摘　要：結(jié)合深圳媽灣發(fā)電總廠一、二、三期工程6×300 MW機(jī)組熱工控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng) 用情況，從系統(tǒng)硬件、軟件、分散度、可靠性及一體化程度等方面對(duì)INFI-90型、PROCONTR OL-P型和XDPS-400型分散控制系統(tǒng)（DCS）進(jìn)行了分析、比較。總體來說，XDPS-400型DC S在諸多方面，特別是人機(jī)接口方面具有一定的優(yōu)勢，但系統(tǒng)資料有待完善；隨著電子技術(shù)的發(fā)展，INFI-90型DCS的人機(jī)接口部分和系統(tǒng)開放程度會(huì)得到加強(qiáng)；而PROCONTROL-P型DCS則屬于過時(shí)的產(chǎn)品，將會(huì)被市場淘汰。 　　關(guān)鍵詞：分散控制系統(tǒng)；硬件；軟件；分散度；可靠性；比較 Comparison among INFI-90, PROCONTROL-P and XDPS-400 distributed control systems 　　Abstract: In combination with the design and application of t he distributed con trol systems （DCS） for 6×300 MW units in Phase Ⅰ～Ⅲ projects of Shenzhen Mawa n General Power Plant, a comparison among INFI-90, PROCONTROLP and XDPS-400 DCS is made in terms of their system hardware, software, degree of decentralization , reliability and integration. Generally speaking, XDPS-400 DCS is advantageous in many aspects, especially in manmachine interface; yet there is still room f o r improvement in system data. The manmachine interface and the opening level o f INFI-90 will be strengthened with the development of electronic technology, bu t the outmoded PROCONTROL-P will fall into disuse. 　　Key words: DCS;hardware;software;degree of decentralization;reli ability;comparison 　　深圳媽灣發(fā)電總廠總裝機(jī)容量6×300 MW，6臺(tái)機(jī)組的主機(jī)及主要輔機(jī)都基本相同。其中分散控制系統(tǒng)（DCS）采用了3套完全不同的控制系統(tǒng)：1號(hào)和2號(hào)機(jī)組采用美國Bailey公司的INFI-90型DCS，兩臺(tái)機(jī)組分別于1993年和1994年投產(chǎn)；3號(hào)和4號(hào)機(jī)組采用瑞士ABB公司的PR OCO NTROL-P型DCS，兩臺(tái)機(jī)組分別于1996年和1997年投產(chǎn)；5號(hào)和6號(hào)機(jī)組采用上海新華公司的X PDS-400型DCS，兩臺(tái)機(jī)組分別于2002年11月和2003年7月投產(chǎn)。 　　本文結(jié)合DCS在媽灣發(fā)電總廠的應(yīng)用情況，對(duì)這3種型號(hào)DCS進(jìn)行比較。 1 硬件比較 1.1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 　　INFI-90型DCS采用冗余廠環(huán)（plant loop）結(jié)構(gòu)將各中央處理單元及運(yùn)行人員接口站（ OIS）連接起來，通信介質(zhì)為同軸電纜。這種環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)對(duì)電纜質(zhì)量及各接點(diǎn)接觸電阻的要求較高，一旦環(huán)路中出現(xiàn)斷點(diǎn)或接觸不良，數(shù)據(jù)通信即受阻；另外，通信速度不高，且擴(kuò)展性不好。媽灣發(fā)電總廠2號(hào)機(jī)組曾多次發(fā)生由于同軸電纜故障造成通信中斷的故障，危及機(jī)組的安全運(yùn)行。