淺議基于“域”管理技術(shù)的國(guó)產(chǎn)DCS

　　摘要：闡述了基于“域”管理技術(shù)的國(guó)產(chǎn)DCS——EDPF-NT分散控制系統(tǒng)的概念及其在實(shí)現(xiàn)全廠主輔控制系統(tǒng)一體化中的應(yīng)用。
　　
　　引言
　　
　　DCS為分散控制系統(tǒng)的英文（TOTALDISTRIBUTEDCONTROLSYSTEM）簡(jiǎn)稱(chēng)。指的是危險(xiǎn)分散、數(shù)據(jù)集中。70年代中期進(jìn)入市場(chǎng)，完成模擬量控制，代替以PID運(yùn)算為主的模擬控制儀表。PLC于60年代末研制成功，稱(chēng)作邏輯運(yùn)算的可編程序控制器（ProgrammableLogicController），簡(jiǎn)稱(chēng)PLC。DCS和PLC都是計(jì)算機(jī)技術(shù)與工業(yè)控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，目前火電廠主機(jī)控制系統(tǒng)用的是DCS，而PLC主要應(yīng)用在電廠輔助車(chē)間。
　　
　　一、基于“域”管理技術(shù)的EDPF-NT分散控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介
　　
　　分散控制系統(tǒng)的“分散”主要體現(xiàn)在獨(dú)立的控制器上，“集中”主要體現(xiàn)在具有完整數(shù)據(jù)的人機(jī)交互設(shè)備上，而將分散和集中連接成集散系統(tǒng)的正是網(wǎng)絡(luò)。分散控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)好比人的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，起著連接“大腦”——人機(jī)交互設(shè)備和“四肢”——控制器的重要作用。因此，從DCS發(fā)展的早期，網(wǎng)絡(luò)就成為了DCS生產(chǎn)廠家的核心技術(shù)方向，冗余技術(shù)、窄帶傳輸技術(shù)都是DCS廠家zui早研發(fā)或應(yīng)用成功的。
　　
　　隨著機(jī)組容量增大和參數(shù)提高，機(jī)組的測(cè)點(diǎn)規(guī)模隨之增大，控制系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大，對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)將產(chǎn)生明顯的影響。為滿足系統(tǒng)規(guī)模增大后的實(shí)時(shí)性、可靠性要求，就必須解決好大規(guī)模實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)快速、安全檢索及大信息流競(jìng)爭(zhēng)網(wǎng)絡(luò)資源等問(wèn)題。大機(jī)組采用直流鍋爐，在直流鍋爐中循環(huán)工質(zhì)總質(zhì)量下降，循環(huán)速度上升，工藝特性加快。超臨界參數(shù)波動(dòng)范圍要求更嚴(yán)，進(jìn)一步強(qiáng)化了對(duì)快速控制的要求。此外大機(jī)組熱力系統(tǒng)更為復(fù)雜，設(shè)置了更多的熱工保護(hù)項(xiàng)目，以避免因操作失誤而造成重大設(shè)備損壞。同時(shí)，由于超臨界機(jī)組容量大，機(jī)組安全運(yùn)行對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的安全也至關(guān)重要。這就要求整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)具備更高的安全和可靠性。
　　
