王春玲，王志敏，金春林，朱爱军

(国网吉林省电力有限公司电力科学研究院，长春 130021)

随着电力行业的迅猛发展，超超临界机组现已逐渐成为我国火力发电厂的主流机型［1-2］，同时超超临界机组也意味着火电单元机组不断向大容量、高参数方向发展。为保证机组运行的安全性、经济性和稳定性，机组运行的难度也相应地增加，用常规仪表进行过程监控已经不能适应大机组安全经济运行［3］。分布式控制系统(DCS)具有较高的灵活性和扩展性，已经广泛应用于火电单元机组的控制中。DCS应用技术的核心是DCS组态，即采用DCS所提供的语言编写程序。DCS组态的好坏，直接影响电厂运行的安全性、经济性，因此，合理的设计DCS组态，提高DCS效率，保障机组安全经济运行是当前DCS 应用的重要任务［3］。

目前DCS已经取得了较为成熟的研究和应用。文献［4］针对超超临界机组主汽温控制较为困难的问题，设计了基于DCS控制平台的主汽温智能控制策略。文献［5］以山西某电厂的烟气脱硝工程的DCS调试服务项目为例，对火电机组烟气脱硝DCS进行了分析研究。文献［6］主要针对火电机组DCS存在的速率逻辑、延时与脉冲、条件逻辑搭配等逻辑组态细节进行了优化。文献［7］介绍了辅机单列配置系统DCS设计时为提高控制系统可靠性采用的设计方案和应注意的问题。

火电机组DCS的组态是一项复杂的工作，从DCS的现场控制站及其卡件分配、系统生成、调试一直到正式投运这个过程的每一步都需要进行精心的设计。本文针对吉林省某600MW火电机组DCS组态进行研究设计和分析，着重介绍了DCS组态系统的软硬件配置、调试和组态中的注意事项。

1 火电机组DCS组态的软硬件设计

1.1 DCS硬件配置组态

硬件配置组态，即是针对DCS具体对象进行的现场控制站(控制器)及其各类输入/输出(I/O)卡件等控制系统的硬件设备进行分配。将I/O测点清单按工艺流程或子系统进行分类，对每个控制器实际功能也有个大致的确定，然后将测点分配到相应控制器中，确定每个测点的地址或点名，并形成I/O清单。

在硬件配置组态时应考虑如下一些问题:冗余的重要I/O输入信号必须分别配置在不同的I/O模件上，必要时，应分别配置在不同控制器的不同通道板上;2台互为冗余的辅机各自控制回路的I/O信号必须分别配置在不同的I/O模件上，对于重要的互有冗余作用的大型转机(送风机、引风机等)各自的I/O信号必须分配在不同的控制器中，多台组合辅机(磨煤机/给煤机)各自的I/O信号也必须分组分散配置在几个I/O模件上，使一个控制器或一块I/O模件损坏时对机组安全运行的影响尽可能降到最小;几个重要控制回路的I/O信号不应放置在同一个I/O模件上;每个控制器所负担的任务要尽可能独立，其输人、输出的数据也应尽量独自使用，不同的控制器之间交换的数据越少越好;每个控制器上I/O点的数量应尽可能满足控制器的处理能力，以免因为控制器的负荷率较高影响控制的速度，从而危害电力生产的安全;充分体现DCS的分散控制、集中管理的特质。DCS典型硬件配置见图1，图中DPU为分散处理单元，E为终端。

1.2 DCS应用软件的组态

应用软件的组态是DCS组态的核心，此项工作必须在硬件配置组态的基础上进行。虽然不同DCS生产厂家的应用软件不尽相同、组态的方法也各不一样，但组态的内容和过程大体一致，主要包含如下几个方面:构思系统的框架，过程画面的组态，控制回路的组态，模拟仿真联动测试逻辑功能，历史数据库及报表的组态等。

1.2.1 构思系统的框架

由于应用软件组态的工作量巨大，通常要由多人协同来完成，需要每个人的组态思想和组态模式必须一致，这样前期的构思就成为非常必要和基础的一个环节，框架构思的合理与否直接影响组态在实际应用中能否成功。构思内容包括系统的区域分配、流程图格局、程序块的模板、软件点命名等。

1.2.2 过程画面的组态

火电机组的过程画面是与运行人员直接接触的人机接口，包括运行人员所需要监视的热力系统的全部信息，通过过程画面，运行人员可以了解整个系统的运行状态，必要时可进行紧急干预以预防事故的发生。过程画面的组态可分两步:第一步，设计静态画面;第二步，对静态画面做动态连接。

a.静态画面的设计。静态画面的设计首先要讲究布局，一副画面通常设计成几个部分。通常每幅画面上都有显示机组的重要参数，这些参数提供了机组的重要信息;以提供画面之间的快捷切换的菜单栏;画面的主体部分不仅要求工艺流程正确，而且要求操作方便，参数清晰，画面设计以监控为核心，以被监视的参数和被控设备为主，画面主体部分的设计要达到令人满意的效果。报警部分可以单独设计画面，如将报警分为炉侧报警、机侧报警、电气报警三大类，并且每一类中有一般报警和重要报警的划分，也可以在系统画面上直接显示。每幅静态画面都需要有确定的反映内容，通常先按照控制功能来划分，针对每个大的功能再进行细分。在各个不同主题的静态画面全部完成后，一般还需要几幅整体的总貌图，反映相对比较全面的工艺流程，及一些重要的监视参数。