以同軸電纜作為通信介質(zhì)確實(shí)存在其固有的缺陷。 　　PROCONTROL-P型DCS雖然采用了局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)，但仍然以同軸電纜作為通信介質(zhì)，同軸電纜的固有缺陷依然存在。由于人機(jī)接口部分與實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)之間是通過服務(wù)器進(jìn)行連接的，因此運(yùn)行中對(duì)服務(wù)器的要求較高，一旦服務(wù)器出現(xiàn)問題，設(shè)備即失去監(jiān)視和控制。媽灣發(fā)電總廠曾出現(xiàn)因?yàn)榉?wù)器死機(jī)而使現(xiàn)場設(shè)備失去監(jiān)視和控制超過20 min的現(xiàn)象。 　　XDPS-400型DCS的數(shù)據(jù)高速公路網(wǎng)絡(luò)采用了具有自愈功能的冗余容錯(cuò)環(huán)形光纖以太網(wǎng)，分布式過程控制單元的輸入輸出（I/O）總線采用以5類雙絞線為通信介質(zhì)的以太網(wǎng)技術(shù)。從根本上克服了同軸電纜的先天不足，雙環(huán)中任一結(jié)點(diǎn)出現(xiàn)斷點(diǎn)不會(huì)造成系統(tǒng)通信中斷，且由于人機(jī)接口系統(tǒng)和分散處理單元均采用相同的通信協(xié)議（即TCP/IP通信協(xié)議），使得通信硬件和軟件都變得非常簡單明了，系統(tǒng)的擴(kuò)展也變得非常容易。 1.2模件 　　INFI-90型DCS的控制模件種類不算太多，功能也較強(qiáng)大，然而它的一些子模件損壞率較高，如數(shù)字量輸入子模件DSI02在媽灣發(fā)電總廠的損壞率就較高。損壞率高的主要原因是隔離措施不夠完善。 　　在PROCONTROL-P型DCS中，P14的模件雖然沒有主模件和子模件之分，也沒有輸入模件和輸出模件之分，模件的功能和通用性都較強(qiáng)，但是，由于PROCONTROL-P型DCS為P13和P14兩個(gè)新舊系統(tǒng)的組合體，兩個(gè)新舊系統(tǒng)有其各自的系列模件，兩個(gè)系統(tǒng)之間還有較多的通信模件，因此，總的來說模件種類顯得多而雜。 　　如去除汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)（DEH）和汽動(dòng)給水泵汽輪機(jī)電液控制系統(tǒng)（MEH）的專用模件，XDPS-400型DCS的模件種類應(yīng)該說是非常少的，特別是整個(gè)系統(tǒng)僅有一種通信接口模件，這足以說明其一體化程度之高。由于模件種類減少了，相應(yīng)地備件種類也減少了。另外，由于XDPS-400型DCS是系統(tǒng)直接驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場設(shè)備的，因此省卻了一部分中間繼電器柜和擴(kuò)展繼電器柜，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，節(jié)約了機(jī)組投資。 1.3電源系統(tǒng) 　　INFI-90型DCS采用220 V雙路分散方式供電，保護(hù)系統(tǒng)的工作方式為得電跳閘，電源的切換功能由系統(tǒng)自身實(shí)現(xiàn)。但是，由于端子柜電源發(fā)熱量較大，當(dāng)冷卻風(fēng)扇出現(xiàn)故障時(shí)，電源過熱保護(hù)啟動(dòng)，自動(dòng)將整個(gè)機(jī)柜的電源切斷，這樣會(huì)危及機(jī)組的安全運(yùn)行。媽灣發(fā)電總廠1號(hào)機(jī)的爐腔安全保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)（FSSS），就曾因運(yùn)行中冷卻風(fēng)扇出現(xiàn)故障，造成端子柜溫度升高，電源過熱保護(hù)動(dòng)作而將一個(gè)FSSS柜電源切斷。 　　PROCONTROL-P型DCS采用48 V DC雙路集中方式供電，保護(hù)系統(tǒng)的工作方式為失電跳閘，因此PROCONTROL-P型DCS不僅要求直流供電回路高度可靠，而且要求交流供電品質(zhì)良好。 　　XDPS-400型DCS雖然也是采用220 V雙路分散方式供電，但它的FSSS的保護(hù)系統(tǒng)采用交直流得電跳閘方式工作，汽輪機(jī)緊急跳閘系統(tǒng)（ETS）采用失電跳閘方式工作，應(yīng)該說在電源系統(tǒng)上還是考慮得較周全的。 　　