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业
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品
功
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北极星电力网技术频道 作者:佚名 2008/5/12 16:50:55
摘 要：结合深圳妈湾发电总厂一、二、三期工程6×300MW机组热工控制系统的设计和应用情况，从系统硬件、软件、分散度、可靠性及一体化程度等方面对INFI-90型、PROCONTROL-P型和XDPS-400型分散控制系统（DCS）进行了分析、比较。总体来说，XDPS-400型DCS在诸多方面，特别是人机接口方面具有一定的优势，但系统资料有待完善；随着电子技术的发展，INFI-90型DCS的人机接口部分和系统开放程度会得到加强；而PROCONTROL-P型DCS则属于过时的产品，将会被市场淘汰。
关键词：分散控制系统；硬件；软件；分散度；可靠性；比较
ComparisonamongINFI-90,PROCONTROL-PandXDPS-400
distributedcontrolsystems
Abstract:Incombinationwiththedesignandapplicationofthedistributedcontrolsystems(DCS)for6×300MWunitsinPhaseⅠ～ⅢprojectsofShenzhenMawanGeneralPowerPlant,acomparisonamongINFI-90,PROCONTROLPandXDPS-400DCSismadeintermsoftheirsystemhardware,software,degreeofdecentralization,reliabilityandintegration.Generallyspeaking,XDPS-400DCSisadvantageousinmanyaspects,especiallyinmanmachineinterface;yetthereisstillroomforimprovementinsystemdata.ThemanmachineinterfaceandtheopeninglevelofINFI-90willbestrengthenedwiththedevelopmentofelectronictechnology,buttheoutmodedPROCONTROL-Pwillfallintodisuse.
Keywords:DCS;hardware;software;degreeofdecentralization;reliability;comparison
深圳妈湾发电总厂总装机容量6×300MW，6台机组的主机及主要辅机都基本相同。其中分散控制系统（DCS）采用了3套完全不同的控制系统：1号和2号机组采用美国Bailey公司的INFI-90型DCS，两台机组分别于1993年和1994年投产；3号和4号机组采用瑞士ABB公司的PROCONTROL-P型DCS，两台机组分别于1996年和1997年投产；5号和6号机组采用上海新华公司的XPDS-400型DCS，两台机组分别于2002年11月和2003年7月投产。
本文结合DCS在妈湾发电总厂的应用情况，对这3种型号DCS进行比较。
1硬件比较
1.1网络结构
INFI-90型DCS采用冗余厂环（plantloop）结构将各中央处理单元及运行人员接口站（OIS）连接起来，通信介质为同轴电缆。这种环网结构对电缆质量及各接点接触电阻的要求较高，一旦环路中出现断点或接触不良，数据通信即受阻；另外，通信速度不高，且扩展性不好。妈湾发电总厂2号机组曾多次发生由于同轴电缆故障造成通信中断的故障，危及机组的安全运行。以同轴电缆作为通信介质确实存在其固有的缺陷。
