何滔 張宇飛

該文根據(jù)MaxDNA集散控制系統(tǒng)在某火力發(fā)電廠的應(yīng)用，從系統(tǒng)配置、硬件、軟件、通信等幾個(gè)方面對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行闡述，對(duì)MaxDNA集散控制系統(tǒng)在該電廠中實(shí)現(xiàn)的主要功能進(jìn)行了研究、概括，研究對(duì)MaxDNA系統(tǒng)在同行業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用具有一定參考價(jià)值。

MaxDNA；集散控制系統(tǒng)；火力發(fā)電

某發(fā)電有限公司規(guī)劃建設(shè)4?00MW燃煤發(fā)電機(jī)組，一期工程建設(shè)2?00MW機(jī)組，#1機(jī)組、#2機(jī)組已投入運(yùn)行。該廠使用的鍋爐是由東方鍋爐廠生產(chǎn)的DG1025/18.2-Ⅱ13型亞臨界、一次中間再熱、自然循環(huán)、全鋼懸吊結(jié)構(gòu)、單爐膛、兀型布置、平衡通風(fēng)、燃煤固態(tài)排渣爐。汽輪機(jī)為東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的N300—16.7/537/537—8型亞臨界一次中間再熱凝汽式汽輪機(jī)組。發(fā)電機(jī)為東方電機(jī)廠生產(chǎn)的QFSN-300-2-20B型三相二極式汽輪同步發(fā)電機(jī)。除了三大主機(jī)等主工藝系統(tǒng)外，還有一些輔助工藝系統(tǒng)，其中除灰脫硫系統(tǒng)也采用了MaxDNA集散控制。

1.MaxDNA系統(tǒng)介紹

MaxDNA集散控制系統(tǒng)是由上海儀表自動(dòng)化有限公司引進(jìn)美國(guó)MCS自動(dòng)化公司研發(fā)的MAXDNA控制系統(tǒng)消化吸收國(guó)產(chǎn)化后的產(chǎn)品，功能強(qiáng)大，高效穩(wěn)定，并且該系統(tǒng)擁有多項(xiàng)世界領(lǐng)先的專利技術(shù)，在火電控制領(lǐng)域有很好的應(yīng)用。該套系統(tǒng)以自動(dòng)控制為核心，實(shí)現(xiàn)了機(jī)組的數(shù)據(jù)采集、處理運(yùn)算、監(jiān)視控制、連鎖保護(hù)等多項(xiàng)功能，包括：數(shù)據(jù)采集功能（DAS）、模擬量控制功能（MCS）、旁路控制功能（BPS）、鍋爐爐膛安全監(jiān)控功能（FSSS）、順序控制功能（SCS）、汽輪機(jī)數(shù)字電液控制功能（DEH）、汽動(dòng)給水泵小汽輪機(jī)數(shù)字電液控制及保護(hù)功能（MEH、METS）、汽機(jī)主保護(hù)功能（ETS）、電氣監(jiān)控功能（ECS）、鍋爐定期排污程序控制功能系統(tǒng)。

系統(tǒng)配置。操作員站MaxSTATION、工程師站MaxSTATION、歷史紀(jì)錄站MaxSTORIAN、值長(zhǎng)操作臺(tái)、標(biāo)準(zhǔn)的液晶顯示器LCD21、特制的操作員鍵盤和球標(biāo)、網(wǎng)絡(luò)彩色屏幕打印機(jī)、網(wǎng)絡(luò)黑白點(diǎn)陣式連續(xù)形式的打印機(jī)、鍋爐系統(tǒng)RPU機(jī)柜組、汽機(jī)系統(tǒng)RPU機(jī)柜組、DEH&MEH機(jī)柜組、公用系統(tǒng)機(jī)柜組、配電機(jī)柜組、繼電器機(jī)柜組、工作站機(jī)柜組。

