简单介绍绥电800MW机组西门子公司生产的TELEPERMME/XP混合型DCS控制系统的各个组成部分的特点、结构和配置，及其工作方式，以供相同设计参考。

关键词　DCS系统；冗余；操作监视系统；总线系统；自动控制系统。

绥电800MW机组其锅炉、汽轮发电机组及辅机系统均由俄罗斯生产，为我国目前火力发电厂中单机容量较大机组。机组中的控制系统原设计采用俄罗斯生产的监视和控制装置这种混合式控制系统。其监视系统采用部分常规仪表和俄罗斯研制的信息计算系统为主的监视方式。常规仪表质量差、体积大，记录表和指示表不但精度低，而且极易损坏。信息计算系统硬件可靠性低、容量小、速度慢、功能差。自动控制系统为俄产YKTC柜和OM-2M计算机数据处理系统，这种系统从本质上来说属于70年代初期技术水平的控制设备，控制装置（如YKTC，PEMHKOHT等）采用小型集成电路和低档次的微机系统，其主要弊端是故障率高，YKTC自动控制系统结构非常庞大，由于模件的电路集成度低，性能及可靠性很差，故障频繁。OM-2M计算机系统虽然能够起到对机组参的数监视作用，但整个系统也非常庞大，调节控制手段也十分落后，均采用硬手操，整个系统控制盘台和各种机柜繁多，安装、配线和调试工作十分繁琐，所需调试工期长，稳定性和可靠性也差，这样的自动控制系统不仅维护量很大,而且也影响整个机组的安全运行。另外了解在俄罗斯当时已经不再生产上述类型的硬件产品，热控设备的备品备件也是令人头痛的一个难题。鉴于上述情况，根据800MW机组的需要，1997年10月最终确定对原热控系统进行产品改型。新的DCS系统选型为德国西门子公司和俄罗斯乌尼阿厂生产的TELEPERMME/XP分散控制系统。
1TELEPERMME/XP系统设计简介
改型后的自动控制系统采用德国Siemens公司生产的TELEPERMME/XP型DCS集散控制系统。机组控制采用机、炉、电集中控制方式，整个DCS系统设备分为上下两层。上层为操作监控层，包括TELEPERMXP型的OM650和ES680，下层为自动控制层，主要由TELEPERMME型的自动系统AS220组成，因此该系统为一混合型的配置。它主要提供电厂过程自动化所需的如下功能：
（1）过程数据的采集与处理（2）开环和闭环控制
（3）计算和优化（4）过程操作、监视和监控
（5）过程事故和故障的处理（6）过程数据和事件的文档管理。
AS220EA自动控制系统是俄罗斯从德国Siemens公司引进的装配生产线,由莫斯科BHHA制造厂生产制造。OM650操作监视系统由俄罗斯从德国Siemens公司购买的原装产品,整个集散系统的配套设计由俄罗斯"国际自动化研究所"承包。
这套DCS系统实现800MW机组的汽轮机、锅炉主辅机的自动调节、机炉协调(CCS)、顺序控制(SCS)、旁路控制(BPC)、炉膛安全监视(FSSS)以及数据处理(DAS)等。在正常情况下,机组的自动控制由DCS系统完成，在DCS系统故障的情况下,由事故控制台(马赛克操作台)上的少量手操器完成整个发电机组的安全停机。
整个DCS系统I/O点数量有：模拟量输入1835点、开关量输入755点、开关量输出52点、脉冲调节阀153个、电动闸阀820个，电磁阀207个、厂用机械185个、控制开关量13319点。DCS系统实现800MW机组的汽轮机、锅炉主辅机的自动调节、机炉协调（CCS）、顺序控制（SCS）、旁路控（BPC）、炉膛安全监视（FSSS）以及数据处理（DAS）等。
DCS系统指标
使用期限：15年。
寿命不小于80000小时。
平均无故障时间:DAS系统的MTBF=8000小时。
控制系统的MTBF=15000小时。
2TELEPERMME/XP系统特点
a.控制功能分散
一个过程控制站只控制生产过程的一部分工艺回路,或者说一个或几个工艺区,一块基本控制器只控制几个回路,在发生故障时,涉及面较小,相对于集中控制来说危险是相当小的。
b.显示操作集中，有好丰富的人机界面。
用CRT集中显示,可以进行多种画面多种参数的监视,重要参数变化都有警告和报警提示以告知运行人员，不象常规仪表那样,不便于监视，也不便操作。对于DCS系统来说,运行操作人员只需用一只鼠标(光笔、键盘)，就可以实现工艺控制过程的人工干预。
c.设备控制算法组态高度灵活，可扩展性能好。
如果要修改控制算法,不需要对硬件进行修改,只需要在工程师站上修改组态功能图就可以了。
d.可冗余配置,有自诊断功能,可靠性极高
