分布式智能前端在大型火电机组中的应用

1、分布式远程智能前端在大型火电机组的应用 分布式远程智能前端（远程IO网络）将传统的集散控制系统数据处理和控制功能转移到现场设备附近，使大量的现场信号就近处理，实现就地控制。在实现分散控制功能的基础上，真正实现了物理分散。南京893是国内第一家推出的具有完全自主知识产权的分布式远程IO测控网络，填补了国内在此领域的空白。一、分布式远程智能前端（I/O）在火力发电机组中的应用范围目前大型火电机组主体工艺过程目前均采用了成套的DCS系统，这对于保障大型火电机组的安全经济运行以及提高电厂的运行管理水平是非常必要的。但是由于大型火电机组需要监控的测点很多，如果将所有测点都纳入DCS，将使DCS的规模扩大

2、，造成一次投资和二次维护费用的增加，同时还增加DCS的负担。因此，对主机和主要辅机的金属温度群包括锅炉管壁温度、汽轮机缸壁温度、发电机线圈和铁芯温度以及主要辅机轴承温度等，采用分布式远程智能I/O进行辅助测点的监视，不仅可减少控制盘台的数量，缩小控制室面积和空间使控制室整齐美观，而且可有效提高监视视点的可靠性、测量精度，大副度减少信号电缆的数量，节省一次投资、安装费用以及二次维护费用。为了适应现代控制室以CRT为监控中心，设备布置整齐、精简，取消模拟仪表和控制台的要求，电力规划设计总院在1996年11月29日以电规发（1996）214号文颁发的单元机组分散控制系统设计若干技术问题规定中推荐采用

3、远程智能前端（远程I/O ）进行辅助测点监视，即“锅炉和汽机的金属温度；发电机的线圈、铁芯、氢气和冷却水温度；辅机轴承温度等宜采用国内有成功应用经验的远程I/O通道”。采用远程智能I/O进行辅助测点的监视，不仅可减少控制盘台的数量，缩小控制室面积和空间使控制室整齐美观，而且可有效提高视点的可靠性、测量精度，大副度减少信号电缆的数量，节省一次投资、安装费用以及二次维护费用。“893-IDCN”是南京迪塞斯自动化科技有限公司（原南京工程兵学院微机测控技术研究所）早期在国内首家推出的远程智能I/O网络产品，为国家火炬计划推广应用产品之一。该系列产品1993年通过原国家电力部产品鉴定。专家鉴定意见为：

4、“893网络”在其总体性能指标上已达到并在部分主要性能指标上已超过了九十年代国际同类先进产品的水平。” 认为该系列产品，填补了国内在此领域的空白。当时中央人民广播电台、新华社通讯、人民日报、解放军报、光明日报等30多家媒体对“893网络”的研制成功给予报道，称赞：“893网络”的开发应用成功是我国在计算机分布式系统研制方面的一个重大突破。从89年第一套893-网络产品“893-IDCN”开始推广应用，经历了各种复杂的应用环境的考验，在长期的工程实践中我们不断创新，及时跟踪世界先进技术，注重创新。在确保产品的可靠性、实用性的基础上，不断追求产品的先进性、功能完备性和高智能化。先后推出了893-I

5、DCN，893-LM，893-EF，893-CAN，893-DCB等多个系列的网络控制产品，目前分布式远程智能I/O作为现场总线型测控设备在125MW之1000MW火电机组中得到了广泛应用。893系列产品在火电机组的用户超过400家，并且在多年的工程实践中形成了工业过程控制、生产指挥调度、工程设备管理、防护工程智能化控制等不同应用领域的完整解决方案，用户遍及全国并出口国外。二、系统网络拓扑结构：三、采用分布式远程智能前端进行主辅机金属温度群测量的技术特点：1 分散性分布式远程智能I/O系统比DCS系统更好的体现了信息集中、控制分散的思想。与传统的DCS相比较，分布式远程智能I/O体现了更彻底的

6、分散性，它每20通道的数据采集处理都才用独立的电源、CPU，因此故障也被分散。即使任何一个前端的故障也不影响其他前端的正常运行。DCS仅仅实现了控制站层次的控制分散化，而分布式远程智能I/O则实现了现场控制设备层次的控制分散化。2 可靠性与DCS相比，分布式远程智能I/O的安全栅、隔离器、端子柜、I/O模件、现场电缆和接线端子的数量大大减少。分布式远程智能I/O中的现场信号采用数字传输，大大提高了系统的抗干扰能力。这些因素均使分布式远程智能I/O的可靠性得到了提高！3 精确度分布式远程智能I/O引入现场总线可消除模拟通信方式中数据传输时产生的误差，提高了传输精度。模拟通讯方式中产生误差的原因有

