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'''超超临界百万千瓦机组'''HOLLiAS MACS现场总线控制 [[ 系统 ]] 在超超临界百万千瓦机组的应用，现场总线控制系统（Fieldbus Control System，FCS）以智能传感器、控制、 [[ 计算机 ]] 、数字通信、网络等综合技术为主要内容，既是一个开放通信网络，又是一种全分布控制系统，它适应了工业控制系统向数字化、分散化、网络化、智能化发展方向。

==案例背景介绍:==

现场总线控制系统（Fieldbus Control System，FCS）以智能 [[ 传感器 ]] 、控制、计算机、数字通信、网络等综合技术为主要内容，既是一个开放通信网络，又是一种全分布控制系统，它适应了工业控制系统向数字化、分散化、网络化、智能化发展方向。当前1000MW级超超临界机组已成为国内火电建设的主流，由于超超临界机组压力、温度等参数较多，控制对象复杂，能否提供安全可靠的控制和调节，是大型机组DCS面临的主要挑战。虽然国内和利时、国电智深等DCS设备制造商已经拥有了常规百万超超临界机组的成功应用 [[ 经验 ]] ，但大规模现场总线控制技术目前还没有在百万机组成功投运的业绩。

==案例实施与应用情况:==

某电厂扩建两台超（超）临界1000MW燃煤发电机组，三大主机由东方电气集团制造，锅炉采用一次中间再热、单炉膛、平衡通风、对冲燃烧方式Π型变压直流锅炉， [[ 汽轮机 ]] 采用一次中间再热、四缸四排汽、单轴、抽凝式汽轮机。单元机组和脱硫DCS控制系统采用杭州和利时HOLLiAS MACS V+SM220系统，采用四机一控模式，实现一键启停。DEH、MEH、METS、FMEH、FMETS控制系统一体化，控制规模超过12000点，其中主机总线设备达到1000台以上。共配置39面现场总线柜，152根光纤，共分配83个PA网段，71个DP网段，其中锅炉侧47个PA网段， PA设备222台，43个DP网段 ，DP设备432台；汽机侧36个PA网段，PA设备219台，28个DP网段，DP设备223台。总线设备约占整个控制设备的60%，是国内现场总线应用最广泛的项目之一。

DCS网络采用实时数据通讯的P-P单层网络结构，如图1所示。实时数据通讯服务由数据需求方（操作员站）与数据的供给方（控制器）直接通讯，系统内配置一对冗余的历史站为整个系统提供报警服务、 [[ 历史 ]] 数据服务和其他服务。MACS-SM控制站集成PROFIBUS现场总线，冗余的主控制器与操作员站、工程师站点对点连接，控制器通过冗余的现场总线与IO从站、DPY-LINK、DP/PA LINK设备相连，现场总线将智能 [[ 仪表 ]] 、执行机构、高低压智能保护装置及电磁阀接入DCS系统，实现机组操作及设备信息管理。系统具备数据采集、运算与处理、逻辑组态与下装、画面监视与控制等多项功能。辅助控制系统集中在机组集控室管理，脱硫进入主机DCS系统，实现了一体化监控。

控制器按照以 [[ 工艺 ]] 系统为主，兼顾控制功能的原则进行合理分配。冗余的系统分布在不同控制器，独立的系统分布在同一控制器，既保证冗余性，又保证独立系统的完整性，起到信息共享、减少站间引用和 [[ 系统 ]] 通讯任务量的作用，能够优化系统、降低网络负荷率、降低系统风险以及降低维护工作量。单元机组总共35对控制器，其中锅炉20对、汽机14对，电气1对，公用2对。

控制器通过冗余的现场总线与IO从站、DP Y-LINK、DP/PALINK设备相连，DP Y-LINK、DP/PA LINK在上级网络中作为从站，在下级DP总线系统中作为主站。DCS主控柜与总线柜采用光纤连接，对于1个主控柜到多个总线柜的连接，网段间采用DP中继器进行隔离（见图2）。DP网段中冗余DP设备采用DP中继器连接，并进行网段间隔离，单DP网段采用DP/Y设备连接，冗余DP和单DP网段采用DP中继器进行隔离。通信速率9.6k～12Mb/s，主要用于电动门、电磁阀、电动机、分析仪表等开关量和复杂 [[ 设备 ]] 。PA网段采用DP/PA设备连接，通信速率31.25kb/s，能给总线供电，主要用于变送器、定位器等模拟量仪表和设备。现场总线拓扑方面，支持现场总线通讯卡件本地、远程安装，远程 [[ 安装 ]] 通过光电收发器实现树型拓扑。

机组启停机、试验等工况下，由于参数不满足等条件限制，需要在逻辑中对某些信号进行强制。调试过程中发现，在组态软件中操作人员对数值变量修改后不下装到控制器，启动动态时显示 [[ 正常 ]] ，被修改的数值变量动态显示的是修改后的数值，但在逻辑运算中实际使用的却仍然是修改前的数值，该问题存在较大的安全隐患。如果组态人员进行强制赋值后忘记下装控制器，启动动态查看参数无异常后进行试验启停设备，由于显示的数据和实际参与运算的数据不一致，必然导致设备误动作。目前该问题还没有从 [[ 技术 ]] 角度解决，主要通过规范操作、加强监护等管理方式避免。

