DCS在火力发电机组电气控制系统中的应用.pdf

Y1 0 2 5 4 3 2分类号：T M 6 2 6密级：单位代码：1 0 4 2 2学譬：0 4 2 0 0 3 0 8 8东，番硕士学位论文S h a n d o n gU n i v e r s i t yM a s t e r7 ST h e s i s沦文题目：D C S 在火力发电机组电气控制系统中的应用作者姓名专业指导教师姓名专业技术职务张雷电气工程田立军教授原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：，坠尊日期：塑6 I 关于学位论文使用授权的声明本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅：本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。(保密论文在解密后应遵守此规定)论文作者签名：鱼i!导师签名型季日期：堕l 7山东大学工程硕士学位论文摘要自七十年代以来，以微机为核心的分散式控制系统(D C S)将现代科技的最新成就计算机技术、通讯技术、C R T 显示技术和自动化技术(即4 C 技术)集为一体，使自动化仪表装置向系统化、分散化、多样化和高性能化的方向产生了一个质的飞跃。在此基础之上，现代控制理论的实用化成为可能，大大促进了自动控制技术的发展。分散控制系统(D c s)因能充分体现分散控制与集中操作管理的思想，并以先进的技术、丰富的控制功能、友好的人机界面和愈来愈可靠的工作性能等优势，近年来占据了大、中型火力发电机组机炉主控的自动化领域。对于电气系统，将其纳入D C S进行监控，有利于实现机、炉、电一体化控制而成为一种趋势。目前，除发电机保护以外的电气控制也已开始纳入了D c s。本文从D C S 分散控制系统的发展入手，全面分析了对D C S 的发展产生巨大影响的现场总线技术目前的种类、标准、技术特点及其应用业绩，认为支持F F 和P R O F I B U S总线标准的D C S 产品是较佳的选择。P R O F I B U S 是目前适用于整个电厂过程工业的单一现场总线标准，且产品系列齐全；不足之处是现场仪表和设备不支持控制策略，所有控制功能在中央控制器完成。F F 总线现场智能设备可以实现部分现场控制策略，但复杂的控制还依赖于主站或中央控制器。F F 同P R O F I B U S 相比，不足之处在于产品系列不全，给构建完整统一的总线网络造成困难。从发展的角度，为谋取广泛的生产厂商硬软件产品支持，避免系统重构的风险，大型火力发电厂的控制系统宜考虑采用符合世界主流的P R O F I B U S 或F F 现场总线标准。目前国内火力发电厂电气控制系统纳入D C S 监控的主要方式为：将电气模拟量和开关量经电缆通过I O 通道直接接入D C S 进行组态，实现对电气设备的监控，即硬接线的方式。其主要缺点是：信息量少；接线复杂、耗费大量电缆，建设维护成本高；无法完成较复杂的电气运行管理工作。为了提高热效率，国内开始大力推广超临界参数机组，需要监璋的设备数量巨大，采用上面的方式缺点更为突出。本文在分析i大容量火力机组电气控制系统的特点以及当前各种智能型的终端设备的开发、应用基第l 页山东大学工程硕士学位论文础上，提出了两种方案。一是用现场总线将智能终端设备及电气专用装置的通迅接口连接起来，通过通迅管理装置连接至D C S 系统，组成一个分层分布式的综合自动化系统。这种方式在技术上、经济性上是最先进的，对于新建机组尤为适宜；二是采用远程I O 接入D C S 的方案，将采集单元分散安装在各现场设备中，通过总线将分散的I J O 连接后送至D C S。对于老厂电气控制系统的改造这是一个很好的方法，它不用花费大量资金把原有电气设备更换为带智能终端的设备，可以达到减少成本、减少维护量的效果。本文对以上两种方案以及硬接线的方式进行了技术经济分析比较。为大型火力发电机组的新建或老发电厂的技术改造提供了借鉴。最后，根据目前黄台电厂电气控制设备的现状，针对其电气系统的技术改造提出了一个基于F A S e r i e s 控制系统的改造方案。D E S 的应用大大提高了控制可靠性，提高了整个发电机组的综合自动化和管理水平。