PROCONTROL-P型DCS虽然采用了局域网结构，但仍然以同轴电缆作为通信介质，同轴电缆的固有缺陷依然存在。由于人机接口部分与实时控制系统之间是通过服务器进行连接的，因此运行中对服务器的要求较高，一旦服务器出现问题，设备即失去监视和控制。妈湾发电总厂曾出现因为服务器死机而使现场设备失去监视和控制超过20min的现象。
XDPS-400型DCS的数据高速公路网络采用了具有自愈功能的冗余容错环形光纤以太网，分布式过程控制单元的输入输出（I/O）总线采用以5类双绞线为通信介质的以太网技术。从根本上克服了同轴电缆的先天不足，双环中任一结点出现断点不会造成系统通信中断，且由于人机接口系统和分散处理单元均采用相同的通信协议（即TCP/IP通信协议），使得通信硬件和软件都变得非常简单明了，系统的扩展也变得非常容易。
1.2模件
INFI-90型DCS的控制模件种类不算太多，功能也较强大，然而它的一些子模件损坏率较高，如数字量输入子模件DSI02在妈湾发电总厂的损坏率就较高。损坏率高的主要原因是隔离措施不够完善。
在PROCONTROL-P型DCS中，P14的模件虽然没有主模件和子模件之分，也没有输入模件和输出模件之分，模件的功能和通用性都较强，但是，由于PROCONTROL-P型DCS为P13和P14两个新旧系统的组合体，两个新旧系统有其各自的系列模件，两个系统之间还有较多的通信模件，因此，总的来说模件种类显得多而杂。
如去除汽轮机数字电液控制系统（DEH）和汽动给水泵汽轮机电液控制系统（MEH）的专用模件，XDPS-400型DCS的模件种类应该说是非常少的，特别是整个系统仅有一种通信接口模件，这足以说明其一体化程度之高。由于模件种类减少了，相应地备件种类也减少了。另外，由于XDPS-400型DCS是系统直接驱动现场设备的，因此省却了一部分中间继电器柜和扩展继电器柜，简化了系统结构，节约了机组投资。
1.3电源系统
INFI-90型DCS采用220V双路分散方式供电，保护系统的工作方式为得电跳闸，电源的切换功能由系统自身实现。但是，由于端子柜电源发热量较大，当冷却风扇出现故障时，电源过热保护启动，自动将整个机柜的电源切断，这样会危及机组的安全运行。妈湾发电总厂1号机的炉腔安全保护监控系统（FSSS），就曾因运行中冷却风扇出现故障，造成端子柜温度升高，电源过热保护动作而将一个FSSS柜电源切断。
PROCONTROL-P型DCS采用48VDC双路集中方式供电，保护系统的工作方式为失电跳闸，因此PROCONTROL-P型DCS不仅要求直流供电回路高度可靠，而且要求交流供电品质良好。
XDPS-400型DCS虽然也是采用220V双路分散方式供电，但它的FSSS的保护系统采用交直流得电跳闸方式工作，汽轮机紧急跳闸系统（ETS）采用失电跳闸方式工作，应该说在电源系统上还是考虑得较周全的。
总体上来说，INFI-90型、PROCONTROL-P型和XDPS-400型DCS对电源的要求都比较高。
2软件比较
2.1软件系统复杂程度
INFI-90型DCS的软件以及系统结构较简单，掌握、维护起来较容易，人机接口部分也比较简单，通过结构极其简单的工程师工作站（EWS）就可实现组态的修改、组态的下载和故障诊断。但人机接口系统为非开放式系统，组态工具为命令行的形式，不直观。
PROCONTROL-P型DCS有一个庞大而又复杂的人机接口系统，系统内设有多台服务器和用户终端，服务器和用户终端计算机又采用不同的操作系统，如Unix和OpenVMS等操作系统，组态的修改、编译和下载非常烦杂、缓慢，但较直观。另外，PROCONTROL-P型DCS实际上是由P13和P14两套完全不同的系统组合而成的，有2套完全不同的软件和组态工具。该系统虽然在人机接口方面有较大改观，但系统太复杂，难以学习掌握。