總體上來說，INFI-90型、PROCONTROL-P型和XDPS-400型DCS對(duì)電源的要求都比較高。 2軟件比較 2.1軟件系統(tǒng)復(fù)雜程度 　　INFI-90型DCS的軟件以及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較簡單，掌握、維護(hù)起來較容易，人機(jī)接口部分也比 較簡單，通過結(jié)構(gòu)極其簡單的工程師工作站（EWS）就可實(shí)現(xiàn)組態(tài)的修改、組態(tài)的下載和故 障診斷。但人機(jī)接口系統(tǒng)為非開放式系統(tǒng)，組態(tài)工具為命令行的形式，不直觀。  PROCONTROL-P型DCS有一個(gè)龐大而又復(fù)雜的人機(jī)接口系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)設(shè)有多臺(tái)服務(wù)器和用戶終端，服務(wù)器和用戶終端計(jì)算機(jī)又采用不同的操作系統(tǒng)，如Unix和Open VMS等操作系統(tǒng)，組態(tài)的修改、編譯和下載非常煩雜、緩慢，但較直觀。另外，PROCONTROL-P型DCS實(shí)際上是由P13和P14兩套完全不同的系統(tǒng)組合而成的，有2套完全不同的軟件和組態(tài)工具。該系統(tǒng)雖然在人機(jī)接口方面有較大改觀，但系統(tǒng)太復(fù)雜，難以學(xué)習(xí)掌握。 　　新華公司的XPDS-400型DCS具備了INFI-90型和PROCONTROL-P型DCS的優(yōu)點(diǎn)，并摒棄了它們的一些缺點(diǎn)，它采用目前流行的工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以PC機(jī)作工程師和運(yùn)行人員操作站，以Windows NT為工作平臺(tái)，使系統(tǒng)看起來簡單明了。系統(tǒng)的開放程度較高，組態(tài)采用圖形方式，組態(tài)文件不需進(jìn)行人工編譯，在圖形方式修改完后即可直接生效，且信號(hào)一律采用中文描述，人機(jī)接口非常友好。 2.2系統(tǒng)兼容性、靈活性 2.2.1系統(tǒng)兼容性 　　INFI-90型和PROCONTROL-P型DCS很難與其它系統(tǒng)進(jìn)行連接，電廠外圍系統(tǒng)接入成本較高 。特別是PROCONTROL-P型DCS，要想實(shí)現(xiàn)與它的連接非常之難，成本也非常之高，系統(tǒng)靈活性極差。媽灣發(fā)電總廠的管理信息系統(tǒng)（MIS）到目前為止都未能與之連接。 　　XDPS-400型DCS的兼容性較好，從原始設(shè)計(jì)就考慮了兼容性問題，并留有相應(yīng)的接口，使得系統(tǒng)內(nèi)的文件和數(shù)據(jù)共享程度極高。 2.2.2系統(tǒng)靈活性 　　在INFI-90型和XPDS-400型DCS內(nèi)直接增加或修改控制設(shè)備都不太難，但要在PROCONTR OL- P型DCS內(nèi)增加設(shè)備可不是一件簡單容易的工作，因此PROCONTROL-P型DCS的系統(tǒng)靈活性較差。 　　這3種類型的DCS都能提供數(shù)據(jù)報(bào)表，INFI-90型DCS的數(shù)據(jù)報(bào)表雖然不美觀但還實(shí)用；P R OCONTROL-P型DCS只能提供一些固定的數(shù)據(jù)報(bào)表，靈活性太差；XDPS-400型DCS采用Office文 件格式，可以靈活地提供較為多樣的數(shù)據(jù)報(bào)表。另外，XDPS-400型DCS中的信號(hào)關(guān)聯(lián)性很強(qiáng)，在運(yùn)行人員操作站（OPU）或工程師站（EWS）上可以很容易地找到任一信號(hào)的所有相關(guān)信息，大大縮短了查找故障的時(shí)間。 2.3功能塊的特點(diǎn) 　　INFI-90型、PROCONTROL-P型和XDPS-400型DCS均采用功能塊來實(shí)現(xiàn)設(shè)備的邏輯控制，但各功能塊的功能卻相差甚遠(yuǎn)。INFI-90型DCS的功能塊有200多種，種類較為齊全，但用起來不直觀，大部分功能塊必須認(rèn)真對(duì)照功能塊手冊(cè)設(shè)置每一規(guī)格參數(shù)才能使用，組態(tài)圖只能通過命令行來繪制，同時(shí)功能塊不能壓縮。 　　PROCONTROL-P型DCS在這些方面有所改進(jìn)，它的功能塊一般功能較為強(qiáng)大，有許多專門用于電廠設(shè)備控制的功能塊，如對(duì)汽包水位進(jìn)行補(bǔ)償修正的專用功能塊。