关键词D C S，现场总线，火电机组，电气第2 页山东大学工程硕士学位论文D C SA p p l i c a t i o nt oE l e c t r i c a lS y e s t e mi nT h e r m a lP o w e rP l a n tA B S T R A C TS i n c e7 0 s，d i s t r i b u t e dc o n t r o ls y s t e m(D c s)，f c a t u r e db yc o m p u t e ra p p l i c a t i o n，h a si n t e g r a t e dt h e4 2-t e c h n o l o g y：c o m p u t e r,c o m m u n i c a t i o n，C R Tm o n i t o r i n ga n dc o n t r o l，a n dh a sb r o u g h taq u a l i t a t i v el c a pt ot h ea u t o m a t i ei n s t r u m e n t st ot h ed i r e c t i o no fs y s t e m a t i s m d i s t r i b u t i o n，d i v e r s i f i c a t i o na n dh i g hp e r f o r m a n c e 0 nt h i sb a s i s，t h ea p p l i c a t i o no fm o d e mc o n t r o ls y s t e mi np r a c t i c et u r n e dt ob ep o s s i b l ea n di th a se n o r m o u s l yp r o p e l l e dt h ed e v e l o p m e n to f m o d e mc o n t r o lt e c h n o l o g yW i t hf u l lp l a yt h ec o n c e p to fd i s t r i b u t e dc o n t r o la n di n t e g r a t e do p e r a t i o n a lm a n a g e m e n t，a n dw i t ht h ea d v a n t a g e so fa d v a n c e dt e c h n o l o g y,a b u n d a n to fc o n t r o lc a p a c i t y,f r i e n d l ym a i l-m a c h i n ei n t e r f a c ea n dr e l i a b l ep e r f o r m a n c e，D i s t r i b u t e dC o n t r o IS y s t e m(D C S)h a sb e e nd o m i n a t i n gt h ea u t o m a t i o nf i e l di nl a r g ea n dm e d i u m s i z e dt h e r m a lp o w e rg e n e r a t o ru n i t si nr e c e n ty e a r s t l l【i n ge l e c t r i cs y s t e mi n t oD C Sm o n i t o r i n gh a sb e c o m eat e n d e n c ya si ti n t e g r a t e st u r b i n e。f u r n a c ea n de l e c t r i cs y s t e m U pt on o w,a l le l e c t r i cc o n t r o ls y s t e me x c e p tg e n e r a t o rp r o t e c t i o nh a sb e e ni n c l u d e di n t oD C S T l l i st h e s i sp r o c e e d sw i t ht h ed e v e l o p m e n to fD C Sa n do v e r v i e w st h ef i e l db u st e c h n o l o g y,w h i c hh a sm a d eg r e a ti n f l u e n c ei nD C S。w i t hi 乜v a i l e t i e s，c r i t e r i a,t e c h n o l o g yc h a r a c t e r sa n da c h i e v e m e n t si na p D!i c a t i o n T h ea u t h o rc o n s i d e r st h a tt h o s eD C Sp r o d u c t ss u p p o r t i n gF Fa n dP O R F I B U Sa r ep r e f e r a b l ec h o i c e s W i t hf u l ls e r i e so f p r o d u c t s P R O F I B U Si st h eo n l yf i e l db u sc r i t e r i aa p p l i c a b l et ot h ee n t i r ep o w e rp l a n to p e r