新华公司的XPDS-400型DCS具备了INFI-90型和PROCONTROL-P型DCS的优点，并摒弃了它们的一些缺点，它采用目前流行的工业以太网络结构，以PC机作工程师和运行人员操作站，以WindowsNT为工作平台，使系统看起来简单明了。系统的开放程度较高，组态采用图形方式，组态文件不需进行人工编译，在图形方式修改完后即可直接生效，且信号一律采用中文描述，人机接口非常友好。
2.2系统兼容性、灵活性
2.2.1系统兼容性
INFI-90型和PROCONTROL-P型DCS很难与其它系统进行连接，电厂外围系统接入成本较高。特别是PROCONTROL-P型DCS，要想实现与它的连接非常之难，成本也非常之高，系统灵活性极差。妈湾发电总厂的管理信息系统（MIS）到目前为止都未能与之连接。
XDPS-400型DCS的兼容性较好，从原始设计就考虑了兼容性问题，并留有相应的接口，使得系统内的文件和数据共享程度极高。
2.2.2系统灵活性
在INFI-90型和XPDS-400型DCS内直接增加或修改控制设备都不太难，但要在PROCONTROL-P型DCS内增加设备可不是一件简单容易的工作，因此PROCONTROL-P型DCS的系统灵活性较差。
这3种类型的DCS都能提供数据报表，INFI-90型DCS的数据报表虽然不美观但还实用；PROCONTROL-P型DCS只能提供一些固定的数据报表，灵活性太差；XDPS-400型DCS采用Office文件格式，可以灵活地提供较为多样的数据报表。另外，XDPS-400型DCS中的信号关联性很强，在运行人员操作站（OPU）或工程师站（EWS）上可以很容易地找到任一信号的所有相关信息，大大缩短了查找故障的时间。
2.3功能块的特点
INFI-90型、PROCONTROL-P型和XDPS-400型DCS均采用功能块来实现设备的逻辑控制，但各功能块的功能却相差甚远。INFI-90型DCS的功能块有200多种，种类较为齐全，但用起来不直观，大部分功能块必须认真对照功能块手册设置每一规格参数才能使用，组态图只能通过命令行来绘制，同时功能块不能压缩。
PROCONTROL-P型DCS在这些方面有所改进，它的功能块一般功能较为强大，有许多专门用于电厂设备控制的功能块，如对汽包水位进行补偿修正的专用功能块。但它又缺少一些较好的功能块，如没有类似于INFI-90型DCS中Smith预估器性质的功能块，使得系统对过热汽温和再热汽温的控制难以得到较大的改善。
XDPS-400型DCS中的功能块虽然种类不算太多，但都较为实用。由于它采用了计算机图形设计方式，使得组态图的设计变得非常简单明了，加之功能块的参数选择为在线方式，使得组态图的调试非常方便。组态图上的信号描述和功能块的说明第一次实现了汉化，大大减少了语言障碍，组态图更加适合中国国情，而且它的最大好处是组态软件可以装于任一台PC机上进行离线组态，组态完成后就可以进行模拟仿真，在离线的情况下就可判断组态是否正确。在线组态也没有编译、交差参考等诸多手续，改完了即可直接生效。
3分散度比较
XDPS-40型、INFI-90型和PROCONTROLP型DCS中的P13系统为典型的主从模件控制系统，它们的集中度较高，所有的控制策略都集中在主模件内，所有的子模件必须在主模件的控制下才能正常工作，一旦主模件故障，由该主模件控制的所有设备都将失去控制。PROCONTROL-P型DCS中的P14系统则是典型的分散型控制系统，该系统内的模件不分主从，一律平等，由于分散度高，一块功能模件的损坏对系统的影响较小，功能模件的驱动级接口部分与被控设备采用标准连接，在处理故障或解决问题时较方便、快捷。
4可靠性比较
XDPS-400型DCS采用双数据处理单元、双网络冗余结构，网络中的结点通过交换机进行连接，交换机与交换机之间通过光纤连接，运行时某个结点通信中断不会影响其它结点的正常工作，提高了系统的可靠性。INFI-90型和PROCONTROL-P型DCS虽然也采用了双环冗余网络结构，但由于都是以同轴电缆为通信介质，所以单个结点的通信中断将影响整个环路的正常通信。因此，从网络结构上讲XDPS-400型DCS的可靠性比较高。
