一、前言
DCS在國(guó)內(nèi)經(jīng)過(guò)幾十年的應(yīng)用和發(fā)展，并隨著計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)和通訊技術(shù)水平的提高，帶動(dòng)DCS在硬件系統(tǒng)比起早期的DCS系統(tǒng)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，軟件的架構(gòu)和DCS的設(shè)計(jì)、組態(tài)比起早期的系統(tǒng)也更靈活方便，可靠性，可開(kāi)發(fā)性及性?xún)r(jià)比也不斷提高。通過(guò)多年的應(yīng)用，從設(shè)計(jì)、組態(tài)到運(yùn)行管理都積累了相當(dāng)?shù)慕?jīng)驗(yàn)。目前，越來(lái)越多的電廠（不管是新建電廠還是老電廠的DCS改造），都實(shí)現(xiàn)了機(jī)、爐、電的監(jiān)視和控制，而且納入的設(shè)備范圍有越來(lái)越廣的趨勢(shì)。
二、目前ECS的現(xiàn)狀
2.1 功能劃分
DCS按功能劃分通常分為：模擬量控制系統(tǒng)（MCS）、鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)（FSSS）、順序控制系統(tǒng)（SCS）、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS），考慮到電氣系統(tǒng)的特點(diǎn)和相對(duì)的獨(dú)立性，一般把電氣系統(tǒng)的電氣監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集單獨(dú)成為一個(gè)系統(tǒng)，即電氣監(jiān)控系統(tǒng)ECS（Electric Control System）。在DCS硬件的配置上，ECS系統(tǒng)也用單獨(dú)的控制器控制，所有的I/O點(diǎn)都進(jìn)入ECS機(jī)柜，雖然DCS能做到不同系統(tǒng)的監(jiān)控流程畫(huà)面在各個(gè)操作員站上都能顯示和操作控制，但在操作員站的分配和配置時(shí)，ECS系統(tǒng)一般都有一個(gè)操作員站作為ECS系統(tǒng)的操作和監(jiān)視。
2.2目前電氣系統(tǒng)進(jìn)入DCS的控制范圍
目前從設(shè)計(jì)和電廠的要求來(lái)看，ECS系統(tǒng)包含的范圍已十分廣泛，主要有：發(fā)變組、廠用電（分6KV和380V兩個(gè)等級(jí)）、公用系統(tǒng)（含啟動(dòng)/備用變壓器組等兩臺(tái)機(jī)組共用部分）、MCC段、保安電源系統(tǒng)、勵(lì)磁系統(tǒng)、直流系統(tǒng)、UPS系統(tǒng)?？紤]到電廠運(yùn)行安全和現(xiàn)有設(shè)備的狀況，ECS系統(tǒng)的一些專(zhuān)門(mén)設(shè)備，如：自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置、快切裝置、各種保護(hù)裝置等保留與DCS的接口，具體功能的實(shí)現(xiàn)由裝置完成。相應(yīng)ECS的監(jiān)控流程畫(huà)面也可以按照進(jìn)入的范圍分為：
● 電氣主接線（包括發(fā)電機(jī)、主變壓器、并網(wǎng)開(kāi)關(guān)和一些隔離、接地刀閘、自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置等）
● 廠用電系統(tǒng)（6KV母線進(jìn)線、備用進(jìn)線開(kāi)關(guān)、母線到380V PC段及相應(yīng)的分段開(kāi)關(guān)、快切裝置等）
● MCC系統(tǒng)（380V PC段到各MCC段的開(kāi)關(guān)等）
● 保安電源系統(tǒng)（柴油發(fā)電機(jī)到各保安段的開(kāi)關(guān)等）
● 勵(lì)磁系統(tǒng)（包括勵(lì)磁系統(tǒng)控制方式選擇、PSS投退、滅磁開(kāi)關(guān)、AVR調(diào)壓等）
● 公用系統(tǒng)（包括啟動(dòng)/備用變壓器組、兩臺(tái)機(jī)組共用部分、有載調(diào)壓等）
● 直流系統(tǒng)（包括220VDC、110VDC）
● UPS系統(tǒng)
2.3 控制功能