a t i v ep r o c e s s Y e ti td e f e c tl i e so nt 1 a tt h ef i e l di n s t r u m e n t sa n df a c i l i t i e sd on o ts u p D O r t 也ec o n t r o ls y s t e ma sa 1 1t h ec o n t r o lc a p a c i t yi sa c c o m p l i s h e di 1 1t h ec e n t r a lc o n t r o ls y s t e m O nt h eo t h e rh a n d F Fp a r t i a l l ys u p p o r t sf i e l dc o n t r o ls y s t e m y e tt h o s ec o m p l i c a t e dc o n t r o ls t i l lr e l yo nt h em a s t e rs t a t i o no rc e n t r a lc o n t r o l l e r C o m p a r i n gt oP R O F I B U S，i t sd e f e c ti sw i t h o u to v e r a l lp r o d u c ts e r i e sw h i c hb r i n g sd i f f i c u l t yw h e nt ob u i l daw h o l ea n de n t i r eb u sn e t w o r k T oh a v et h ew i d es u p p o r tf r o mh a r d w a r ea n ds o f t w a r ep r o d u c e r sa n da v o i dt h er i s k so fr e p e t i t i o u ss y s t e mb u i l d i n g，l a r g et h e r m a lp o w e rp l a n t ss h a l lc o n s i d e ri n t r o d u c i n gw o r l d-p o p u l a rf i e l db u sc r i t e r i a：P R O F I B U So rFF A tp r e s e n td o m e s t i ct h e r r n a lp o w e rp l a n t sn o r m a l l yt a k ee l e c t r i cc o n t r o ls y s t e mi n t oD C Si nt h i sw a y：t oc o u n e c ts i n g l e、i t l lD C Sv i ac a b l ef o rc o n f i g u r a t i o na n dt or e a l i z em o n i t o r i n gw i t he l e c t r i cf a c i l i t i e s w h i c hi sc a l l e d h a r d w i r i n g”，I t sd i s a d v a n t a g e sa r e l o wi n f o r m a t i o n,c o m p l e xw i r i n ga n dl a r g ec a b l ec o n s u m p t i o n,h i g hm a I n t e n a n 0 5c o s t sa n dn o tc a p a b l eo fc o m p l i c a t e de l e c t r i eo p e r a t i o na d m i n i s t r a t i o n N o wi no r d e rt oi m p r o v eh e a te f f i c i e n c y,i t sw i d e l ya c c e p t e dt ob u i l ds u p e r-c r i t i c a lp o w e rp l a n tw h i c hr e q u i r eh e a v ym o n i t o r i n gd u t ya n dw i l le x p a n dt h ed e f e c t si ft h ea b o v em e t h o di sa d o p t e d B a s e do nt h ea n a l y s i so fl a r g ec a p a c i t yt h e r l n a lg e n e r a t o r s e l e c t r i cc o n t r o ls y s t e ma n dt h ed e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o no fa l lk i r i d so fi n t e l l i g e n tt e r m i n a l s。