但它又缺少一些較好的功能塊，如沒有類似于INFI-90型DCS中Smith預(yù)估器性質(zhì)的功能塊，使得系統(tǒng)對(duì)過熱汽 溫和再熱汽溫的控制難以得到較大的改善。 　　XDPS-400型DCS中的功能塊雖然種類不算太多，但都較為實(shí)用。由于它采用了計(jì)算機(jī)圖形設(shè)計(jì)方式，使得組態(tài)圖的設(shè)計(jì)變得非常簡單明了，加之功能塊的參數(shù)選擇為在線方式，使得組態(tài)圖的調(diào)試非常方便。組態(tài)圖上的信號(hào)描述和功能塊的說明第一次實(shí)現(xiàn)了漢化，大大減少了語言障礙，組態(tài)圖更加適合中國國情，而且它的最大好處是組態(tài)軟件可以裝于任一臺(tái)PC機(jī)上進(jìn)行離線組態(tài)，組態(tài)完成后就可以進(jìn)行模擬仿真，在離線的情況下就可判斷組態(tài)是否正確。在線組態(tài)也沒有編譯、交差參考等諸多手續(xù)，改完了即可直接生效。 3分散度比較 　　XDPS-40型、INFI-90型和PROCONTROLP型DCS中的P13系統(tǒng)為典型的主從模件控制系統(tǒng)，它們的集中度較高，所有的控制策略都集中在主模件內(nèi)，所有的子模件必須在主模件的控制下才能正常工作，一旦主模件故障，由該主模件控制的所有設(shè)備都將失去控制。PROCONTROL- P型DCS中的P14系統(tǒng)則是典型的分散型控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)內(nèi)的模件不分主從，一律平等，由于分散度高，一塊功能模件的損壞對(duì)系統(tǒng)的影響較小，功能模件的驅(qū)動(dòng)級(jí)接口部分與被控設(shè)備采用標(biāo)準(zhǔn)連接，在處理故障或解決問題時(shí)較方便、快捷。 4可靠性比較 　　XDPS-400型DCS采用雙數(shù)據(jù)處理單元、雙網(wǎng)絡(luò)冗余結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)中的結(jié)點(diǎn)通過交換機(jī)進(jìn)行連接，交換機(jī)與交換機(jī)之間通過光纖連接，運(yùn)行時(shí)某個(gè)結(jié)點(diǎn)通信中斷不會(huì)影響其它結(jié)點(diǎn)的正常工作，提高了系統(tǒng)的可靠性。INFI-90型和PROCONTROL-P型DCS雖然也采用了雙環(huán)冗余網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，但由于都是以同軸電纜為通信介質(zhì)，所以單個(gè)結(jié)點(diǎn)的通信中斷將影響整個(gè)環(huán)路的正常通信。因此，從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上講XDPS-400型DCS的可靠性比較高。 　　從鍋爐和汽輪機(jī)的保護(hù)系統(tǒng)方面而言，ABB公司的 PROCONTROL-P型DCS因在硬件和軟件上都采用了三取二邏輯，使FSSS和ETS顯得非?？煽俊６鳻DPS-400型DCS的ETS在以下方面還需完善： 　　a） ETS采用了簡單的“兩或兩與”邏輯，即所有的汽輪機(jī)保護(hù)信號(hào)分別進(jìn)入兩個(gè)單獨(dú)的保護(hù)通道，當(dāng)這兩個(gè)通道中各有一個(gè)保護(hù)信號(hào)動(dòng)作時(shí)即跳機(jī)，并不管這兩個(gè)保護(hù)信號(hào)是否有相關(guān)性。例如，第一通道中的一個(gè)“真空低”信號(hào)使第一通道的保護(hù)處于“動(dòng)作”狀態(tài)，這時(shí)，如果第二通道任意來一個(gè)汽輪機(jī)保護(hù)信號(hào)如“潤滑油壓低”信號(hào)，而不一定非要是另一個(gè)“真空低”信號(hào)，就可使第二通道的保護(hù)處于“動(dòng)作”狀態(tài)，致使ETS動(dòng)作，汽輪機(jī)跳閘。 　　b） 按照傳統(tǒng)的ETS模式，同一個(gè)保護(hù)信號(hào)有4個(gè)開關(guān)，其中兩個(gè)進(jìn)入保護(hù)通道一，另外兩個(gè)進(jìn)入保護(hù)通道二。以“真空低”信號(hào)為例，只有當(dāng)進(jìn)入第一通道的兩個(gè)“真空低”開關(guān)中的任一個(gè)和進(jìn)入第二通道的兩個(gè)“真空低”開關(guān)中的任一個(gè)同時(shí)動(dòng)作，才導(dǎo)致ETS動(dòng)作，這樣既可防止誤動(dòng)又可防止拒動(dòng)。