b.画面的动态连接。静态的画面既不能反映机组运行过程的动态更新也不能影响过程状态，如要显示这些信息，必须对静态目标做组态连接，使之与过程变量相连，动态响应过程的变化，实时显示数据，并能改变过程变量等功能。画面的动态连接主要包含文本内容的连接、颜色填充、液位填充、操作控制对象等内容。将显示画面中的字符与过程变量相连，实际显示时出现该变量的即时值为文本内容的连接;对过程状态的变化通过改变目标的颜色来提醒操作员注意为颜色填充;采用柱状图型使液位能根据控制过程而变化，直观地显示出来为液位填充;当运行人员用鼠标点中某个目标后，可令其产生相应的动作，当控制对象状态有变化时还应能够准确实时地反映在画面上，此部分为操作控制对象。

1.2.3 DCS 控制回路的组态

图1 DCS典型硬件配置

在DCS应用系统中，控制回路的组态就是为了实现控制方案和控制策略，利用模块化应用软件对测量回路、控制回路进行的连接。选择恰当模块实现控制方案和正确连接控制回路是控制回路组态的关键。控制回路组态的基本流程:确定控制回路的工艺流程;给出相应的控制策略;利用组态实现控制方案。

1.2.4 模拟仿真联动测试逻辑功能

在组态全部完成后通常要在离线或仿真状态下对控制逻辑进行联动测试，以确保控制策略的正确性及组态的合理性，同时也验证画面和控制逻辑连接的准确性，对于测点的属性设置也是很好的检测，为以后的在线实际调试打下良好的基础，提高在线运行的安全稳定性。

1.2.5 历史数据库和报表的配置组态

DCS系统具备强大的数据库管理能力，诸如数据采集、数据存储、历史数据记录、报表生成、即时打印等，它具有报警点历史记录、运行人员操作历史记录、重要的输入点发生变化时的历史记录、模拟量数据历史记录、跳闸事件顺序(SOE)历史记录等功能，每种历史记录均可连续保存多日甚至一年的历史数据，对于模拟量还可以提取指定时间段内数据的最大值、最小值、平均值、累计值，利用这些记录可以详细地分析机组的运行状态和运行人员的操作情况。DCS系统产生的报表应当以经济指导为主要目的，只有当报表的数据具备统计意义时，DCS的报表打印才有意义，DCS系统是以稳定运行、实时监控为主要目的。

2 DCS组态调试

DCS的组态调试主要包括卡件调试检查、画面调试检查、功能调试检查、系统组态优化调试和一些其他功能的调试。卡件调试检查主要是对I/O测点的零点、量程及精度调试检查，保证I/O信号的正确，以及卡件通道无故障;画面调试检查主要检查画面的系统流程和动态连接是否正确，应保证与现场实际一致;功能调试检查主要是针对仪表输入信号联调，DCS输出与执行机构的联调，现场联锁功能的联调，顺控功能的联调等。DCS组态调试是一个科学细致、严谨的工作，为此首先要制定调试方案，并做好调试的组织工作，调试记录规范化，并有调试人、验收人的签字，复杂的联锁保护、顺控功能要有工艺负责人签字;系统组态优化调试必须在系统运行平稳后进行，保证工艺生产的平稳安全;须反复调整参数，使控制系统和联锁保护投入运行，达到应有的使用效果;其他功能如SOE、报表、历史曲线、操作员行为记录等都进行逐个测试，以保证对设备故障的分析、解决。

3 DCS组态中的注意事项

a.DCS组态应结合实际，符合现场的实际要求，控制方案简单易行，才能达到满意的投入效果。DCS组态调试之前，应做好安全措施，在静态调试的基础上进行动态调试，以免危及设备或人员的安全。

b.DCS硬件配置过程中应使控制器满足分散度和负荷率要求，并能兼顾系统相对独立完整的要求。在绘制卡件布置图时，先确认实际采购的卡件与卡件布置图中的类型是否一致，否则后期下载数据库后再进行修改会比较麻烦。

c.同一分散处理单元(DPU)内逻辑页(Sheet)号必须保证不同。对于相类似逻辑不要从一个Sheet复制粘贴到另外一个Sheet，最好采用导入和导出来做。组态时本DPU用到的临时点和其他DPU的通讯点要求有记录。

d.在逻辑组态时，不允许直接从工程目录中删除逻辑图，若需要删除应从工程管理器中删除。不允许直接从工程目录修改逻辑图的文件名称(修改文件名称相当于删除了该文件)，若需要修改逻辑图的文件名称，建议用原文件导出一个新的逻辑图(新的描述)，再从工程管理器中删除旧文件。

e.数据库不允许多台机器同时编译使用，否则会出现数据库被锁定的情况。系统从数据库安全考虑，为避免同时使用数据库的情况，当有用户编译逻辑图、配置卡件图、下装数据库、修改测点时，都会把数据库自动上锁，此时其他用户将不能进行此类活动，只有当执行的工作完成后，才允许其他用户活动。

4 结论

针对某600 MW火力发电单元机组DCS组态软硬件设计过程进行了分析和总结，根据实际经验总结了DCS系统组态时应该注意的一些事项。通过对该项目的实施，使得大量的保护和自动控制投入使用，保证了机组的安全稳定运行，使机组维持在科学合理的水平运行，提高了机组设备运行的安全性和经济性。