t h ea u t h o rr a i s e dt w op r o p o s a l s：0 n ei s第3 页山东大学工程硕士学位论文t oc o n n e c tt h ec o m m u n i c a t i o ni n t e r f a c e so fi n t e l l i g e n tt e r m i n a l sa n de l e c t r i cf a c i l i t i e sb yf i e l db u s T h e n c o n n e c ti tt oD C St h r o u g ht h ec o m m u n i c a t i o ni n s t a l l a t i o nt of o r mal a y c r e d c o m p r e h e n s i v ea u t o m a t i o ns y s t e m，T I l i sm e t h o di se c o n o m i c a l l ya n dt e c h n o l o g i c a l l ya d v a n c e da n di se s p e c i a l l yf e a s i b l ef o rn e wg e n e r a t o ru n i t s T h es e c o n di st h es c h e m eo fr e m o t eI Oc o n n e c t i n gt oD C S I n s t a l lt h ec o l l e c t i n gu n i t si n t oa l lf i e l df a c i l i t i e sa n ds e n dt h ed i s t r i b u t e dF Oa f t e rc o n n e c t i n gt oD C S F o re x i s t i n gp o w e rp l a n t se l e c t d cc o n t r o ls y s t e mu p g r a d i n g,t h i si sai d e a lm e t h o d a si td o e sn o tc o s tl a r g ef u n dt oc h a n g eo r i g i n a le l e c t r i cf a c i l i t i e st oi n t e l l i g e n t-t e r m i n a lf a c i l i t i e sa n dc o u l dr e a c ht h eg o a lo f c u t t i n gc o s ta n dr e d u c i n gm a i n t e n a n c et a s k s T 1 1 i st h e s i sa n a l y z e st h ea b o v et w om e t h o d sb o t ho nt h e i rt e c h n o l o g i c a la n de c o n o m i ci s s u e s I tp r o v i d e sr e f e r e n c e sn o to n l yt on e wt h e r m a lp o w e rp l a n t sb u ta l s ot oe x i s t i n gp o w e rp l a n t sw h e nm a k et e c h n o l o g yu p g r a d i n g A c c o r d i n gt ot h ec u r r e n ts i t u a t i o ni nS h a n d o n gH u a n g t a i1 1 l c r m a lP o w e rP l a n t s t h et h e s i sc o n c l u d e sb yp r o p o s i n gar e b u i l d i n gs c h e m eb a s e do nI AS e r i e sc o n t r o ls y s t e mf o re l e c t r i cs y s t e mt e c h n o l o 西c a lu p g r a d i n g I ng e n e r a l，t h ea p p l i c a t i o no fD C Sh a sg r e a t l yi m p r o v e dt h eo p e r a t i o nr e l i a b i l i t