機(jī)組網(wǎng)絡(luò)源。MaxDNA采用工業(yè)以太網(wǎng)為構(gòu)架的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涮匦?，采用星形的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。多重系統(tǒng)下實(shí)現(xiàn)工作站與現(xiàn)場(chǎng)處理單元（RPU）的互為通訊，并允許全局訪問(wèn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。雙重以太網(wǎng)（Network A和Network B）提供通訊網(wǎng)絡(luò)的冗余，提供超過(guò)100Mbps全雙工的通訊帶寬，最大帶寬甚至可以達(dá)到1Gbps，保證了最大限度的系統(tǒng)可用性和數(shù)據(jù)容錯(cuò)功能。如圖1所示。

MaxDNA硬件部分。分散處理單元DPU（Distributed Processing Unit）：DPU直連與MaxNet網(wǎng)絡(luò)連接，不需通過(guò)服務(wù)器中轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)。該電廠使用的DPU是新版的Model4E型的DPU，可以執(zhí)行各種控制運(yùn)算法則，順序控制邏輯，記錄順序事件，精確到1ms。

I/O模件包括：開(kāi)關(guān)量輸入卡、開(kāi)關(guān)量輸出卡、高電平模擬量輸入卡件、熱電偶模擬量輸入卡件、熱電阻輸入卡件、模擬量輸出卡件、計(jì)數(shù)/時(shí)間（脈沖）卡件、I/O總線擴(kuò)展卡件。各種卡件有不同的容量和適配電源以及工作特性。

MaxDNA的通訊網(wǎng)絡(luò)MaxNet采用符合IEEE802.3規(guī)約的雙層以太網(wǎng)介質(zhì)，物理星型，邏輯環(huán)型拓?fù)?。具有通訊冗余功能，網(wǎng)絡(luò)帶寬可以高達(dá)1Gbps，工作站和DPU4F直連MaxNet網(wǎng)絡(luò)，它們之間的數(shù)據(jù)通訊不需服務(wù)器中轉(zhuǎn)。

系統(tǒng)電源和接地：MaxDNA系統(tǒng)中的每一個(gè)RPU柜中有系統(tǒng)電源、變送器電源、邏輯電源。變送器電源提供24VDC給現(xiàn)場(chǎng)變送器，這些變送器發(fā)送4~20mA電流信號(hào)到的AI模件。邏輯電源一般可以是24VDC、48VDC或110VDC，主要是為提供干接點(diǎn)的開(kāi)關(guān)量輸入輸出模件提供電源。而MaxDNA系統(tǒng)的接地也是按照上述三種電源的方式區(qū)分接地的。一般分為系統(tǒng)接地，變送器電源接地和邏輯電源接地。

與外系統(tǒng)接口服務(wù)器：允許其他控制系統(tǒng)通過(guò)MaxLINK接口實(shí)現(xiàn)外圍設(shè)備并入DCS系統(tǒng)。MaxLINKS接口服務(wù)器的功能使得一切符合標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)通訊協(xié)議的一些工業(yè)子系統(tǒng)的設(shè)備，如對(duì)一些特殊的大設(shè)備進(jìn)行汽機(jī)控制的DEH系統(tǒng)和進(jìn)行化水處理的分析儀器儀表，都能與DCS系統(tǒng)間進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。

電氣控制系統(tǒng)接入DCS：電氣監(jiān)控系統(tǒng)（ECS）采用開(kāi)放式、分層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，整個(gè)系統(tǒng)分為站控層和間隔層。電氣監(jiān)控設(shè)備分為兩個(gè)部分配置：發(fā)—變組、廠用電系統(tǒng)設(shè)備控制通過(guò)通訊處理機(jī)接入電氣監(jiān)控系統(tǒng)100M以太網(wǎng)，電氣數(shù)據(jù)網(wǎng)通過(guò)網(wǎng)橋與DCS 100M以太網(wǎng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)通訊聯(lián)接。輔機(jī)系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)設(shè)備通過(guò)串口通訊（RS232C、MODBUS協(xié)議）至電氣的通訊管理機(jī)，再通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線至電氣測(cè)控單元，監(jiān)控相應(yīng)的設(shè)備。