除有些設(shè)備如自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置、快切裝置等功能由這些裝置本身完成外，絕大多數(shù)的功能及聯(lián)鎖、閉鎖可由ECS系統(tǒng)完成，主要有：
● ECS系統(tǒng)各個(gè)設(shè)備的軟手操控制，聯(lián)鎖、閉鎖功能的實(shí)現(xiàn)
● 發(fā)變組的順序啟動(dòng)（發(fā)電機(jī)電壓由零升至同期并網(wǎng)）、順序停止
● 實(shí)時(shí)顯示和記錄（包括事件順序記錄）ECS系統(tǒng)正常運(yùn)行、異常運(yùn)行和事故工況下的各種數(shù)據(jù)和狀態(tài)。
● 軟光字報(bào)警
三、注意的問(wèn)題
問(wèn)題一 通訊帶來(lái)的問(wèn)題
隨著DCS硬件、軟件和通訊技術(shù)的發(fā)展，業(yè)主對(duì)電氣系統(tǒng)控制水平要求越來(lái)越高，控制范圍也越來(lái)越廣，目前DCS（尤其是ECS）在設(shè)計(jì)時(shí)出現(xiàn)了一種新的趨勢(shì)，傳統(tǒng)上一個(gè)信號(hào)輸入或輸出點(diǎn)對(duì)應(yīng)一個(gè)I/O模件通道（硬接線方式），而現(xiàn)在采用通訊方式傳輸?shù)谋壤絹?lái)越大，有的已不單純是DAS點(diǎn)的通訊傳輸，參與控制的點(diǎn)也通過(guò)通訊傳輸。傳輸方式的改變對(duì)DCS和通訊設(shè)備的硬件和軟件都提出了很高的要求，DCS設(shè)計(jì)和DCS硬件配置及軟件的組態(tài)、與DCS進(jìn)行通訊的設(shè)備達(dá)不到規(guī)范要求等一系列環(huán)節(jié)考慮不周的話(huà)，會(huì)使整個(gè)DCS的性能降低，嚴(yán)重的還會(huì)影響到控制功能的實(shí)現(xiàn)。
問(wèn)題二 電氣公用部分的設(shè)計(jì)
作為兩臺(tái)機(jī)組共用的部分，運(yùn)行要求兩臺(tái)機(jī)組的DCS操作員站都能對(duì)這部分進(jìn)行操作控制，由于兩套DCS系統(tǒng)大多數(shù)情況下分屬兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)（根據(jù)各個(gè)DCS系統(tǒng)的架構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)形式，不同的DCS之間有不同的差別），公用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在滿(mǎn)足電廠運(yùn)行和檢修要求方面也應(yīng)注意些問(wèn)題。
針對(duì)上述兩個(gè)問(wèn)題，結(jié)合工程實(shí)例進(jìn)行探討。
3.1通訊問(wèn)題
3.1.1 概況
在不久前結(jié)束的四川某新建電廠2×300MW工程中，ECS系統(tǒng)按原設(shè)計(jì)總共1616點(diǎn)，其中硬接線的點(diǎn)474，通訊傳輸?shù)狞c(diǎn)1142，通訊點(diǎn)占總點(diǎn)數(shù)的70.7％。所有開(kāi)關(guān)的分、合指令和狀態(tài)反饋信號(hào)、6KV和380V電機(jī)電流信號(hào)等都采用通訊傳輸，發(fā)變組部分和啟備變部分的開(kāi)關(guān)和保護(hù)信號(hào)大都采用硬接線。
3.1.2 通訊結(jié)構(gòu)
工程中采用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是，底層設(shè)備由通訊模塊采集相關(guān)的量，通過(guò)底層網(wǎng)匯集至通訊管理機(jī)，由通訊管理機(jī)通過(guò)RS485接口以與DCS相適應(yīng)的通訊協(xié)議進(jìn)行信號(hào)的傳輸。示意圖如附圖。需要說(shuō)明的是，從目前的實(shí)踐的工程來(lái)看，采用通訊進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式大多與此類(lèi)似。調(diào)試過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)該電廠的通訊設(shè)計(jì)和配置存在以下幾個(gè)問(wèn)題：
