面向对象的DCS控制方案

电力18讯：    作者：刘复平　

摘要　本文论述了现有面向算法的DCS控制方案存在的局限性，随着DCS硬件、软件技术的发展以及现场数据总线技术的逐步推广应用，在火电机组自动控制中应用面向对象技术的必要性和应用优点。
关键词　对象  DCS  控制方案
       1、面向算法的控制方案产生的历史原因
       面向对象的控制方案就是面向被控制对象，是与面向算法（功能）相对立的。它指在划分DCS的子系统时，并不将各种算法相似的控制对象划分到一起，而是按热力系统的子系统，即我们通常所说的被控对象划分成一个个的系统。
大型火力发电机组的DCS系统的传统设计是按照其应用功能来分类的，一般把其分为数据采集系统(DAS)、模拟量控制系统(MCS)、顺序控制系统(SCS)、燃烧管理系统(FSSS)、汽轮机电液控制系统(DEH)、旁路控制系统(BPS)，这种按应用功能来划分DCS系统是历史原因的。当电厂自动控制技术在发展初期时，模拟量控制和开关量控制是分开的，当时一般采用数字组装仪表或KMM（可编程控制器）用于模拟量控制，PLC(可编程逻辑控制器)用于开关量控制。当DCS   应用于火电厂自动控制用于代替组装仪表和PLC时，也自然而然地将两者分开，模拟量控制形成模拟信号采集(DAS)和模拟量自动控制(MCS)，在开关量控制中，根据控制对象的不同又分为辅机逻辑控制(SCS)和锅炉本体的保护和逻辑控制(FSSS)。
在DCS发展初期，这种面向算法的系统划分方案解决了DCS硬件性能与功能要求之间的矛盾，也容易被当时的热控人员所接受。在八九十年代，微处理芯片的功能还不是很强，部分刚进入DCS领域的厂商技术力量和工程实践经验还比较弱，他们的DCS系统只有有限的I/O卡件类型，只能实现有限的几个功能。如九十年代初期，电力科学院开发的FDPF--2000、新华控制工程公司的DAS--300等，这种面向算法的控制系统划分方案有利于降低技术准入门槛，有利于尚处于弱年的DCS厂商积累工程经验。同时，这种一对一替换的方法也利于DCS在电厂的应用（当时DCS价格昂贵，推行DCS一体化经济上也有困难）。同样将功能相似的控制分别归于MCS、SCS、FSSS等系统中，可以大大减少各系统热控人员所需要掌握的控制理论，如SCS只需要熟悉逻辑控制理论，而MCS则主要依靠自动控制理论。这种划分方式在很长一段时间内促进了DCS的发展，也提高了电厂的控制水平。
       2、面对算法的控制方案的局限性
       但是，目前这种面对算法的控制方案面临着很大的挑战，主要是安全方面的问题。DCS系统的安全问题集中表现在两个方面：一是由于被控设备的集中，影响系统的可靠性，MCS系统基本上集中了整台机组的可调整执行机构的控制，虽然DCS硬件、软件的可靠性很高，但系统供电、网络的可靠性并没有相应提高、人为误碰、接地、短路等故障的发生并没有大幅度减少，因此，一个模件机柜内的故障，哪怕是一块模拟量输出板故障都可能造成一大片就地设备的不可控。二是网络安全方面，在火电厂热力系统中，存在三块相对独立的子系统：风烟系统（从送风机到引风机）、燃烧系统（从一次风机到燃烧器）、汽水系统（从凝汽器到汽包再到凝汽器）。这些系统中，一些联系紧密的设备被人为地划到不同的控制系统中，造成各个单元处理器之间通过网络交换的数据量很大。以过热器减温为例，一般一个调节阀都串接一个关断阀，按传统的划分方式，调节阀执行机构的控制在MCS中，关断阀的控制在SCS中。如果有以下控制逻辑：当调节阀开度小于5%时，全关关断阀；当开度大于5%时，开关断阀；当蒸汽过热度降低到一定时，立即全关关断阀；当MFT 发生时，关关断阀置调节阀输出为零。在这其中，就有调节阀开度、MFT信号、过热度等需要从网上传输。随着控制经验的积累，控制逻辑越来越复杂， MCS、SCS、FSSS之间的信号交换量大幅度提高。日益提高的网络数据交换量和系统可靠性的要求，正呼唤面向对象的控制方案早日实施。
       3、面向对象的控制方案的先进性
       采用面向对象的控制方案可以降低DCS系统的成本，在传统的按算法划分的DCS系统为尽可能提高系统的可靠性，减少网络数据交换量，大规模地采用盘间硬接线，某厂一台2003年12月投产的机组，MCS、SCS、FSSS系统之间就使用84对硬接线，一对硬接线就需要一根电缆、一个输入通道、一个输出通道，光硬件方面的投资就达3000元，耗费相当可观。另外，由于按算法划分控制系统人为地增加了系统的复杂程度，网络数据交换量大，浪费了单元处理器的能力，增大了硬件投资。如国内某厂商是按算法划分系统，一台300MW机组一般有十七、八对，甚至高达二十对单元处理器，而国外某厂商是按对象划分系统，一般不超过七对单元处理器，虽然二者的单元处理器功