王春玲，王志敏，金春林，朱愛軍

(國網(wǎng)吉林省電力有限公司電力科學(xué)研究院，長春 130021)

隨著電力行業(yè)的迅猛發(fā)展，超超臨界機(jī)組現(xiàn)已逐漸成為我國火力發(fā)電廠的主流機(jī)型［1-2］，同時(shí)超超臨界機(jī)組也意味著火電單元機(jī)組不斷向大容量、高參數(shù)方向發(fā)展。為保證機(jī)組運(yùn)行的安全性、經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性，機(jī)組運(yùn)行的難度也相應(yīng)地增加，用常規(guī)儀表進(jìn)行過程監(jiān)控已經(jīng)不能適應(yīng)大機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行［3］。分布式控制系統(tǒng)(DCS)具有較高的靈活性和擴(kuò)展性，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于火電單元機(jī)組的控制中。DCS應(yīng)用技術(shù)的核心是DCS組態(tài)，即采用DCS所提供的語言編寫程序。DCS組態(tài)的好壞，直接影響電廠運(yùn)行的安全性、經(jīng)濟(jì)性，因此，合理的設(shè)計(jì)DCS組態(tài)，提高DCS效率，保障機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是當(dāng)前DCS 應(yīng)用的重要任務(wù)［3］。

目前DCS已經(jīng)取得了較為成熟的研究和應(yīng)用。文獻(xiàn)［4］針對(duì)超超臨界機(jī)組主汽溫控制較為困難的問題，設(shè)計(jì)了基于DCS控制平臺(tái)的主汽溫智能控制策略。文獻(xiàn)［5］以山西某電廠的煙氣脫硝工程的DCS調(diào)試服務(wù)項(xiàng)目為例，對(duì)火電機(jī)組煙氣脫硝DCS進(jìn)行了分析研究。文獻(xiàn)［6］主要針對(duì)火電機(jī)組DCS存在的速率邏輯、延時(shí)與脈沖、條件邏輯搭配等邏輯組態(tài)細(xì)節(jié)進(jìn)行了優(yōu)化。文獻(xiàn)［7］介紹了輔機(jī)單列配置系統(tǒng)DCS設(shè)計(jì)時(shí)為提高控制系統(tǒng)可靠性采用的設(shè)計(jì)方案和應(yīng)注意的問題。

火電機(jī)組DCS的組態(tài)是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，從DCS的現(xiàn)場(chǎng)控制站及其卡件分配、系統(tǒng)生成、調(diào)試一直到正式投運(yùn)這個(gè)過程的每一步都需要進(jìn)行精心的設(shè)計(jì)。本文針對(duì)吉林省某600MW火電機(jī)組DCS組態(tài)進(jìn)行研究設(shè)計(jì)和分析，著重介紹了DCS組態(tài)系統(tǒng)的軟硬件配置、調(diào)試和組態(tài)中的注意事項(xiàng)。

1 火電機(jī)組DCS組態(tài)的軟硬件設(shè)計(jì)

1.1 DCS硬件配置組態(tài)

硬件配置組態(tài)，即是針對(duì)DCS具體對(duì)象進(jìn)行的現(xiàn)場(chǎng)控制站(控制器)及其各類輸入/輸出(I/O)卡件等控制系統(tǒng)的硬件設(shè)備進(jìn)行分配。將I/O測(cè)點(diǎn)清單按工藝流程或子系統(tǒng)進(jìn)行分類，對(duì)每個(gè)控制器實(shí)際功能也有個(gè)大致的確定，然后將測(cè)點(diǎn)分配到相應(yīng)控制器中，確定每個(gè)測(cè)點(diǎn)的地址或點(diǎn)名，并形成I/O清單。