SIS系統(tǒng)接入DCS：MaxDNA系統(tǒng)與SIS（廠級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng)）的接口配置單獨(dú)接口服務(wù)器，每一套DCS提供一套SIS接口機(jī)，以滿足SIS對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的大量需求。SIS接口服務(wù)器通過(guò)100M以太網(wǎng)與DCS相連。通訊接口為冗余配置，DCS能在進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的同時(shí)與SIS系統(tǒng)雙向交換傳輸數(shù)據(jù)。

MaxDNA軟件部分。MaxVUE：操作員可完成監(jiān)視工廠過(guò)程狀態(tài)功能、開(kāi)始控制動(dòng)作功能、對(duì)報(bào)警做出響應(yīng)并開(kāi)始糾正動(dòng)作、監(jiān)視系統(tǒng)狀態(tài)、使用按鈕或熱點(diǎn)啟動(dòng)、停止、切換至其它Windows應(yīng)用程序、使用目標(biāo)的連接和嵌人（OLE）與其它Windows應(yīng)用程序交換數(shù)據(jù)。

MaxTOOLS包括功能塊圖、階梯圖、順序功能框圖、指令表、結(jié)構(gòu)文本等各種工具。MaxSTORIAN允許MCS公司的用戶采集、管理和重新獲得有關(guān)他們的過(guò)程運(yùn)行中的歷史信息。Software Backplane實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)的連接與訪問(wèn)，可以讓操作管理人機(jī)交互的上層采用的Windows 2000平臺(tái)與DPU4F采用的嵌入式操作系統(tǒng)Windows CE平臺(tái)之間進(jìn)行通訊。

2.MaxDNA分散控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要功能

該電廠MaxDNA分散控制系統(tǒng)以熱工自動(dòng)化為核心，實(shí)現(xiàn)了機(jī)組的數(shù)據(jù)采集、處理運(yùn)算、監(jiān)視控制、連鎖保護(hù)等重要功能。它實(shí)現(xiàn)了如下控制功能：數(shù)據(jù)采集功能（DAS）、模擬量控制功能（MCS）、旁路控制功能（BPS）、鍋爐爐膛安全監(jiān)控功能（FSSS）、順序控制功能（SCS）、汽輪機(jī)數(shù)字電液控制功能（DEH）、汽動(dòng)給水泵小汽輪機(jī)數(shù)字電液控制及保護(hù)功能（MEH、METS）、汽機(jī)主保護(hù)功能（ETS）、電氣監(jiān)控功能（ECS）、鍋爐定期排污程序控制功能。MaxDNA實(shí)現(xiàn)機(jī)組生產(chǎn)運(yùn)行的基本功能框架如圖2所示。

模擬量控制系統(tǒng)MCS。該系統(tǒng)的基本控制策略采用美國(guó)MCS公司的專利技術(shù)DEB/ 400直接能量平衡策略。DEB利用汽機(jī)和鍋爐固有的物理特性，實(shí)現(xiàn)了機(jī)、爐并列系統(tǒng)交叉作用的解耦，采用了這種技術(shù)的MCS系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)單，調(diào)試容易，提高了協(xié)調(diào)控制的投入率。該系統(tǒng)具有無(wú)擾動(dòng)切換特點(diǎn)，不需要編程或組態(tài)。在重新加載或啟動(dòng)時(shí)能與執(zhí)行結(jié)構(gòu)的位置自動(dòng)平衡。無(wú)擾動(dòng)切換的特性是MaxDNA 特有的。

數(shù)據(jù)采集功能DAS。據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)主要負(fù)責(zé)連續(xù)采集和處理與機(jī)組有關(guān)的測(cè)量信號(hào)及狀態(tài)信號(hào)，同時(shí)以多種形式提供給操作和

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管理人員，以便操作人員及時(shí)了解有關(guān)的運(yùn)行信息，包括：操作顯示、成組顯示、棒狀圖顯示、趨勢(shì)顯示、報(bào)警顯示、模擬圖顯示等。