A） 傳輸數(shù)度慢，通訊管理機(jī)是以RS485接口，標(biāo)準(zhǔn)MODBUS協(xié)議與DCS進(jìn)行通訊的，RS485接口本身就有一定的速率限制，這是其一，其二，也是zui嚴(yán)重的，從通訊模塊采集到設(shè)備信號(hào)送至通訊管理機(jī)這之間的時(shí)間大于2秒，實(shí)際的狀況是，設(shè)備接到操作指令動(dòng)作，到DAS監(jiān)控畫(huà)面看到該設(shè)備狀態(tài)變化，時(shí)間大于4秒，相關(guān)設(shè)備的一些DAS點(diǎn)如電機(jī)電流的傳輸也緩慢。
DCS指令下達(dá)到收到其狀態(tài)反饋，這樣慢的響應(yīng)時(shí)間根本無(wú)法滿(mǎn)足控制要求，一些聯(lián)鎖功能也無(wú)法實(shí)現(xiàn)。
B） 通訊模塊可靠性差，不能滿(mǎn)足要求。實(shí)際運(yùn)行中，發(fā)生一段時(shí)間以后通訊不暢，通訊中斷等問(wèn)題，每段通訊的數(shù)據(jù)量不超過(guò)二百點(diǎn)，通訊模塊穩(wěn)定性差，嚴(yán)重影響到實(shí)際參數(shù)的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。
C） 通訊管理機(jī)與DCS之間沒(méi)有冗余。實(shí)際工程中把6KV的設(shè)備分成兩段，380V的設(shè)備分成兩段，通過(guò)不同的通訊管理機(jī)送至DCS相應(yīng)的通訊接口。一段有十幾個(gè)設(shè)備，一旦通訊管理機(jī)與DCS之間的通訊出現(xiàn)故障， DCS將無(wú)法得到該段設(shè)備的真實(shí)狀態(tài)信號(hào)，進(jìn)而影響到監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)。
以通訊方式傳輸I/O信號(hào)，作為一種發(fā)展趨勢(shì)，應(yīng)該得到支持和促進(jìn)，為以后現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用收益實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)，從理論上來(lái)說(shuō)，實(shí)現(xiàn)I/O信號(hào)通訊方式的傳輸已沒(méi)有什么問(wèn)題。但基于目前各相關(guān)硬件的現(xiàn)狀，以通訊方式傳輸I/O信號(hào)應(yīng)用的深度和廣度，值得有關(guān)方面引起注意。作為與之相關(guān)的硬件——與DCS進(jìn)行通訊的底層通訊管理機(jī)及相關(guān)設(shè)備的通訊模塊，其性能和可靠性應(yīng)該提高；DCS與設(shè)備的通訊方式，除通常的以RS485串行方式外，應(yīng)充分考慮到當(dāng)前和未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，開(kāi)發(fā)速度更快的解決方式；作為設(shè)計(jì)方，應(yīng)該充分考慮到不同DCS系統(tǒng)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出DCS軟硬件的通訊方式，還以上述工程為例，DCS各個(gè)站和控制器以TCP/IP協(xié)議通過(guò)交換機(jī)進(jìn)行連接和信息的交換，基于此類(lèi)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，zui合理的方式就是通訊管理機(jī)配置網(wǎng)卡，遵循TCP/IP協(xié)議，作為DCS的一個(gè)站接入交換機(jī)，從通訊管理機(jī)到DCS之間的通訊速度和冗余問(wèn)題都很容易得到解決。但這只是解決了問(wèn)題的一個(gè)方面，通訊模塊到通訊管理機(jī)之間的速度問(wèn)題，只能提高相應(yīng)設(shè)備的性能之后或采用別的更合理的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)才能解決。
就目前實(shí)際應(yīng)用的情況看，通訊速度已嚴(yán)重制約著以通訊方式傳輸I/O信號(hào)在實(shí)際工程中的應(yīng)用。DCS控制與以前臺(tái)盤(pán)硬手操的方式相比，以不單單是軟手操替代了硬手操，一方面，DCS比起以前的控制水平有了很大的提高，控制策略也較容易實(shí)現(xiàn)；另一方面，通過(guò)對(duì)各種事件和參數(shù)的記錄、保存，為事故分析提供了分析的依據(jù)，這也是DCS與以前的臺(tái)盤(pán)操作實(shí)質(zhì)性區(qū)別的地方。通訊速度的緩慢導(dǎo)致DCS記錄的參數(shù)并不是記錄設(shè)備的實(shí)時(shí)參數(shù)，而是幾秒甚至十幾秒以前的參數(shù)，這嚴(yán)重影響到根據(jù)數(shù)據(jù)分析出判斷的結(jié)果的準(zhǔn)確性。