从锅炉和汽轮机的保护系统方面而言，ABB公司的PROCONTROL-P型DCS因在硬件和软件上都采用了三取二逻辑，使FSSS和ETS显得非常可靠。而XDPS-400型DCS的ETS在以下方面还需完善：
a)ETS采用了简单的“两或两与”逻辑，即所有的汽轮机保护信号分别进入两个单独的保护通道，当这两个通道中各有一个保护信号动作时即跳机，并不管这两个保护信号是否有相关性。例如，第一通道中的一个“真空低”信号使第一通道的保护处于“动作”状态，这时，如果第二通道任意来一个汽轮机保护信号如“润滑油压低”信号，而不一定非要是另一个“真空低”信号，就可使第二通道的保护处于“动作”状态，致使ETS动作，汽轮机跳闸。
b)按照传统的ETS模式，同一个保护信号有4个开关，其中两个进入保护通道一，另外两个进入保护通道二。以“真空低”信号为例，只有当进入第一通道的两个“真空低”开关中的任一个和进入第二通道的两个“真空低”开关中的任一个同时动作，才导致ETS动作，这样既可防止误动又可防止拒动。而新华公司的XPDS-400型DCS的ETS不考虑这两个信号是否是同一类信号，只要有两个保护信号到了就跳机，这样有可能增加了ETS的误动率。
c)DEH/MEH及ETS的设计风格与其它DCS的不一致，且系统的开放度不够，不便于用户的修改。
5一体化程度比较
INFI-90型DCS实现了对数据采集系统（DAS）、顺序控制系统（SCS）、锅炉燃烧管理系统（BMS）、协调控制系统（CCS）和DEH/MEH等系统的一体化控制。PROCONTROL-P型DCS虽然也实现了同样内容的控制，但它实际上是由P13和P14两套系统来实现的。XDPS-400型DCS的一体化程度相对较高，它除了具有对以上这些系统的控制功能外，还具有对电气控制系统（ECS）、海水循环冷却水系统、海水脱硫系统和高低压旁路系统的控制功能，事件顺序记录（SOE）功能也集成于DCS内，无需另行购置SOE系统。通过通信接口单元还能实现对全厂大部分外围可编程逻辑控制器（PLC）如吹灰系统、电气励磁系统、炉膛四管泄漏系统和空压机等系统的监视或控制。由于一体化程度的提高，使得热工人员只需面对一种人机界面，大大减少了他们的工作量。
6 XDPS-400型DCS运行情况
从妈湾发电总厂5号机组开始运行的近半年情况来看，DCS是相当稳定的，还没有出现过由于系统原因造成的跳机。系统内的模件也比较稳定，从2002年11月移交生产后仅更换了一块数字量输入模件和一块汽轮机保护模件LPC卡。由于操作监视画面全部为中文描述，运行人员一般都能比较快地掌握该系统的特性。
7结束语
总体来说，新华公司的XDPS-400型DCS在多方面具有一定的优势，特别是人机接口方面，具有简单、实用、灵活、可靠、直观、易学易懂、一体化程度高等优点，但在系统资料方面还应向国外公司学习，应不断加以完善改进，另外各系统之间（如DEH/MEH，ETS，ECS与其它系统之间）的设计风格应尽量保持一致，ETS的信号扩展能力及保护方案灵活性也有待加强。PROCONTROL-P型DCS由于系统结构复杂、一体化特性差而难以掌握，将会被市场淘汰，它应属过时的一代产品。随着电子技术的发展，INFI-90型DCS人机接口部分应会得到加强，系统的开放程度也将加大，但其备件价格太贵，订货周期太长。
有人说，随着信息技术(IT)的不断发展，不同年代的DCS并没有可比性。但笔者认为不可比较的只是人机接口中的系统软、硬件，系统的设计理念、网络结构、模件功能种类、电源系统的整体设计、系统的可靠性设计及一体化设计等诸多方面是完全可以比较的。我们不能简单地说后上的DCS就一定比先上的好，以妈湾发电总厂二期和一期的DCS为例，二期的PROCONTROL-P型DCS在很多方面都不如一期的INFI-90型DCS好。
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