在硬件配置組態(tài)時(shí)應(yīng)考慮如下一些問題:冗余的重要I/O輸入信號(hào)必須分別配置在不同的I/O模件上，必要時(shí)，應(yīng)分別配置在不同控制器的不同通道板上;2臺(tái)互為冗余的輔機(jī)各自控制回路的I/O信號(hào)必須分別配置在不同的I/O模件上，對(duì)于重要的互有冗余作用的大型轉(zhuǎn)機(jī)(送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)等)各自的I/O信號(hào)必須分配在不同的控制器中，多臺(tái)組合輔機(jī)(磨煤機(jī)/給煤機(jī))各自的I/O信號(hào)也必須分組分散配置在幾個(gè)I/O模件上，使一個(gè)控制器或一塊I/O模件損壞時(shí)對(duì)機(jī)組安全運(yùn)行的影響盡可能降到最小;幾個(gè)重要控制回路的I/O信號(hào)不應(yīng)放置在同一個(gè)I/O模件上;每個(gè)控制器所負(fù)擔(dān)的任務(wù)要盡可能獨(dú)立，其輸人、輸出的數(shù)據(jù)也應(yīng)盡量獨(dú)自使用，不同的控制器之間交換的數(shù)據(jù)越少越好;每個(gè)控制器上I/O點(diǎn)的數(shù)量應(yīng)盡可能滿足控制器的處理能力，以免因?yàn)榭刂破鞯呢?fù)荷率較高影響控制的速度，從而危害電力生產(chǎn)的安全;充分體現(xiàn)DCS的分散控制、集中管理的特質(zhì)。DCS典型硬件配置見圖1，圖中DPU為分散處理單元，E為終端。

1.2 DCS應(yīng)用軟件的組態(tài)

應(yīng)用軟件的組態(tài)是DCS組態(tài)的核心，此項(xiàng)工作必須在硬件配置組態(tài)的基礎(chǔ)上進(jìn)行。雖然不同DCS生產(chǎn)廠家的應(yīng)用軟件不盡相同、組態(tài)的方法也各不一樣，但組態(tài)的內(nèi)容和過程大體一致，主要包含如下幾個(gè)方面:構(gòu)思系統(tǒng)的框架，過程畫面的組態(tài)，控制回路的組態(tài)，模擬仿真聯(lián)動(dòng)測(cè)試邏輯功能，歷史數(shù)據(jù)庫及報(bào)表的組態(tài)等。

1.2.1 構(gòu)思系統(tǒng)的框架

由于應(yīng)用軟件組態(tài)的工作量巨大，通常要由多人協(xié)同來完成，需要每個(gè)人的組態(tài)思想和組態(tài)模式必須一致，這樣前期的構(gòu)思就成為非常必要和基礎(chǔ)的一個(gè)環(huán)節(jié)，框架構(gòu)思的合理與否直接影響組態(tài)在實(shí)際應(yīng)用中能否成功。構(gòu)思內(nèi)容包括系統(tǒng)的區(qū)域分配、流程圖格局、程序塊的模板、軟件點(diǎn)命名等。

1.2.2 過程畫面的組態(tài)

火電機(jī)組的過程畫面是與運(yùn)行人員直接接觸的人機(jī)接口，包括運(yùn)行人員所需要監(jiān)視的熱力系統(tǒng)的全部信息，通過過程畫面，運(yùn)行人員可以了解整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，必要時(shí)可進(jìn)行緊急干預(yù)以預(yù)防事故的發(fā)生。過程畫面的組態(tài)可分兩步:第一步，設(shè)計(jì)靜態(tài)畫面;第二步，對(duì)靜態(tài)畫面做動(dòng)態(tài)連接。

a.靜態(tài)畫面的設(shè)計(jì)。靜態(tài)畫面的設(shè)計(jì)首先要講究布局，一副畫面通常設(shè)計(jì)成幾個(gè)部分。通常每幅畫面上都有顯示機(jī)組的重要參數(shù)，這些參數(shù)提供了機(jī)組的重要信息;以提供畫面之間的快捷切換的菜單欄;畫面的主體部分不僅要求工藝流程正確，而且要求操作方便，參數(shù)清晰，畫面設(shè)計(jì)以監(jiān)控為核心，以被監(jiān)視的參數(shù)和被控設(shè)備為主，畫面主體部分的設(shè)計(jì)要達(dá)到令人滿意的效果。報(bào)警部分可以單獨(dú)設(shè)計(jì)畫面，如將報(bào)警分為爐側(cè)報(bào)警、機(jī)側(cè)報(bào)警、電氣報(bào)警三大類，并且每一類中有一般報(bào)警和重要報(bào)警的劃分，也可以在系統(tǒng)畫面上直接顯示。每幅靜態(tài)畫面都需要有確定的反映內(nèi)容，通常先按照控制功能來劃分，針對(duì)每個(gè)大的功能再進(jìn)行細(xì)分。在各個(gè)不同主題的靜態(tài)畫面全部完成后，一般還需要幾幅整體的總貌圖，反映相對(duì)比較全面的工藝流程，及一些重要的監(jiān)視參數(shù)。