7、以下三个：输入通道中A/D转换产生的误差、模拟信号传输产生的误差和输出通道中D/A转换的误差。现场总线是用数字信号传输数据的，数字信号传输与模拟信号的不同之处在于前者不产生信号传输的误差。现场总线中的数据以数字状态传输，不需要A/D、D/A转换，因此也不会产生转换误差，提高了传输精度。4 开放性现场总线控制系统具有开放性，对相关标准具有一致性和公开性，强调对标准的共识与遵从。通讯协议一致公开，各不同厂家的设备之间可实现信息交换，通过现场总线可构筑自动化领域的开放互联系统。开放性决定了它具有互操性和互用性。互操作性指互联设备间、系统间信息的传递与沟通；而互用则以为着不同生产厂家性能类似的设备可以

8、实现相互的替换。5 经济性由于分布式远程智能I/O体系结构上的改变，分布式远程智能I/O比DCS更节约硬件设备，使用分布式远程智能I/O，可以大量的减少安全栅、隔离器、I/O模件、现场电缆和接线端子，这样就节省了I/O装置以及安装这些装置的机柜和空间，同时大大地减少了安装费用。6维修性由于现场级彻底分散，同时大量的减少安全栅、隔离器、I/O模件、现场电缆和接线端子。因此分布式远程智能I/O大大提高其维护性能。6 环境适应能力分布式远程智能I/O环境温度为-2070，防护等级为IP65，因此适用于锅炉顶部等温度环境比较恶劣的场所。四、用分布式远程智能I/O进行主辅机金属温度群测量的经济效益分析。

9、 电缆费用差异表项目名称DCS系统分布式远程智能I/O系统（国产）电缆、电缆敷设费用、隔离器、接线端子，机柜费用平均电缆长度按200m计算:T/C：200点 补偿导线总长40km，规格：2X1.5m2热电偶外屏蔽补偿导线(聚氯乙烯绝缘,护套) 单价10元/米 总价40万；RTD：200点，需三芯屏蔽电缆40km，规格 3×1.0 m2屏蔽 单价8.5元/米总价34万元；电缆桥架、电缆敷设、机柜等费用需10万元；总计84万元； 由于设备可在现场就近安装，只需极少的信号电缆，平均电缆长度按30m计算：2X1.5m2热电偶外屏蔽补偿导线(聚氯乙烯绝缘,护套) 单价10元/米 总价6万；RT

10、D：200点，需三芯屏蔽电缆6km，规格 3×1.0 屏蔽 单价8.5元/米总价5.1万元；备用测点不考虑电缆费用；通讯电缆2km 普通屏蔽双绞线规格2×1.0 屏蔽 单价8元/米总价1.6万 现场电缆敷设费用少、无隔离器、接线端子、机柜费用，需约3万总计15.7万合计84万元157万元注：1单台200MW火电机组主辅机金属温度群I/O测点按400点计算。不同的设计单位和用户对I/O测点规模有不同的要求，以上测点规模是根据实际情况建议采用规模。2电缆、电缆敷设费用、安全栅、隔离器、接线端子，机柜费用由于受电缆走向、电子间设置点的不同，和材料的不同无法具体统计精确数据，以上报

11、表数据为最低保守数据！综合上表所述：采用国产分布式远程智能I/O 进行辅助测点监视，即“锅炉和汽机的金属温度；发电机的线圈、铁芯、氢气和冷却水温度；不仅可减少控制盘台的数量，缩小控制室面积和空间使控制室整齐美观，而且可有效提高视点的可靠性、测量精度，由于分布式远程智能I/O体系结构上的改变，分布式远程智能I/O比DCS更节约硬件设备，使用分布式远程智能I/O，可以大量的减少安全栅、隔离器、I/O模件、现场电缆和接线端子，这样就节省了I/O装置以及安装这些装置的机柜和空间，同时大大地减少了安装费用。节省投资费用预算如下：单台300MW火电发电机组即可节省：68.3万（RMB）费用；两台300MW

12、火电发电机组即可节省：136.6万（RMB）费用； 五、“893-DCB”技术特点1. 工业以太网和现场总线相融合的完全的分布式系统。有些分布式系统的数据测控系统，为了考虑在子站的配置及扩充上提供较大的灵活性，往往在设计上采用插板式结构。这种形式的子站往往不能适应现场防尘、防潮的要求，只能将它们放置于环境条件良好的室内（例如主控室），现场信号仍然要通过电缆引到专门的控制室，这样就必须在现场敷设大量的长距离的信号电缆。这不但大大增加了安装成本，而且给安装维护工作带来极大不便，在老项目改造中有时根本行不通或者成本巨大；同时信号的远距离传输，必然会引入现场的各种干扰，特别在电磁环境差的现场条件下常常