而新華公司的XPDS-400型DCS的ETS不考慮這兩個(gè)信號(hào)是否是同一類信號(hào)，只要有兩個(gè)保護(hù)信號(hào)到了就跳機(jī)，這樣有可能增加了ETS的誤動(dòng)率。 　　c） DEH/MEH及ETS的設(shè)計(jì)風(fēng)格與其它DCS的不一致，且系統(tǒng)的開放度不夠，不便于用戶的修改。 5一體化程度比較 　　INFI-90型DCS實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）、順序控制系統(tǒng)（SCS）、鍋爐燃燒管理系統(tǒng)（BMS）、協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（CCS）和DEH/MEH等系統(tǒng)的一體化控制。PROCONTROL-P型DCS雖然也實(shí)現(xiàn)了同樣內(nèi)容的控制，但它實(shí)際上是由P13和P14兩套系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。XDPS-400型DCS的 一體化程度相對(duì)較高，它除了具有對(duì)以上這些系統(tǒng)的控制功能外，還具有對(duì)電氣控制系統(tǒng)（ECS）、海水循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、海水脫硫系統(tǒng)和高低壓旁路系統(tǒng)的控制功能，事件順序記錄 （SOE）功能也集成于DCS內(nèi)，無需另行購置SOE系統(tǒng)。通過通信接口單元還能實(shí)現(xiàn)對(duì)全廠大部分外圍可編程邏輯控制器（PLC）如吹灰系統(tǒng)、電氣勵(lì)磁系統(tǒng)、爐膛四管泄漏系統(tǒng)和空壓機(jī)等系統(tǒng)的監(jiān)視或控制。由于一體化程度的提高，使得熱工人員只需面對(duì)一種人機(jī)界面，大大減少了他們的工作量。 6　XDPS-400型DCS運(yùn)行情況 　　從媽灣發(fā)電總廠5號(hào)機(jī)組開始運(yùn)行的近半年情況來看，DCS是相當(dāng)穩(wěn)定的，還沒有出現(xiàn)過由于系統(tǒng)原因造成的跳機(jī)。系統(tǒng)內(nèi)的模件也比較穩(wěn)定，從2002年11月移交生產(chǎn)后僅更換了一塊數(shù)字量輸入模件和一塊汽輪機(jī)保護(hù)模件LPC卡。由于操作監(jiān)視畫面全部為中文描述，運(yùn)行人員一般都能比較快地掌握該系統(tǒng)的特性。 7結(jié)束語 　　總體來說，新華公司的XDPS-400型DCS在多方面具有一定的優(yōu)勢，特別是人機(jī)接口方面，具有簡單、實(shí)用、靈活、可靠、直觀、易學(xué)易懂、一體化程度高等優(yōu)點(diǎn)，但在系統(tǒng)資料方面還應(yīng)向國外公司學(xué)習(xí)，應(yīng)不斷加以完善改進(jìn)，另外各系統(tǒng)之間（如DEH/MEH，ETS，ECS與其它系統(tǒng)之間）的設(shè)計(jì)風(fēng)格應(yīng)盡量保持一致，ETS的信號(hào)擴(kuò)展能力及保護(hù)方案靈活性也有待加強(qiáng)。PROCONTROL-P型DCS由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、一體化特性差而難以掌握，將會(huì)被市場淘汰，它應(yīng)屬過時(shí)的一代產(chǎn)品。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，INFI-90型DCS人機(jī)接口部分應(yīng)會(huì)得到加強(qiáng)，系統(tǒng)的開放程度也將加大，但其備件價(jià)格太貴，訂貨周期太長。 　　有人說，隨著信息技術(shù)（IT）的不斷發(fā)展，不同年代的DCS并沒有可比性。但筆者認(rèn)為不可比較的只是人機(jī)接口中的系統(tǒng)軟、硬件，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、模件功能種類、電源系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)、系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)及一體化設(shè)計(jì)等諸多方面是完全可以比較的。我們不能簡單地說 后上的DCS就一定比先上的好，以媽灣發(fā)電總廠二期和一期的DCS為例，二期的PROCONTROL-P型DCS在很多方面都不如一期的INFI-90型DCS好。