网控、公用系统统一在一个集中控制室监控。
监控的热力设备有：2机、2炉、除氧、给水系统，减温减压系统，热网公用系统。
监控的电气设备有：2台发电机；2台主变压器；220kv线路；220kv母联兼旁路断路器；220kv母线设备；高压厂用工作，备用变压器；低压厂用工作，公用、备用变压器；直流系统；UPS电源等。
一、DCS功能覆盖范围：
热控：2机、2炉，2台机组的公用系统（除氧，给水，减温减压，生加系统），主厂房内热网公用系统。电气：2台机的发变组（包括励磁系统），高低压厂用电系统，高低压电动机，直流系统，UPS电源，电气网控，以及6kV厂用接地检测装置，就地操作变压器（化学变，中央水泵房变，1、2#电除尘变，输煤电源段）的状态检测。
字串4
二、功能配置：
DAS；MCS；DEH（电调，含TS1监测）；SCS；ECS（电气控制系统）。即达到五功能系统。
三、DCS系统网络及硬件配置：
XDPS-400网络配置：1、2#机组各采用一套实时数据网络（机、炉发变组及相应机炉所属的电动机等），机、炉、电的公用系统和网控采用一套网络，以上三套网络通过交换器和集线器（Hub）相连，最终形成一个网络。
硬件配置：
每台机组：操作员站4台：汽机操作站1台，电气操作站1台，锅炉操作站2台，工程师站1台；
每台炉设2对DPU；DAS，MCS 1对；SCS 1对；
每台机设3对DPU；DEH 1对；DAS，MCS 1对，SCS 1对；
每个发变组设1对DPU；
每台机组设远程I/O（DAS）DPU 1对。
每台机组设单元电源柜一面；公用系统包括电气从2个单元电源柜同时送电。
公用系统（包括机炉公用系统，电气公用系统，网控）设2台操作员站（实际只用一台）和1台工程师站（兼历史数据站）并作为全网的系统时钟管理站；机组公用系统设2对DPU，MCS，DAS 字串1
1对，SCS 1对。
电气公用系统（包括网控）设一对DPU。
2台机组共设9台操作员站（公用系统有1台操作员站实际未装），3台工程师站，其中电调由于采用和DCS一体化的软硬件平台，其操作员站，工程师站和DCS系统作为一个整体考虑，不再另设电调操作员站和工程师站。2台机组DPU共设17对。
2台机组包括公用系统：单元电源柜2面，DPU柜（I/O柜）14面，端子柜18面；机、炉远程I/O柜4面，Hub柜1面；继电器扩展柜3面；共计42面控制柜，具体布置见1、2#机DCS系统优化系统布置示意图。
四、功能分述：
DAS：
1、完成所有参数的当前值或状态显示；
2、完成对参数报警的记录、指示、打印及处理；
3、完成参数实时、历史曲线的显示、管理和记录；
4、完成机、炉、电，公用系统主辅系统画面显示，及画面操作。
5、完成对SOE点的记录，提示及打印；
6、完成对事故追忆的记录及打印； 字串8
7、完成有关参数的补偿运算，累积运算；
8、报表的自动计算及打印功能；
9、机组有关效率，性能参数的在线运算功能；
10、具备与厂级MIS网的通讯功能；
MCS：（2机、2炉、公用系统及热网系统）
1、送风调节系统6套；
2、引风调节系统4套；
3、热负荷调节系统6套；
4、一、二级减温调节系统12套；
5、给水调节系统2套；
6、高加水位调节系统4套；
7、低加水位调节系统6套；
8、凝汽器水位调节系统2套；
9、轴封压力调节系统2套；
10、除氧器压力调节系统2套；
11、除氧器水位调节系统2套；
12、热网加热器水位调节系统4套；
13、减温减压器压力调节系统5套；
14、减温减压器温度调节系统5套，共计62套。 字串1
DEH：（双抽汽机电调）2套