ya n dr a i s e d 也ec o m p r e h e n s i v ea u t o m a t i o na n dm a n a g e m e n tl e v e l K e y w o r d s：D C SF i e l dB u sT h e r m a lP o w e rG e n e r a t o rU n i t sE l e c t r i c第4 页山东大学工程硕士学位论文1 iD C S 的产生和发展第一章引言7 0 年代中期，在微处理器和计算机通讯技术的发展下，美国H o n e y w e l l 公司率先推出综合分散控制系统T D C 2 0 0 0，使计算机控制进入了分散控制的新纪元。此后美国、西欧及日本的一些公司先后开发了自己的第一代分散控制系统。第一代分散控制系统在技术上存在定的局限性。虽然系统的控制单元得到了有效分散，但控制单元的管理、全系统的信息处理以及显示操作管理等功能都集中于监控计算机；系统还采用8 位或1 6 位微处理器；通信所采用的是初级工业控制局部网络；系统专用的通信协议限制了其他系统的加盟；有的系统还不具备顺序控制等功能。8 0 年代初，超大规模集成电路集成度的提高，微处理器运算能力的增强，计算机网络技术的进步以及市场需求的推进，产生了第二代分散控制系统，其特点是：产品设计走向标准化、模块化、工作单元结构化；控制功能更加完善，用户界面更加友好；数据通信的能力大大加强并向标准化方向发展：管理功能得到分散；可靠性进一步提高；系统的适应性及其扩充的灵活性增强。8 0 年代末，为了克服第二代分散控制系统的专利性局域网对企业多种D C S 产品互联造成不便的困难，导致了开放性局域网的D C S 研制。另外，为顺应信息社会的需要，进一步加强信息管理，开发深层次信息管理系统，导致了第三代分散控制系统的出现。其特点是：采用开放性的M A P 通信协议或兼容网络；加强了信息管理功能，是能实现商一层次信息管理的系统；广泛采用实时分散数据库；引入专家系统和人工智能，实现自整定功能；操作站功能进一步增强，引入了三维图形显示技术、多窗口显示技术、多媒体技术，使操作更简便，响应更快捷。进入九十年代末，特别是进入二十一世纪以来，几个代表性D C S 公司纷纷推出他们成熟的新一代系统，如H o n e y w e l l 公司最新推出E x p e r i o nP K S(过程知识系统)；E m e r s o n 公司的P l a n t w e b(E m e r s o nP r o c e s s M a n a g e m e n t)；F o x b o r e 公司的A 2；横河公司的C S 3 0 0 0 一R 3(P R M 一工厂资源管理系统)；A B B 公司的I n d u s t r i a lI T 系统等。这些系统不仅具有鲜明的时代特征，而且功能和实现的方式也趋同。以上几家的最新第5 页山东大学工程硕士学位论文D C S 可以划为第四代。第四代D C S 的最主要标志是：I n f o r m a t i o n(信息化)和I n t e g r a t i o n(集成化)。因此，与其说第四代D C S 是套综合的控制系统，更不如说它是一套集成化的综合信息系统。第四代D C S 主要特征：信息化与集成化；混合控制系统；包容F C S 进一步分散化：I O 处理单元小型化、智能化、低成本：平台的开放性与应用的专业化。1 2 现场总线技术对D C S 发展的影响计算机网络技术的迅速发展推动了工业自动化控制系统体系结构的变革，使得计算机分散式控制系统D C S(D i s t r i b u t e dc o n t r o lS y s t e m)向着两个方向发展：一是计算机控制系统向高层次发展，使面向过程控制的D C S 和面向生产管理与生产调度系统(M I S)相结合，组成了计算机集成制造系统(C I M S)和计算机集成过程控制系统(c I P S)；二是计算机控制系统向生产过程的低层次渗透，将系统中的过程级工作站沉到工作现场。因此，出现了许多与智能仪表和现场总线相连的智能设备。为了适应新的形势，满足市场需要，国际电工委员会(I E C)等一些组织出于使现场仪表结构一体化的目的，提出了现场总线(F i e l d b u s)的概念，试图用双向传输的全数字信号取代自6 0 年代至今一直广泛采用的4 2 0 l A 模拟信号。现场总线是控制系统中最低层的通信网络，是直接与技术过程发生关系的局域网络，也就是连接设置在工业现场的仪表与设置在控制室内控制设备的数字化、串行、双向、多变量、多节点的通信网络。现场总线控制系统F C S(F i e l d b u sc o n t r o lS y s t e m)，是诸多现场仪表通过互联与控制室内人机界面所组成的系统，它是一个全分散、全数字化、全开放和可互操作的新一代生产过程自动控制系统。D C S$l J 造商为适应技术的发展，积极采用现场总线技术，开发与现场总线的接口设备及相应的软件。