由于通訊速度慢導(dǎo)致監(jiān)控畫(huà)面狀態(tài)信號(hào)滯后，也容易引起運(yùn)行人員的誤操作。指令發(fā)出而相應(yīng)反饋遲遲反映不到監(jiān)控畫(huà)面，運(yùn)行人員容易采取進(jìn)一步的操作，尤其是在緊急情況下更是如此。
在該電廠調(diào)試過(guò)程中，由于整個(gè)通訊模式和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)已無(wú)法改變，有些信號(hào)重新改回硬接線，無(wú)法改動(dòng)的，只好放棄部分控制功能?？梢哉f(shuō)，在此次的工程中，ECS采取I/O信號(hào)通過(guò)通訊方式傳輸是失敗的。
3.2 公用部分的設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問(wèn)題
有些設(shè)備是兩臺(tái)機(jī)組共用的，如空壓機(jī)系統(tǒng)，ECS的啟動(dòng)/備用變壓器部分，公用段的設(shè)備等，涉及到運(yùn)行的管理和設(shè)備的檢修，因?yàn)楣貌糠种挥性趦膳_(tái)機(jī)組都停運(yùn)時(shí)，DCS公用部分的控制器才可以停電進(jìn)行維護(hù)，這是其一；其二，兩臺(tái)機(jī)組的操作員站都可以對(duì)公用部分進(jìn)行操作控制。在進(jìn)行DCS設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)把公用部分設(shè)備涉及的I/O單獨(dú)用專(zhuān)門(mén)的控制器和I/O模件處理，電纜也進(jìn)相應(yīng)的機(jī)柜?，F(xiàn)有DCS系統(tǒng)絕大多數(shù)是基于單元機(jī)組的獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，滿(mǎn)足兩臺(tái)機(jī)組都可以對(duì)公用部分進(jìn)行操作在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮不同系統(tǒng)間實(shí)現(xiàn)方法的差異，現(xiàn)在大多采用把公用部分納入單元機(jī)組單獨(dú)控制（如#3機(jī)組），＃4號(hào)機(jī)組對(duì)公用部分的操作控制通過(guò)網(wǎng)絡(luò)間的數(shù)據(jù)傳輸實(shí)現(xiàn)，不同DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法各異。
采用I/O信號(hào)通訊方式傳輸時(shí)，也應(yīng)充分考慮到公用部分的特點(diǎn)，如上述舉例電廠在做通訊設(shè)計(jì)時(shí)就沒(méi)有充分了解DCS系統(tǒng)對(duì)公用部分處理的特點(diǎn)，對(duì)通訊傳輸處理的點(diǎn)不管是屬于單元機(jī)組還是公用部分的，設(shè)備分成四段由四個(gè)管理機(jī)統(tǒng)統(tǒng)送至單元機(jī)組（＃3機(jī)）的處理模件，而沒(méi)有把公用部分的I/O點(diǎn)用單獨(dú)的控制器和模件處理，造成的結(jié)果是兩臺(tái)機(jī)組只要有一臺(tái)在運(yùn)行，＃3機(jī)的ECS機(jī)柜不能停電維護(hù)。
四、結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)實(shí)際的工程實(shí)踐可以看出，對(duì)于采用通訊方式實(shí)現(xiàn)I/O信號(hào)的傳輸，目前既有設(shè)計(jì)上的原因，也有設(shè)備硬件方面的問(wèn)題。在設(shè)計(jì)上，應(yīng)該加強(qiáng)各專(zhuān)業(yè)的融合和參與。采用通訊方式實(shí)現(xiàn)I/O信號(hào)傳輸，大多抱著節(jié)省投資等目的，但實(shí)際效果卻并非當(dāng)初所愿，一是節(jié)省了電纜和卡件的數(shù)量，但增加了通訊模塊、通訊管理機(jī)、底層通訊組網(wǎng)費(fèi)用，這筆費(fèi)用加起來(lái)與采用硬接線方式不少甚至超出；而是增加維修難度，故障點(diǎn)增多，檢修人員需了解通訊鏈上的各個(gè)環(huán)節(jié)，熟悉通訊的軟件組態(tài)，給電廠熱工人員提出了更高的要求。