　　基于“域”管理技術(shù)的EDPF-NT分散控制系統(tǒng)采用的是美國(guó)模式的扁平化對(duì)等網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這種DCS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具備三大優(yōu)點(diǎn)：1、系統(tǒng)可靠性高，實(shí)時(shí)性好。2、無(wú)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，降低危險(xiǎn)集中風(fēng)險(xiǎn)。3、無(wú)雪崩效應(yīng)，可靠性高。EDPF-NT分散控制系統(tǒng)zui大的技術(shù)亮點(diǎn)就是其的網(wǎng)絡(luò)“域”管理技術(shù)。為了適應(yīng)大型工業(yè)過(guò)程全面實(shí)行計(jì)算機(jī)控制和一體化集中控制的需要，EDPF-NT分散控制系統(tǒng)支持面向廠區(qū)級(jí)應(yīng)用的基于分布式計(jì)算環(huán)境（DCE）的多域網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。采用“域”管理技術(shù)，每個(gè)域都包含有一套獨(dú)立的DCS核心結(jié)構(gòu)，各域之間相互隔離，互不影響。采用“域”管理技術(shù)，系統(tǒng)各部分規(guī)模減小，便于管理，任何故障將被局限在有限域內(nèi)，安全性更好。采用“域”管理技術(shù)，各域之間相互隔離，沒(méi)有任何數(shù)據(jù)耦合，杜絕非法數(shù)據(jù)跨域訪問(wèn)。采用“域”管理技術(shù)，操作員站等人機(jī)交互設(shè)備可以根據(jù)需要同時(shí)加入多個(gè)域，從而成功解決多套控制系統(tǒng)管理互連及集中監(jiān)控功能的要求，為實(shí)現(xiàn)全廠主輔控制系統(tǒng)一體化提供了有力的技術(shù)支撐。
　　
　　二、全廠主輔控制系統(tǒng)一體化的實(shí)現(xiàn)
　　
　　2.1DCS與PLC的區(qū)別及應(yīng)用范圍
　　
　　在火電廠熱工自動(dòng)化領(lǐng)域，DCS和PLC是兩個(gè)*不同而又有著千絲萬(wàn)縷的概念。DCS和PLC都是計(jì)算機(jī)技術(shù)與工業(yè)控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，目前火電廠主機(jī)控制系統(tǒng)用的是DCS，而PLC主要應(yīng)用在電廠輔助車(chē)間。
　　
　　DCS的核心概念是危險(xiǎn)分散，數(shù)據(jù)集中的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，因此DCS的發(fā)展過(guò)程，就是在不斷的運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)和控制技術(shù)的成果，來(lái)構(gòu)建一個(gè)完整的集散控制體系，DCS給用戶(hù)提供的是一個(gè)完整的面向工業(yè)控制的安全可靠靈活的解決方案。而PLC的核心概念是可編程序控制器，目的是用來(lái)取代繼電器，執(zhí)行邏輯、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能，建立柔性程序控制裝置。所以，PLC不斷發(fā)展的主線是在不斷地提高各項(xiàng)能力指標(biāo)，給用戶(hù)提供一個(gè)完善的功能靈活的控制裝置。
　　
　　DCS是一個(gè)體系，PLC是一個(gè)裝置，這是兩者在概念上的根本區(qū)別。在熱工自動(dòng)化領(lǐng)域，主廠房控制系統(tǒng)基本上毫無(wú)例外地使用DCS，而在輔助車(chē)間才使用PLC。其主要原因是早期的DCS系統(tǒng)非常昂貴，人們認(rèn)為輔助車(chē)間的運(yùn)行可以間斷，可靠性要求不是很高，且模擬量控制要求較少，從降低成本的角度出發(fā)，往往選擇PLC來(lái)構(gòu)建控制系統(tǒng)。而鍋爐、汽機(jī)和發(fā)電機(jī)的控制系統(tǒng)，要求長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠地運(yùn)行，信號(hào)中含有相當(dāng)比例的模擬量，從系統(tǒng)的性能出發(fā)，人們不得不選擇了昂貴的DCS。
　　
　　2.2全廠主輔控制系統(tǒng)一體化是火電廠控制系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)
　　