常规自动控制系统,难以实现冗余和自诊断功能,但在集散系统中可以很方便的实现,基本控制器采用先进的生产工艺制造，设备的可靠性很高,平均无故障时间MTBF达到几万小时，甚至几十万小时以上。因此设备维护量很小。
e.通信能力强，速度快，数据容量大
由于系统中采用数据高速公路通信网络,通信速度快，数据容量大,可靠性高,尤其是光纤网络,不受电场和磁场的干扰，通信速率可达10Mbps。网络也可以与MIS系统相连,实现高层次的管理。
3TELEPERMME/XP系统组成
从硬件组成上看该系统由四个子系统组成：（见下图）



（1）AS自动控制系统（2）OM操作与监视系统
（3）总线系统（4）工程设计系统
绥电的机组控制采用机、炉、电集中控制方式，整个DCS系统设备分为上下两层。上层为操作监控层，有值长操作台1台，热控工程师站1台，操作员站4台，每个站由两台CRT及鼠标器构成。共用一台打印/硬拷贝两用机。整个操作监控层功能全部冗余。冗余历史站一台。完成历史数据存档、机组性能计算。工程师站1台。完成自动控制逻辑组态、用户画面组态及工程辅助设计。下层为自动控制层，有自动控制过程站16个，每个站同时划分为DAS、CCS及BCS三种功能。过程控制站全部采用冗余。操作终端通讯采用SINEC虚拟环以太网，扑克动控制过程站之间通讯采用冗余RS485系统总线。操作终端与自动控制过程站之间通讯采用2条CS275令牌总线。
3.1OM650操作监视系统
OM650操作监视系统是TELEPERMXP的一个子系统，OM650操作监视系统是功能强大的人机接口，符合人体工程学的原则，可灵活配置，适用于各种规模的电厂，它是对过程进行操作和监视的窗口。它负责把工艺过程的设备运行状态，反映给单控室运行操作人员，把运行操作人员的命令传达给自动控制系统。
OM650操作监视系统作为TXP过程控制系统的一个组成部分承担过程控制和过程信息以及过程管理的任务。它采用以X/WINDOWS和OSF-MOTIF为标准的统一的人机界面。
为了与电厂自动控制系统的静态和动态要求相适应（组态、处理速度、控制室设计），OM650的各项功能被分配于处理单元（PU）、服务单元（SU）、操作终端（OT）之中。将过程处理单元连同功能区组态功能一起从操作终端上分离出来，使控制室的设计变得十分灵活。在每一个终端上可对全厂的情况进行监视及操作。OM650还可用于多机组电厂的集中过程控制及过程信息管理，即从中心站对多套机组进行集中操作、监视和信息归档。
3．1．1OM650配置
a.PU处理单元（4×2=8台）
机型：奔腾PⅡ350工控机
内存：128MB
硬盘：4GB
配有CS275总线NAT网卡
b.SU服务单元2台（带MOD）
机型：奔腾PⅡ350
主存：128MB
硬盘：4GB
光驱：2.6GB
c.OT操作终端（6台）其中锅炉工艺区2台，每台带1个GS（图形服务器），2个CRT；汽机工艺区2台，每台带1个GS，2个CRT；热控工程师站1台，1个CRT；值长台1台，1个CRT。（并配有针打印机3台彩色硬拷贝机1台）
机型：奔腾PⅡ350
内存：128MB
硬盘：4GB
CRT:21"，图形分辨率1280×1024。



3．1．2OM650的突出特点
□过程控制和信息有统一的人机接口；
□优化操作员操作；
□电厂设计，过程设计及自动控制系统设计三种信息显示方式；
□处理单与操作终端分离；
□通过ES680工程设计系统实现集中组态；
□不同规模硬件及软件设计方案；
□数据及功能的分散化；
□过程控制及过程信息的功能包；
□所有部件可冗余配置；
□多机组集中式机组间过程控制及信息管理；
□综合了各种国际标准：（UNIX，C，X/WINDOWS，OSF-MOFIF，ISO-OSI具有SQL=结构查询语言的关系数据库系统INFORMIX）；
3．2ES680工程设计系统
工程辅助设计系统是TELEPERMME/XP的一个子系统，用于整个工程设计过程。从确定工程任务开始，一直到基础设计，详细设计，系统的调试及优化和升级。从执行机构、传感器的参数确定一直到篡系统的各项功能，包括数据采集，开、闭环控制，成组控制，保护联锁，电缆表的形成，都是通过工程辅助设计系统进行组态。组态后生成模件的可执行代码，并下载到AS自动系统的模件中去执行。采用HP9000工作站（又称工程师站ES680），ES680是一个由数据库扶持的全图形系统，用来负责整个DCS系统的组态，，有一台耦合PC机与之相配合完成对AS自动系统的代码装载和传送。ES680的主机为HP9000/715/100，因此又叫HP9000工作站.