运行工况有纯凝，凝汽带抽汽，按热负荷曲线等三种工况。控制回路有功率（转速），生产抽汽压力，采暖抽汽负荷，凝汽器内置管束出口补给水温度。各控制回路通过工况切换开关切换，经伺服马达分别控制汽机的同步器，中、低压旋转隔板以满足不同工况下的汽机控制。为确保电调各功能投入作了如下改进：
1、在俄供双抽汽机大轴上装设了一个60齿测速齿轮，在其上安装了国产CS-I高磁阻无源测速传感器3支，为电调提供从0转至全程的高精度转速测量。
2、采用日本松下的MINAS
A系统智能矢量控制马达取代原俄配的普通交流伺服马达作为电调与液调的接口，既解决了原俄配伺服马达无法和国产电调接口，又使伺服系统得以智能化，从而大大提高了系统可控性和精度。
3、引用矢量控制马达驱动器中智能信号转换板的与输入位置指令相对应的位置控制信号代替原俄配角位移传感器输出作为油动机执行机构的反馈信号，从而避免了俄配角位移传感器不稳定而引起的电调控制不稳，甚至事故的发生。
4、电调中配置了纯仿真及混合仿真功能（相应的硬件及软件包）。 字串2
5、为充分利用电调软、硬件资源，提高汽机自动化水平，在满足俄原配电调功能的基础上，增加了转速全程自动控制功能及甩负荷控制功能。
采用与XDPS-400一体化的软、硬件平台以智能矢量控制马达为接口的电——液并存式电调（DEH-ⅢA）可实现如下功能：（不存在电液跟踪及切换扰动问题）
1、转速控制回路电液自动调节系统；
2、功率（频率）电液自动调节系统；
3、生产抽汽压力电液自动调节系统；
4、热网加热器出口温度（或出入口温差）电液自动调节系统。
5、汽机凝汽器内置管束出口补给水温度电液调节系统。
借助精确的数学模型，功能完善的组态软件及仿真系统，DEH-ⅢA很好地克服了俄汽机液调本身诸如在启动时空行程大，可控行程占有效行程太小，油动机突跳（最大达50mm），控制存在死区等不利因素，顺利地投入了各功能：
转速控制可自动完成挂闸，开主汽门，冲转，升速，定速，自动冲临界，定3000r/min（通过自动准同期装置）同期并网，带初负荷，转入功率（频率）控制，工况稳定时可达3000r/min±2r/min； 字串9
功率控制可达±1MW；生产抽汽压力±0.1Mpa以下；采暖抽汽加热器出口水温满足外网要求±5℃以下。
甩负荷工况控制：DEH可按预定要求自动转入转速控制方式，在动态过程中快速关闭高调门，从而抑制转速飞升，稳态时使转速定在额定值，使超速不超出危急遮断器动作转速。（不属电科院调试项目，但1#机试生产时，已经动态发生过）
SCS：
一、风门及电动门：
1、制粉系统：磨煤机风门36个；
2、烟风系统：送引风机，冷炉烟风机挡板12个；
3、定排电动门32个；
4、锅炉汽包电动门16个；
5、给水系统电动门及调节门14个；
6、主汽电动门14个；
7、汽机高加系统电动门及调节门19个；
8、汽机低加系统电动门及调节门12个；
9、汽机循环水系统电动门16个；
10、汽机油系统电动门13个；
11、汽机喷射器系统电动门7个；
字串2
12、热网系统电动门34个；
13、减温减压电动门12个；
14、除氧给水系统电动门23个；
二、安全门：锅炉饱和汽安全门4个，过热器安全门2个；
三、电动机：
1、送风机4台；
2、引风机4台；
3、冷炉烟风机4台；
4、给水泵3台；
5、磨煤机4台；
6、给煤机4台；
7、排粉机4台；
8、给粉机24台；
10密封油泵及事故油泵3台；
11、一级热网泵3台；二级热网泵3台；
12、中继水泵2台；
13、启动油泵2台；
14、凝结水泵4台；
15、Ⅰ级热网加热器疏水泵6台，Ⅱ级疏水泵4台；
16、备用油泵，事故油泵各2台；
17、密封油泵4台；
字串2
18、氢冷水泵4台；
19、生加疏水泵2台；