　　隨著我國(guó)火電機(jī)組單機(jī)容量不斷擴(kuò)大，大容量、高參數(shù)、低能耗機(jī)組不斷增加，輔機(jī)設(shè)備數(shù)量不斷增加，輔助控制系統(tǒng)在火電機(jī)組中的地位也越來(lái)越重要，如果輔控系統(tǒng)不完善，會(huì)很大程度上制約電力的正常生產(chǎn)。在我國(guó)電廠的控制領(lǐng)域，存在一個(gè)突出的問(wèn)題，就是電廠的許多輔機(jī)控制系統(tǒng)，成為了一個(gè)個(gè)“自動(dòng)化孤島”。例如，化水、輸煤、除灰、除渣、加藥系統(tǒng)，以及循環(huán)水泵房和工業(yè)水泵房等，往往采用了各個(gè)廠家各種型號(hào)的PLC系統(tǒng)。這些PLC通常都可以滿足電廠各個(gè)獨(dú)立的輔機(jī)系統(tǒng)的控制要求，但是它們往往難以和主廠房的DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)相互的通信和信息共享，難以實(shí)現(xiàn)全廠所有運(yùn)行設(shè)備生產(chǎn)過(guò)程信息的“全廠一體化”。也就是說(shuō)，在主廠房的集控室內(nèi)，在DCS系統(tǒng)的屏幕上，往往難以看到全廠所有輔機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行情況；更難以及時(shí)了解和掌握各個(gè)輔機(jī)系統(tǒng)發(fā)生的故障和事故情況；不能實(shí)現(xiàn)全廠生產(chǎn)信息的共享。所以它們就成為獨(dú)立于DCS系統(tǒng)以外的一個(gè)個(gè)“自動(dòng)化孤島”。各輔助系統(tǒng)多采用可編程邏輯控制器（PLC）與上位機(jī)相結(jié)合的監(jiān)控模式，有各自的控制室和生產(chǎn)運(yùn)行人員。這種傳統(tǒng)的、分散型的監(jiān)控模式，造成設(shè)備和人員的重復(fù)配置，不利于集中管理和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。利用*的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)，將各自獨(dú)立的輔助子系統(tǒng)連接成網(wǎng)，在維持原有控制設(shè)備分布的同時(shí)，在相對(duì)統(tǒng)一的控制室內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)同類(lèi)輔助系統(tǒng)的集中監(jiān)控操作，正成為電廠輔助車(chē)間提高控制水平的發(fā)展方向和實(shí)現(xiàn)減人增效目標(biāo)的重要手段，也是電廠消除自動(dòng)化“孤島”現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)管控一體化的前提和基礎(chǔ)。基于DCS控制下主輔控系統(tǒng)大大提高全廠的自動(dòng)化生產(chǎn)水平，有利于廠級(jí)監(jiān)控和MIS管理，真正做到了分散控制集中管理。為電廠的減員增效起到了很好的作用，為電廠的輔控車(chē)間，zui后取消運(yùn)行生產(chǎn)人員，達(dá)到無(wú)人值班，提供了可能。
　　
　　應(yīng)用了*的“域”管理技術(shù)，可以方便的在全廠主輔一體化控制系統(tǒng)中加入每個(gè)子系統(tǒng)或?qū)⒆酉到y(tǒng)重新劃分，而不影響整個(gè)系統(tǒng)和其他子系統(tǒng)的正常運(yùn)行，方便了輔控系統(tǒng)的逐步投運(yùn)以及投運(yùn)后電廠的檢修和維護(hù)工作。
　　
　　由于全廠主輔控制系統(tǒng)采用一體化設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了輔助車(chē)間集中監(jiān)視和控制，達(dá)到資源共享，合并減少或取消就地操作監(jiān)控點(diǎn)，自動(dòng)化水平提高，為電廠的減員增效起到了很好的作用，也為電廠的輔控車(chē)間級(jí)zui終取消運(yùn)行人員，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)全部監(jiān)控提供了條件，對(duì)于熱控維護(hù)人員，可以不用學(xué)習(xí)和掌握多種控制系統(tǒng)，避免了雜而不精的情況出現(xiàn)，同時(shí)減少了培訓(xùn)費(fèi)用，也降低了熱控人員的維護(hù)工作強(qiáng)度；大大降低了備品備件數(shù)量，優(yōu)化了電廠資源配置，減少了維護(hù)費(fèi)用，降低了產(chǎn)品成本，為增強(qiáng)電廠的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力提供了重要保證；合理有效的提高了輔助系統(tǒng)的控制水平，提高了輔助車(chē)間自動(dòng)化控制和管理水平，提高了電廠運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。