3．2．1ES689配置：
CPU：PA-RISC处理机
内存：64MB
硬盘：4GB
磁带机：2GB
CRT：20″，分辨率1280×1024
操作系统：UNIXHP-UX10.20ACE；离线数据库INGRES6.04；X-Windows窗口技术及OSF-Modif软件
应用软件有：用于对AS220EA系统设计、组态的GET-TMEA软件包，用于对OM650设计、组态的ES680软件包，软件流程见图
并配有一台HPLaser6MP激光打印机。
ES680工程设计系统是一个由数据库支持的全图形系统。采用国际上成熟的标准化了的软件，像UNIX操作系统和关系数据库，以及X/WINDOWS和OSF-MOTIF。
3．2．2ES680工程设计系统特点
ES680系统不规定使用哪种标识符，它支持符合DIN标准的KKS和AKZ，附有检错功能，也可以使用用户特定的标识符。TXP的系统参数由ES680自动地加以确定和管理，不需要组态，各个功能块的执行顺序也由ES680自动地加以确定。对目标设备的首次代码下载在离线操作过程中执行，所有可能的结构变化可通过在线功能下载。为了标准化处理，ES680系统提供了大容量软件库和拷贝功能。ES680硬件配置可变，从小型CU直至由网络工作站所组成，也可以是带ET的PC机，ES680提供了不同的访问等级ES680提供了连贯的前向工程设计、基础设计、详细设计和调试修改都是通过ES680实现的。详细设计软件自动地装入AS220和OM650系统中。
工程设计面向过程控制的工程设计任务定义，不需要关于自动化控制系统软件的专门知识。用户可以在基础设计、详细设计、调试以及维护中使用同一个工具。强大的引导功能可以引导操作员快速进入有关自动化控制系统任务，以获取信息，搜索故障及诊断故障。替代了过去费时的纸面文本上的查找方式。
3．3总线系统
在计算机信息传送中，计算机内部的数据传送速度是很快的，但是一台计算机与它的外部设备之间或与另一台计算机之间的数据传输是较慢的，由其数据信号在长距离传输时，由于线路上存在着分布参数，及空间电磁场干扰等等，会使数据信号波形发生畸变，传输速度越快这种问题越突出，过去在串行数据传输时，一般传输速率都在几十千波特以下。
现在采用网络总线系统（俗称数据高速公路），可以解决这方面的问题，一般传输速率都在数百千波特以上，甚至可达数百兆波特，集散系统所用的通信网络是局域网络。
这种局域网络对传输导线、接头、收发器、网卡、介质访问协议（传输规则），都做了明确的规定。只有在保证这些要求的情况下才能实现数据高速传输。我厂的DCS系统使用了三种总线。
（1）SINECH1F0终端总线。
（2）CS275电厂总线:2×2条。
（3）RS－485系统总线：1×2条。
3．4AS220自动控制系统
AS220EA自动系统是TELEPERMME系统中的一个重要组成部分，也是TELEPERMME/XP集散控制系统的核心部分。由于它可选择不同的冗余设计，因此它能满足各种可利用率的要求，系统可组态为非冗余、部分冗余和全部冗余。
3．4．1结构
AS220EA由独立工作的功能组件和机柜内部输入/输出总线控制器（EAS）组成，通过耦合装置便能连上CS275总线系统。它能够完全二取一冗余组态，这包括总线接口组件冗余、输入/输出总线控制组件冗余、功能组件冗余以及数据采集和命令输出冗余。冗余双方的输入/输出总线区域间通过去耦组件在逻辑和电气上相互隔离。每个EAS通过去耦组件连往两条输入/输出总线上的功能组件。
※一个或两个基本单元（带EAS）和10/12个功能组件插口。
※最多6个扩展单元。
根据不同的设计，最多可容纳104个功能组件。供电电源为直流24V，冗余设计。
3．4．2工作方式
AS220EA的独立工作功能组件执行自动化任务，功能分散化。
※单项控制层：
信号处理
开环控制
闭环调节
※成组控制层：
上一级开环控制
上一级闭环控制
组件之间的信号交换由输入/输出总线和输入/输出总线控制器（EAS）实现。通过接口组件N8-H，EAS还承担与CS275冗余总线系统的联系。
AS220EA使用PG750编程装置或使用工作站WS30功能图显示仪进行组态。组态数据储存在功能组件的EEPROM中，电源故障时具有安全性。
在冗余设计中，组件的功能分为主与从。正常情况下，从组件处于备用状态，只当主组件故障停用时它取而代之。主组件和从组件具有高度的自监控功能。通过一个接口，两者的EAS可以相互联接，连续交换测试信息，实现相互间的监视。
4结束语
本套DCS系统经过两年多的运行，可靠性与稳定性都非常好，极大地方便运行人员的操作，也相应程度地减轻了热工人员的维护量，能够保证机组的安全、稳定的运行。