13、造成信号检测的不稳定，严重时将使整个子站乃至整个系统都不能正常工作。另外虽然子站上可以插接较多的插件板，以增加子站的测量路数和可接信号的类型，但这些插件板都具有很多公共部分（如公共主处理器板，网络通讯板和电源部件等）。一旦这些公共部分出现故障，整个子站将陷入瘫痪，信号接入越多危险就越集中。“893-DCB”在结构设计上完全摒弃了传统形式，采用模块化积木式组合方式，可以在被测信号处就地安装，具有极强的防尘、防潮、防震能力，并具有体积小重量轻的特点。所有的智能前端仅共用一根（或冗余的二根）双绞屏蔽电缆与主机通讯，这就给现场布线带来了极大的方便，节省了大量的安装费用，特别对老项目改造极为有利。就地安

14、装还使得信号传输的距离大大缩短，有利于防止各种干扰，大大地提高了测量精度。同时这种全密封模块化结构的智能前端都具有独立的主处理器电路、网络通讯接口电路和电源电路以及固定的测控通道数。这样将数据测控系统的公共部分降低到最低限度，真正体现了分布式系统 “危险分散”原则，避免了因局部故障而导致大量测控通道瘫痪的可能性。“893-DCB”是在拓扑结构上做到了分布式而且在地理安装位置上也做到了分散的数据测控系统，特别是893-DCB分层分区的网络架构融合了具有现场总线产品和工业以太网的优点，系统的维护扩充快速高效。2. 纵向分层横向分区的网络架构，易扩展，系统可靠性高。“893-DCB”控制系统的主机以

15、IPC系列、PLC或DCS等作为主站，在“893-DCB”中允许挂接多台主机。这些主机均具有直接与网络上所挂前端进行通讯的能力，共享网络资源。在主控室和多个职能部门共享现场测控数据，为多部门直接了解生产现场的情况提供了方便。在多主机系统中还可以实现热机备用，一旦某台主机出现故障，另一台备用主机便可立即自动投入运行，使得“893-网络”具有高可靠性和更加广泛的适应性。通过区域控制智能前端DCB1001可以优化整个控制系统的结构，首先能把整个网络根据生产工艺要求和地理分布要求实现彻底的电气和逻辑隔离，局部的故障不会影响整个网络（一般的总线网络大多存在这个问题）。其次区域控制智能前端能够方便实现自我

16、控制、保护和管理的自治区域性的局部控制系统。既可以与上层控制系统并网运行，也可以独立运行。3. 系统开放性好，组建方式灵活，扩充升级方便。“893-DCB”采用开放的标准通讯协议（MODBUS RTU或MODBUS TCP），可以与PLC、DCS、通用组态软件等直接通讯，组建方式灵活，适应多种应用需求。“893-DCB”的测控前端采用模块化结构设计，使得系统大小的组建相当灵活，系统可以由几台或者几百台的智能前端组成。增加系统的功能或扩展系统的规模均由增加前端的类型或数量来实现，仅仅需要对原系统做简单的调整。另外，“893-DCB”的安装成本非常低，系统的软件工作量小，硬件安装调试量极小，对一般

17、的DAS或DCS或PLC系统来说，由厂里的一般技术人员就能自行完成系统的组建和扩充工作。系统的可靠性高，性能好，功能强，维护量小，所以整个数据测控系统的性能价格比高。4. 系统操作方法简单，人机界面友好，维护管理方便。“893-网络”的使用不要求系统开发和应用工程师具有计算机硬件和程序设计方面的专门知识，便可以在极短的时间内熟练掌握网络的应用方法，并用于集成应用系统。“893-DCB”提供完整的基于Modbus/RTU和以太网的分布式I/O解决方案，标准的OPC(OLE for Process Control)服务器可以高效完成与其它控制系统的集成，提高了系统的开放性和互操作性，可以高效快速地

18、和常见的SCADA/ HMI以及PLC、DCS等进行通讯。另外用户也可选用“893-iDCS”则可直接采用组态方式构造应用软件。5. 双网冗余，通讯速率高，传输距离远，可挂前端多，实时性好。893DCB系统中多个智能前端处于独立并行工作状态，数据采集和控制速度非常快，加上网络通讯速率的保障，使得“893-网络”可以在1秒内完成千点以上的实时数据的测量和接收。现场控制网络可以选择双网冗余，大大降低单个网络故障而导致系统瘫痪的可能性。用户还可以在网络上智能区域控制前端DCB1001扩展网络的传输距离和可挂前端的数量，实现网络的纵向分层横向分区，这不仅提高了测控系统的实时性，还为被测控对象和整个网络