D C S 通过与现场总线技术的融合，不仅吸收了其部分优点，也具备了一定的优势，尤其是在控制系统复杂的领域，如大型火力发电厂，F C S 还尚无法完成D C S 已有的先进控制功能。F C S 软件功能不很强大，功能块少，利用现场仪表只能完成一些简单的常规控制无法实现先进的控制。第6 页山东大学工程硕士学位论文1 3D C S 在火力发电机组的应用现状分散控制系统(D C S)因能充分体现分散控制与集中操作管理的思想，并以先迸的技术、丰富的控制功能、友好的人机界面和愈来愈可靠的工作性能等优势，近年来占据了大、中型火力发电机组机炉主控的自动化领域。单元火电机组集控运行，开始主要是D A S、M C S、S C S 和吹灰程控，对于炉膛安全保护(F S S S)和汽轮机数字电液控制(D E H)等安全和快速性要求很高的系统，尚不能覆盖。随着D C S 应用于火电厂各工艺过程及各系统的研究和实践不断深入，D C S 硬件和系统软件得到不断的开发和升级，F S S S、D E H、S O E 等才逐渐由D E S 组态实现，使机、炉的主要设备和系统均处于D C S 的统一监控管理之下。对于电气系统，将其纳入D C S 进行监控，有利于实现机、炉、电一体化控制而成为一种趋势。目前，除发电机保护以外的电气控制也已开始纳入了D C S。I)C S 的应用为电厂利用现场实时数据建立高层次的管理决策系统(M I S 和S I S)提供了可能。近几年随着现场总线技术的兴起，D c s 制造商也吸收采纳了现场总线技术。目前所有的第四代D C S 都包含了各种形式的现场总线接口，可以支持多种标准的现场总线仪表、执行机构等。在国外大型火力发电厂已经应用了现场总线技术，最典型的应用是德国尼德豪森电厂2 X 9 5 0 姗机组的D C S 系统。整个机组的D C S 系统中由于采用了P R O F I B U S 现场总线技术，实现了现场设备智能化，设备状态和状态信息都能通过总线传输至I J D C S系统中，是目前全球范围智能化程度最高，采用总线技术最全面，装机容量最大的机组。整个系统于2 0 0 2 年1 2 月投入商业运行，只需配备一个操作员，大大提高了电厂的自动化水平。在国内有极少数新建电厂在局部系统采用了现场总线设备。可以预见，未来几年现场总线技术将大型火电机组中得到广泛应用。I 4 本文的主要工作从分析最新型的D C S 分散控制系统的功能及未来发展趋势入手，全面分析了对D C S 的发展产生巨大影响的现场总线技术目前的种类、标准、技术特点及其在国内外火力发电厂的应用业绩，提出了目前适宜于火力发电机组的总线标准，即P R O F I B U S和F F 现场总线标准。对现场总线技术应用中可能存在的问题进行分析并提出了对策。第7 页山东大学工程硕士学位论文在对大型火力发电厂电气控制系统的现状和带智能终端装置(S T)电气设备的应用分析基础上，结合最新型的D C S 控制技术，提出了两种火力发电厂电气控制系统的实现方案并进行了技术、经济分析比较。最后，以黄台火力发电厂#7 机组的技术改造项目为研究对象，采用F o x b o r o 公司的I A s 系统，设计开发该厂的E C S 系统，包括该厂的D C S 系统选型，D C S 系统配置，画面、操作面板的组态及系统控制逻辑的设计、组态。改造后，大大提高了设备的可靠性及整台机组的自动化水平，取得了良好效果。第8 页山东大学工程硕士学位论文第二章大型火力发电机组的控制系统2 1 大型火力发电机组的特点随着我国经济的发展，能源形势日趋紧张，对于火力发电行业发展大容量、高参数的大型机组已经成为首选。现代化大型发电机组有下列一些特点：1)热力系统庞大，生产过程复杂。单元机组的各个生产环节之间有着密切的联系，各局部生产过程之间的状态相互影响较大，而且各主要生产设备的动态特性之间存在着很大的差异，它们对负荷指令的响应速度是不一致的。2)由于单机容量大，它的辅机和辅助设备数量多，容量大，结构也复杂。3)生产工况变化多、操作频繁和复杂。大机组需要监视的测点数量相当多，特别是在机组的起停和事故处理过程中，机组处于不稳定的状态下工作。各种参数不断迅速变化，在同一瞬间需要同时进行几个参数的监视和操作，甚至有时要求运行人员在几分钟内完成几十个操作动作，稍有贻误就容易造成重大事故。4)大型机组的控制对象和参数多，控制机构多，各种扰动也多。一些参数之间是相互关联着的，一个控制机构动作，会影响很多被控参数变化。2 2目前火力发电机组控制系统概况火力发电厂的自动化包括热工自动化和电气自动化两大部分，控制方式主要有继电器、P L C、D C S 三种。