順序控制系統(tǒng)（SCS）。該系統(tǒng)主要功能是實(shí)現(xiàn)單元機(jī)組的主要設(shè)備功能組在啟動(dòng)、停運(yùn)及事故狀態(tài)下的順序控制，通過(guò)連鎖、聯(lián)跳和保護(hù)跳閘功能可保證機(jī)組的主要設(shè)備的安全運(yùn)行，在爐啟停時(shí)減少機(jī)組運(yùn)行人員的常規(guī)操作。在MaxDNA系統(tǒng)中，采用了專用的軟件模塊對(duì)應(yīng)順序控制系統(tǒng)（SCS）的子組級(jí)和設(shè)備級(jí)。

爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)（FSSS）。包括鍋爐點(diǎn)火準(zhǔn)備、點(diǎn)火槍點(diǎn)火、油槍點(diǎn)火、煤燃燒、爐膛吹掃、油燃料系統(tǒng)泄漏試驗(yàn)、燃料跳閘MFT等功能。系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)合該廠自身特點(diǎn)設(shè)有大量的邏輯嚴(yán)格控制操作的進(jìn)行條件，保證了操作人員每一步操作的科學(xué)性與合理性。系統(tǒng)中的MFT功能能快速切斷所有進(jìn)入爐膛的燃料，確保在非安全情況下快速停運(yùn)燃料設(shè)備，減少不安全因素或鍋爐爐膛長(zhǎng)生的不安全工況。

電氣監(jiān)控系統(tǒng)（ECS）。該廠電氣監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)利用了MaxDNA的EDPU具有直接串行接口特性，將電動(dòng)機(jī)測(cè)控單元視為DCS的電氣專用遠(yuǎn)程I/O模件，電氣系統(tǒng)分散接入相應(yīng)DCS控制站，通過(guò)DCS控制單元分散接入。鍋爐汽機(jī)系統(tǒng)和電氣監(jiān)控系統(tǒng)的信息在控制層集中，聯(lián)鎖邏輯由DPU完成，不需硬接線，監(jiān)控實(shí)現(xiàn)一體化，統(tǒng)一的通訊網(wǎng)絡(luò)及數(shù)據(jù)庫(kù)。這個(gè)特點(diǎn)利用了MAXDNA強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)接入功能，提高了整個(gè)系統(tǒng)的效率，一定程度上降低了造價(jià)昂貴的設(shè)備使用量。

汽機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)（DEH）。由計(jì)算機(jī)控制部分和EH液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。采用DEH控制可以提高高、中壓調(diào)門的控制精度，主要功能：汽輪機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)控制、自動(dòng)同期控制、負(fù)荷控制、參與一次調(diào)頻、機(jī)、爐協(xié)調(diào)控制、快速減負(fù)荷、主汽壓控制、單閥多閥控制、閥門試驗(yàn)、汽輪機(jī)程控啟動(dòng)、OPC控制、與DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、手動(dòng)控制。

其他主要功能。除去上述功能外，還包括下面幾個(gè)主要功能：給水泵汽輪機(jī)（小汽輪機(jī)）數(shù)字電液控制系統(tǒng)MEH、汽機(jī)旁路控制系統(tǒng)BPS、汽輪機(jī)危急遮斷系統(tǒng)ETS、吹灰及定排程控、鍋爐快冷、汽機(jī)瞬態(tài)數(shù)據(jù)管理功能（TDM）。整個(gè)MaxDNA系統(tǒng)龐大復(fù)雜，軟硬件結(jié)合，自動(dòng)化計(jì)算機(jī)通訊設(shè)備緊密結(jié)合成為一個(gè)整體。

DCS系統(tǒng)解決了現(xiàn)代化大生產(chǎn)中過(guò)程控制傳統(tǒng)的儀表控制系統(tǒng)難以勝任的問(wèn)題，而相對(duì)計(jì)算機(jī)集中控制來(lái)說(shuō)故障還是分散的，在許多方面有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，是傳統(tǒng)的儀表控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集中控制系統(tǒng)所無(wú)法比擬的。自MaxDNA系統(tǒng)在該電廠投入運(yùn)行多年以來(lái)，極大地減少了維護(hù)工作量，方便運(yùn)行人員操作，能夠保證發(fā)電機(jī)組及輔助系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

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