　　
　　2.3全廠主輔控制系統(tǒng)一體化方案案例介紹
　　
　　火電廠輔助車(chē)間集中監(jiān)控系統(tǒng)由水、煤、灰、脫硫等多個(gè)相互獨(dú)立的控制分系統(tǒng)構(gòu)成，所以，其網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)應(yīng)該選擇基于分布式環(huán)境的多域網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。這樣，在邏輯上，把各個(gè)輔助車(chē)間工藝子系統(tǒng)組織成多個(gè)互相獨(dú)立的域。各個(gè)域之間的通訊相互隔離、互不影響。每個(gè)子系統(tǒng)只屬于一個(gè)域，全局集中操作員站等MMI（人機(jī)界面）設(shè)備可以根據(jù)需要同時(shí)加入多個(gè)輔助車(chē)間控制域，從而可以對(duì)整個(gè)輔助車(chē)間進(jìn)行集中監(jiān)控。輔助車(chē)間集中監(jiān)控DCS由各個(gè)獨(dú)立工藝子系統(tǒng)及集中監(jiān)控點(diǎn)的操作員站、工程師站、歷史站、SIS接口站等組成。一體化的輔助車(chē)間集中監(jiān)控DCS系統(tǒng)內(nèi)無(wú)需網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、無(wú)需通訊管理站，沒(méi)有任何通訊瓶頸。
　　
　　國(guó)電寶慶電廠一期2×660MW主輔控制系統(tǒng)以"域"（DOMAIN）的概念構(gòu)造通訊網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成單元機(jī)組+公用系統(tǒng)+單元機(jī)組＋輔控的DCS網(wǎng)絡(luò)，公用系統(tǒng)和輔控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上的獨(dú)立性，公用系統(tǒng)可以在兩臺(tái)單元機(jī)組同時(shí)監(jiān)視、操作、組態(tài)，同時(shí)又具備相互閉鎖和網(wǎng)絡(luò)隔離的功能。寶慶電廠輔網(wǎng)一體化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為星型，每個(gè)子系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)中作為不同的"域"存在。通過(guò)軟件設(shè)置可實(shí)現(xiàn)中央控制室的操作員站能對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)交換，即既能監(jiān)視也能操作；同時(shí)中央控制室的操作員站對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)的操作與子系統(tǒng)的操作能互閉鎖。
　　
　　三、結(jié)語(yǔ)
　　
　　不管輔控系統(tǒng)是采用PLC還是DCS，輔控一體化是未來(lái)電廠輔控系統(tǒng)發(fā)展的必然方向；而采用DCS則更容易實(shí)現(xiàn)主輔控一體化。輔控一體化實(shí)現(xiàn)了多個(gè)輔控系統(tǒng)的互聯(lián)，信息共享，加快了信息的傳遞速度，簡(jiǎn)化了操作。但在信息共享的同時(shí)，必須實(shí)現(xiàn)操作互鎖。對(duì)于沒(méi)有實(shí)現(xiàn)一體化的輔控系統(tǒng)，設(shè)備操作在就地控制室完成。而實(shí)現(xiàn)了一體化的輔控系統(tǒng)，可以在集控室或就地控制室完成。而為安全起見(jiàn)，同一時(shí)間只允許一臺(tái)操作員站對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作，因此就涉及到集控室操作和就地控制室操作的閉鎖問(wèn)題。這是輔控一體化所必須要解決的問(wèn)題。
　　
　　基于“域”管理技術(shù)的國(guó)產(chǎn)DCS——EDPF-NT分散控制系統(tǒng)將不同的輔控系統(tǒng)設(shè)置在不同的域中，分別設(shè)置不同的權(quán)限。其權(quán)限的設(shè)置決定了操作方式,從而解決了輔控一體化集控室操作和就地控制室操作的閉鎖問(wèn)題。