b.畫面的動(dòng)態(tài)連接。靜態(tài)的畫面既不能反映機(jī)組運(yùn)行過程的動(dòng)態(tài)更新也不能影響過程狀態(tài)，如要顯示這些信息，必須對(duì)靜態(tài)目標(biāo)做組態(tài)連接，使之與過程變量相連，動(dòng)態(tài)響應(yīng)過程的變化，實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)，并能改變過程變量等功能。畫面的動(dòng)態(tài)連接主要包含文本內(nèi)容的連接、顏色填充、液位填充、操作控制對(duì)象等內(nèi)容。將顯示畫面中的字符與過程變量相連，實(shí)際顯示時(shí)出現(xiàn)該變量的即時(shí)值為文本內(nèi)容的連接;對(duì)過程狀態(tài)的變化通過改變目標(biāo)的顏色來提醒操作員注意為顏色填充;采用柱狀圖型使液位能根據(jù)控制過程而變化，直觀地顯示出來為液位填充;當(dāng)運(yùn)行人員用鼠標(biāo)點(diǎn)中某個(gè)目標(biāo)后，可令其產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作，當(dāng)控制對(duì)象狀態(tài)有變化時(shí)還應(yīng)能夠準(zhǔn)確實(shí)時(shí)地反映在畫面上，此部分為操作控制對(duì)象。

1.2.3 DCS 控制回路的組態(tài)

圖1 DCS典型硬件配置

在DCS應(yīng)用系統(tǒng)中，控制回路的組態(tài)就是為了實(shí)現(xiàn)控制方案和控制策略，利用模塊化應(yīng)用軟件對(duì)測(cè)量回路、控制回路進(jìn)行的連接。選擇恰當(dāng)模塊實(shí)現(xiàn)控制方案和正確連接控制回路是控制回路組態(tài)的關(guān)鍵?？刂苹芈方M態(tài)的基本流程:確定控制回路的工藝流程;給出相應(yīng)的控制策略;利用組態(tài)實(shí)現(xiàn)控制方案。

1.2.4 模擬仿真聯(lián)動(dòng)測(cè)試邏輯功能

在組態(tài)全部完成后通常要在離線或仿真狀態(tài)下對(duì)控制邏輯進(jìn)行聯(lián)動(dòng)測(cè)試，以確?？刂撇呗缘恼_性及組態(tài)的合理性，同時(shí)也驗(yàn)證畫面和控制邏輯連接的準(zhǔn)確性，對(duì)于測(cè)點(diǎn)的屬性設(shè)置也是很好的檢測(cè)，為以后的在線實(shí)際調(diào)試打下良好的基礎(chǔ)，提高在線運(yùn)行的安全穩(wěn)定性。

1.2.5 歷史數(shù)據(jù)庫和報(bào)表的配置組態(tài)

DCS系統(tǒng)具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫管理能力，諸如數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、歷史數(shù)據(jù)記錄、報(bào)表生成、即時(shí)打印等，它具有報(bào)警點(diǎn)歷史記錄、運(yùn)行人員操作歷史記錄、重要的輸入點(diǎn)發(fā)生變化時(shí)的歷史記錄、模擬量數(shù)據(jù)歷史記錄、跳閘事件順序(SOE)歷史記錄等功能，每種歷史記錄均可連續(xù)保存多日甚至一年的歷史數(shù)據(jù)，對(duì)于模擬量還可以提取指定時(shí)間段內(nèi)數(shù)據(jù)的最大值、最小值、平均值、累計(jì)值，利用這些記錄可以詳細(xì)地分析機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行人員的操作情況。DCS系統(tǒng)產(chǎn)生的報(bào)表應(yīng)當(dāng)以經(jīng)濟(jì)指導(dǎo)為主要目的，只有當(dāng)報(bào)表的數(shù)據(jù)具備統(tǒng)計(jì)意義時(shí)，DCS的報(bào)表打印才有意義，DCS系統(tǒng)是以穩(wěn)定運(yùn)行、實(shí)時(shí)監(jiān)控為主要目的。