20、低加疏水泵4台；
21、油站油泵8台；
22、氢油烟分离风机2台；
23、高压消防泵2台。
四、联锁：
锅炉大联锁
给水泵子功能组
一、二级热网泵子功能组
中继水泵子功能组
启动油泵子功能组
凝结水泵子功能组
一、二级热网加热器疏水泵子功能组
备用油泵子功能组
密封事故油泵子功能组
氢冷水泵子功能组
密封油泵子功能组
送风机、引风机子功能组
磨煤机、排粉机、冷炉烟风机子功能组
给煤机、给粉机子功能组
生加疏水泵子功能组 字串9
油站油泵子功能组
1#低加疏水泵子功能组
高压消防泵子功能组
氢油烟分离风机子功能组
五、程控：锅炉定排程控启停。
ECS（电气控制）
1、发变组回路断路器控制；
2、发变组回路断路器周期；（保留手动准周期）
3、励磁系统；灭磁开关控制；励磁调节器开关控制；
4、220KV线路（网控）断路器，母联兼旁路断路器控制；
5、高厂变分支开关控制；
6、6KV母线工作进线开关及备用进线开关控制，备用电源自投；
7、低压变6KV开关，380V工作进线，备用进线开关控制，备用电源自投，低备变6KV开关控制；
8、1、2#炉变频给粉电源控制，备用电源自投。
优化改造后DCS I/O点数变化：
优化改造前2台机组DCS设计点数为2047点，其中电气162点（DAS）。 字串2
优化改造后2台机组（包括公用系统）增加I/O点3118点，现DCS总点数为5165点。
其中：热控：一台机炉增加859点，公用系统增加246点；电气：一台发变组增加260点，电气网控增加135点（另40点以通讯方式纳入DCS未计列）；电气公用系统增加845点。
优化改造后盘面效果：
每台锅炉：2块立盘；2个微机站；
其中1块立盘为工业电视屏布置水位TV，火焰TV；1块立盘为锅炉控制屏；布置33块热工光字牌；炉膛灭火保护装置，主汽压力，主汽温度，炉膛负压，汽包水位4块重要表计；1台主给水M/A硬手操；2、3#过热器安全门，点火排汽电动门，汽包事故放水门，热工信号试验解除等按纽；其中水位TV控制器，粉仓粉位控制器，给煤机控制器都放于立盘内，其控制和热工信号按钮都已纳入DCS进行软操，正常情况无需到立盘操作。其余表计，后备开关全部取消，也不在微机台上另设。
汽机：1面立盘，1个操作员站（兼电调站）
立盘上只保留33点热工光字牌，主汽压力，主汽温度，真空，转速等4块重要表计；电调功率，生产抽汽控制2块M/A操作器；自动主汽门关闭，事故润滑油泵启停，事故密封油泵启停，DEH工况切换等开关。TS1装置放于集控室外，在汽机操作员站上进行TSI显示。 字串8
机炉公用系统，只保留20点热工光字牌，4块热网加热器热井水位计放于1#机立盘上，不设立盘，和电气公用系统（包括网控）统一布置1台操作员站。
电气：只设发变组控制屏1面，1个操作员站。
屏上只保留周期装置，发电机电压、电流、功率，频率，励磁电流，电压等表计及发变组出口开关，灭磁开关，励磁调节等硬手操及40点光字牌，其余全部取消。
总之，优化改造后2台机组包括机、炉、电、公用系统及网控只设8面立盘和9个操作员站，微机台上只放9个操作员CRT及相应键盘及轨迹球/鼠标，不再设置任何后备表计及开关。
我公司1、2#机组DCS优化改造后共取消：
控制盘台26面；
热控1台炉，控制盘1面，控制台1面
1台机，控制盘2面，控制台2面
公用系统，控制盘2面，控制台1面
电气：2台机组及公用系统取消控制屏8面，控制台3面。
取消：热工信号光字牌224点；24V电源箱10台；M/A手操器82台；开关操作器ZCX192块；伺服放大器32块；数字巡测仪12块；8回路无纸记录仪8块；常规显示仪表67块；电气仪表59块；电量变送器103个。 字串7