趋势曲线可以分屏显示，如显示两个、四个等不同数量窗口曲线，但是却不能全屏显示，也没有按照系统列出曲线组功能，只能通过操作人员添加曲线组和曲线，并且不能使用鼠标在曲线组里选取曲线，对某系统进行试验、故障分析时需要手动操作，不便于迅速地进行曲线分析。现有曲线的最小分辨率是1秒，可以以曲线或者 [[ 数据 ]] 记录等方式查看，但控制器运算周期为100毫秒，ETS、METS等重要系统运算周期甚至为50毫秒，系统及设备故障时部分变量在1秒内已经发生了一次或多次变化，而趋势曲线往往不能有效记录当时的正确工况，给事故分析带来较大的不便。

HOLLiAS-MACS系统使用了“域”为基础单元的 [[ 管理 ]] 模式，“域”主要区分不同区域的工艺和设备，如锅炉、汽轮机、脱硫、公用等区域热力工艺设备。“域”间信号的传递需要使用域间变量或硬接线的方式来完成，不能在画面中将不同“域”的变量组在同一个曲线中进行分析比对。

画面及组态软件中变量命名不规范。为了工程组态方便，和利时使用一套自有的变量命名规则，主要根据变量所属的区域、系统进行流水编号。DCS画面变量窗口上方能明显地显示编号，但KKS编码等与设备息息相关的 [[ 信息 ]] 只显示在“点详细参数”列表中，在操作和检修设备时需要认真核对设备信息，否则容易误操作。另外，在DCS画面现场总线拓扑图中设备显示状态不清晰明确，拓扑图中设备运行、停止、故障等状态没有通过颜色变化等方式加以区别，只有属于该设备的信号，如开关状态、故障、力矩等信号有报警，不利于设备巡检和异常检查。组态软件中打开报表组态会造成整个工程组态软件退出。

验收测试时发现，冗余DP现场总线设备单口网络故障时操作员站无报警，在DCS系统的HAMS设备管理软件中，PROFIBUS总线设备也无报警和统计功能，PROFIBUS总线设备无法通过 [[ 工程 ]] 导入的方式在HAMS管理软件中进行配置和参数修改，造成设备扫描慢（10台设备约1.5min），为总线设备管理和故障诊断带来困难。

由于现场总线设备的类型和厂家众多，用户的GSD文件和 [[ 设备 ]] 内部固件处理出现不一致，导致通讯失败，产生了DCS系统与总线设备兼容性问题。调试时和利时公司利用其测试平台对SIPOS、EMG等电动执行机构及KM超声波液位计、Rosemount压力变送器等设备进行了兼容性测试，发现SIPOS电动执行机构测试中存在数据跳变、部分设备无法通讯等现象。为有效解决该问题，系统软件除了必须提供灵活的参数设置选项、用户可以根据实际通讯状态对默认值进行修改外，还要完善GSD文件解析，收集GSD文件进行兼容性测试。

在组态软件中，各种设备、测点或功能模块注释是DCS逻辑组态的一项重要 [[ 内容 ]] ，有助于使用者阅读组态逻辑，理解控制策略。本版本的软件中，可以根据数据库中该设备、测点或功能模块信息，在逻辑组态方案页变量前自动生成中文注释并且不能更改。组态软件中手操器、PID运算器等模块具有不同功能的引脚，组态时可以使用“功能块—引脚”的方式进行逻辑连接，由于系统功能的限制，使用“功能块—引脚”的方式进行组态时，只是自动生成了“功能块”的中文注释，对具体功能的“引脚”不区分，导致组态中大量使用的手操器、PID运算器自动、手动、输出等不同功能引脚注释全都一样，给逻辑阅读造成很大的干扰，目前通过手动再增加 [[ 中文 ]] 注释的方式解决。

采用单层P-P网络结构后，各个操作员站不再依赖于实时数据服务器，系统没有实时服务器的瓶颈限制，各个节点的故障不会影响其他节点，提高了系统的可靠性与安全性。但是，实时数据 [[ 服务 ]] 功能下移至控制器后，控制站需要直接对各操作员站分别提供数据服务，使得控制器的负担加重、负荷加大。通过在控制器读取约20000点模拟测试发现，与和利时两层Client/Server网络结构相比，控制器负荷最高提升了3%左右，控制器负荷在20%到31%之间。虽然各项性能指标都满足要求，在没有经过机组运行恶劣工况的检验，限制控制器负荷升高的问题仍需要关注。目前采取了限制直接与控制器通讯的操作员站个数、优化操作员站数据请求数量、提高控制器CPU配置的方式进行解决。

机柜总线电缆布线和隔离方面，主要存在220V电源接线连接时没有很好地与通信电缆分线槽布置，存在交叉的现象。机柜无电源和温度监视、DP电缆屏蔽层连接不当。现场总线机柜由于设计的不合理，导致 [[ 光纤 ]] 接线盒及光电转换器应在模件柜及通信柜中摆放布置不宽裕，光跳线连接容易有死角，铠装光缆与光电转换器之间存在互相挤压，机柜内部分DP及PA电缆余量过大，导致电缆在线槽内折叠或弯曲夹角小于90度，现场总线电缆屏蔽层出现外露等情况。上述问题通过优化设备布置、合理预留电缆长度等方法已解决。