19、的安全可靠提供了技术保障，即使网络通讯电缆在较恶劣的电磁环境中穿过也可保证通讯的正常可靠。6. 测控前端智能化程度高，功能强，品种全，测控精度高。“893-DCB”拥有多种类型的测控前端，可以实现对各种直流模拟量（电压、电流、电阻、应变、各种热电偶和热电阻、压力、流量、功率等）、工频交流量（交流电流、电压、频率、功率因数、有功功率、无功功率、有功电度、无功电度等）、各种数字量（开关状态检测，事件捕获，测频计数和开关输出控制等）的监测和控制。直流模拟量测量前端的测量精度高达0.05级。数字量测量前端对开关状态跳变的反应速度快，事件捕获精度高达1mS，这对精确记录开关跳闸的先后顺序判断事故的原因等

20、都是十分方便的。“893-DCB”的每一台智能前端都可完成多种功能如：各种热电偶、热电阻测温时的非线性转换、热电偶的冷端自动补偿、多阶函数运算、参数越限报警、零点增益自校正、量程自动转换、模式在线修改和固化、硬件自诊断、掉电保护、可组态编程等，这样进入主机的数据就已经是完全处理好了的最终结果。在确保产品的可靠性、实用性的基础上，在工程实践中不断追求产品的先进性、功能完备性和高智能化。7. 系统采用了严格的电气隔离技术，抗干扰能力强，安全可靠性高。有些数据测控系统，多块电路插板共插在一机箱内，它们往往是共地系统。这种系统的测控精度和可靠性常常受电路插件板类型和输入信号类型的影响。比如模拟测量电路

21、易受到数字电路高频幅射干扰和地线噪音干扰。在接入现场信号时，由于现场信号往往携带不同程度的共模电压（有的高达上百伏），各块插件板所接信号又不同，就有可能在插件板之间产生地线回流从而影响测量精度。在“893-DCB”网络上，每一台智能前端与网络通讯线的连接均经过了电气隔离，各前端之间不存在共地问题，避免了测控电路板之间的相互干扰和地线回流等问题，同时智能前端的各个功能部件之间也采取了对应的隔离技术保障多个信号的测量控制的稳定可靠。“893-DCB”的完善的隔离技术不仅保证了整个系统具有很强的抗干扰能力和很高的测控精度，而且也为被测控对象和整个网络的安全可靠提供了保障。可以排除因某一测控前端出现异

22、常情况（如串入高压、元器件损坏等）时可能导致整个网络的损坏或工作瘫痪，也可以满足一些控制系统中对电气隔离所提出的要求。8. 通讯管理智能前端使用灵活，方便多种现场智能仪表和其他控制网络集成。“DCB1002”智能通讯管理前端提供2个以太网口和5个RS-232或RS-485接口，用于不同的通讯协议的智能设备或其他控制网络的快速集成并组网。通讯协议可组态、可定制。可以把不同通讯协议的多个智能设备或网络的快速集成组网，充分保障用户原有投资，高效实现原有系统的扩充升级。四、893DCB系列产品的优势1. 893系列产品经历了长期的多种复杂现场运行的运行考验“893-IDCN”是我们在国内首创的远程智能

23、I/O产品，自1989年10月第一代便已投入工业现场运行，经受了长期工业现场的考验，特别是在一些环境恶劣场合下的长期安全可靠运行充分证明了“893-网络”的产品质量是十分优良稳定和可靠的。这是一般刚推出或运行时间短可能存在潜在问题的一些系统所不能相比的。多年来我们不断创新，先后推出多个系列893-网络产品，893-DCB系列充分融合了以太网和现场总线产品的优势新一代分布式测控网络。2. 893系列产品是在多个行业拥有大量用户的分布式控制网络目前全国有400多家电力、化工、机械、冶金行业的工矿企业、大专院校、科研院所、防护工程等成为“893-网络”的用户，其中电力部门用户占80%以上，并出口国外

24、。许多用户是长期、多次使用“893-网络”。用户的信任是对“893-网络”先进的性能，优异的质量和完善的服务最充分的肯定。3. 893系列产品具有完全的自主知识产权和持续的创新能力长期的工程实践和科研开发，我们拥有一支具有深厚的专业知识、丰富的理论和实践经验、经过专业培训的管理人员和高中级工程技术人员所组成的专业技术队伍，构造了“以实时数据为基础的监控和管理”技术开发平台。我们能及时跟踪世界最新先进技术，在不断的工程实践中开发出更加优秀的现场测控系列产品。实际上“893-网络”从1989年10月投入现场运行以来，我们一直跟踪技术的进步，注重创新。我们先后推出了：893-IDCN，893-LM，893-EF，893-CAN，893-DCB等多个系列的网络控制产品。4. 89