由于新建机组和老机组的更新改造中广泛采用了分散控制系统(d i s t r i b u t e dc o n t r o ls y s t e m，D c s)实现对机、炉的监控，形成了数据采集(d a t aa c q u i s i t i o ns t a t i o n，D A S)、模拟量控制(m o d u l a t i n gc o n t r o ls y s t e m，M C S)、顺序控制(s e q u e n c ec o n t r o ls y s t e m，s c s)、锅炉炉膛安全监控(f u r n a c es a f e t ys u p e r v i s o r ys y s t e m，F S S S)这四大相互协调的系统，从而使得发电厂热工自动化的监控水平跃上了一个新的台阶。P L C 由于其逻辑处理功能强、环境适应性好、系统独第9 页山东大学工程硕士学位论文立性强、系统构成成本较低等特点，成为电厂辅助生产系统(水、煤、灰)的首选控制系统。电气系统监控过去很长一个时期内，都采用强电“一对一”硬手操控制，依靠常规的仪表、光字牌，采用继电器、控制开关及其接点组成的控制逻辑来实现。发电厂电气设备的控制绝大部分为作用于断路器的简单的跳、合逻辑控制。其操作开关布置在电气控制屏台上，电气常规控制的最大问题是所有断路器需要运行人员一对一手动操作，而且因控制室屏面的限制，大量厂用电系统的开关只能就地操作，这种控制模式对当前发电厂的“减人增效”不利，也使电厂自动化水平的提高受到制约。目前，电气的专用控制装置如继电保护、励磁调节、自动同期等装置已逐步实现了微机化，但其自动化的整体水平一直未能实现质的飞跃，主要表现为：电气系统中，保护装置、安全自动装置基本独立运行，与D C S 间通过硬接点方式进行有限的控制和信号交换；电气系统的控制，基本上采用常规控制手段，电气系统的测量、保护动作、定值整定、事故追忆、电量和潮流报表等电气运行参数在D C S 系统无法完整反应。因此，尽管电气系统个体装置的自动化程度已达到一定水平，但从电气系统的整体自动化水平来看，还有待进一步提高。2 3 控制系统的选择随着现场总线技术的兴起，工业自动化目前正朝现场总线控制系统方向发展。基于现场总线的控制系统F C S(F i e l dC o n t r o lS y s t e m)成为新一代的工业控制系统。现场总线的出现，使贯穿于控制系统的各个层次获得了广泛的新功能，例如在现场仪表中实现更多的控制、多变量的测量和传输、基于自查的现场设备维护和管理等等。这些新的功能将为系统生命周期内各个阶段带来实际的效益和利益，从项目早期开始，到实际运行期间，利用现场总线技术所带来的这些新功能均可实现实质性的成本节约，增加效益和收益，而传统的系统则不具备这种能力。大型火力发电机组一般容量在6 0 0 M W，甚至1 0 0 0 M W 以上。以6 0 0 M 1】r 超临界燃煤机组为例，其I 0 点约为9 4 0 0点，电动调门约7 5 个。电动关断门(含部分气动关断门)约2 4 0 个，4 0 0 V 及以下电机约1 1 0 个，6 k V 电动机约2 2 个。如仍采用传统的D C S 控制方式，将一对一的模拟量信号或开关量信号通过电缆送入D C S 的I 0 卡件，不仅是电缆耗量大、工程建设投第1 0 页山东大学工程硕士学位论文资高，而且对于日后的维护也将付出巨大的人力物力。采用现场总线技术，很好地解决上述问题。目前，大量的现场总线设备已经开发出来，如带总线接口的仪表、执行机构、变频器、智能马达控制器、阀门定位器电动执行器及低压开关柜等设备，为现场总线技术的应用提供了基础。但是纯粹的现场总线控制系统也有缺点。F C S 将D C S 的三层典型结构简化成二层结构，把由D C S 控制站完成的控制任务完全下放到了现场智能设备。然而，当数据量超过一定值过于偏大时，如果同层的设备过于独立，则很容易导致数据网络的堵塞。要解决这个问题，必须设立一个适当的监控层用以协调相互通讯的设备，D C S 就能轻松地胜任这一工作。对于火力发电机组，其复杂的控制策略F c S 难以胜任，而D C S在这方面的应用已经十分成熟，另外还可以实现各种先进控制技术如模糊控制、人工智能控制等。可见，传统的D C S 控制系统与现场总线控制系统各有利弊。当前，各主流D C S厂商推出了最新型的D C S 产品，融合了现场总线技术，包含了各种形式的现场总线接口，可以支持多种标准的现场总线仪表、执行机构。所以，这种新型的D C S 应该是目前火力发电机组的最佳选择。对于机组协调、机组自动启停等复杂控制由D c S 的控制器实现，对于单回路调节以及子功能组级、设备级的控制可以考虑由现场智能设备来实现。2 4 新型D C S 的体系结构第四代D C S 的体系结构主要分为四层结构：现场仪表层、控制装置单元层、工厂(车间)层和企业管理层。一般D C S 厂商主要提供下面的三层功能，而企业管理层则通过提供开放的数据库接口连接第三方的管理软件平台(E R P、C R M、S C M 等)。各层的功能简要介绍如下：1)现场仪表层其主要工作是把现场的各种物理信号(如温度、压力、流量、位移等)转变成电信号或数字信号，并迸行一些必要的处理(滤波、简单诊断等)；或者把各种控制输出信号转变成物理变量(如阀位、位移等)。到目前为止，该层的主要功能没有根本第l l 页山东大学工程