2 DCS組態(tài)調(diào)試

DCS的組態(tài)調(diào)試主要包括卡件調(diào)試檢查、畫面調(diào)試檢查、功能調(diào)試檢查、系統(tǒng)組態(tài)優(yōu)化調(diào)試和一些其他功能的調(diào)試?？{(diào)試檢查主要是對(duì)I/O測(cè)點(diǎn)的零點(diǎn)、量程及精度調(diào)試檢查，保證I/O信號(hào)的正確，以及卡件通道無故障;畫面調(diào)試檢查主要檢查畫面的系統(tǒng)流程和動(dòng)態(tài)連接是否正確，應(yīng)保證與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際一致;功能調(diào)試檢查主要是針對(duì)儀表輸入信號(hào)聯(lián)調(diào)，DCS輸出與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的聯(lián)調(diào)，現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)鎖功能的聯(lián)調(diào)，順控功能的聯(lián)調(diào)等。DCS組態(tài)調(diào)試是一個(gè)科學(xué)細(xì)致、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ?，為此首先要制定調(diào)試方案，并做好調(diào)試的組織工作，調(diào)試記錄規(guī)范化，并有調(diào)試人、驗(yàn)收人的簽字，復(fù)雜的聯(lián)鎖保護(hù)、順控功能要有工藝負(fù)責(zé)人簽字;系統(tǒng)組態(tài)優(yōu)化調(diào)試必須在系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)后進(jìn)行，保證工藝生產(chǎn)的平穩(wěn)安全;須反復(fù)調(diào)整參數(shù)，使控制系統(tǒng)和聯(lián)鎖保護(hù)投入運(yùn)行，達(dá)到應(yīng)有的使用效果;其他功能如SOE、報(bào)表、歷史曲線、操作員行為記錄等都進(jìn)行逐個(gè)測(cè)試，以保證對(duì)設(shè)備故障的分析、解決。

3 DCS組態(tài)中的注意事項(xiàng)

a.DCS組態(tài)應(yīng)結(jié)合實(shí)際，符合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際要求，控制方案簡(jiǎn)單易行，才能達(dá)到滿意的投入效果。DCS組態(tài)調(diào)試之前，應(yīng)做好安全措施，在靜態(tài)調(diào)試的基礎(chǔ)上進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)試，以免危及設(shè)備或人員的安全。

b.DCS硬件配置過程中應(yīng)使控制器滿足分散度和負(fù)荷率要求，并能兼顧系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立完整的要求。在繪制卡件布置圖時(shí)，先確認(rèn)實(shí)際采購的卡件與卡件布置圖中的類型是否一致，否則后期下載數(shù)據(jù)庫后再進(jìn)行修改會(huì)比較麻煩。

c.同一分散處理單元(DPU)內(nèi)邏輯頁(Sheet)號(hào)必須保證不同。對(duì)于相類似邏輯不要從一個(gè)Sheet復(fù)制粘貼到另外一個(gè)Sheet，最好采用導(dǎo)入和導(dǎo)出來做。組態(tài)時(shí)本DPU用到的臨時(shí)點(diǎn)和其他DPU的通訊點(diǎn)要求有記錄。

d.在邏輯組態(tài)時(shí)，不允許直接從工程目錄中刪除邏輯圖，若需要?jiǎng)h除應(yīng)從工程管理器中刪除。不允許直接從工程目錄修改邏輯圖的文件名稱(修改文件名稱相當(dāng)于刪除了該文件)，若需要修改邏輯圖的文件名稱，建議用原文件導(dǎo)出一個(gè)新的邏輯圖(新的描述)，再從工程管理器中刪除舊文件。

e.數(shù)據(jù)庫不允許多臺(tái)機(jī)器同時(shí)編譯使用，否則會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)庫被鎖定的情況。系統(tǒng)從數(shù)據(jù)庫安全考慮，為避免同時(shí)使用數(shù)據(jù)庫的情況，當(dāng)有用戶編譯邏輯圖、配置卡件圖、下裝數(shù)據(jù)庫、修改測(cè)點(diǎn)時(shí)，都會(huì)把數(shù)據(jù)庫自動(dòng)上鎖，此時(shí)其他用戶將不能進(jìn)行此類活動(dòng)，只有當(dāng)執(zhí)行的工作完成后，才允許其他用戶活動(dòng)。

4 結(jié)論

針對(duì)某600 MW火力發(fā)電單元機(jī)組DCS組態(tài)軟硬件設(shè)計(jì)過程進(jìn)行了分析和總結(jié)，根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)總結(jié)了DCS系統(tǒng)組態(tài)時(shí)應(yīng)該注意的一些事項(xiàng)。通過對(duì)該項(xiàng)目的實(shí)施，使得大量的保護(hù)和自動(dòng)控制投入使用，保證了機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，使機(jī)組維持在科學(xué)合理的水平運(yùn)行，提高了機(jī)組設(shè)備運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。