摘 要：妈湾发电总厂6台300MW机组，1、2号机组分散控制系统DCS采用了ABB公司的INFI-90，3、4号机组采用了ABB公司的PROCONTROL-P，5、6采用上海新华公司的XDPS-400，这是XDPS-400在新建300MW机组的首次应用。这期项目新华公司对原有系统作了许多改进，如网络结构、I/O卡件等。
关键词：分散控制系统；机组；硬件；软件
一、概 述
深圳西部电厂5、6号机组是妈湾电厂扩建项目，新建两台300MW燃煤机组。炉、机、电全部采用哈尔滨动力集团的产品。建成后，妈湾电厂的总装机容量为6╳300MW。
锅炉系哈尔滨锅炉厂的亚临界，燃煤，一次中间再热，强制循环汽包锅炉，采用单炉膛兀型布置，四角切园燃烧，平衡通风，露天布置，固态排渣，全钢架悬吊结构。点火及助燃采用0#轻柴油，过热器采用一、二级喷水减温方式，再热器采用摆动火嘴和喷水方式调节。锅炉设置6层煤燃烧器和3层油燃烧器。
汽机为系哈尔滨汽轮机厂亚临界一次中间再热冷凝式汽轮机，单轴、双缸双排汽、高中压合缸、低压缸双流程。
发电机采用哈尔滨电机厂按引进西屋公司技术生产的300MW水氢氢汽轮发电机和自并励静止励磁系统。型号：QFSN-300-2。
分散控制系统DCS采用国产新华控制工程有限公司的XDPS-400。XDPS是新华分散处理系统（XinHua Distributed Processing System）的缩写。西部电厂是XDPS-400对于新建300MW机组的首次应用。项目于2001年7月签定合同，2001年12月控制机柜到货，开始安装。2002年4月工程进入调试阶段。2002年9月12日，5号机组一次并网成功。2002年11月1日，5号机组168小时满负荷试运一次成功。5号机组自试运到168小时通过，未发生一起DCS原因机组跳闸，未发生一起非计划停机。移交生产至今也未发生一起DCS原因机组跳闸。说明国产分散控制系统的可靠性完全满足300MW机组的控制、保护要求。
二、控制范围
深圳西部电厂5、6号机组延续了前4台机组的一体化设计，一体化的范围比前期工程更广。DCS包括常规数据采集系统DAS、炉膛安全监控系统FSSS、协调控制系统CCS、顺序控制系统SCS、汽机电液调节系统DEH、小汽机电液调节系统MEH、汽机紧急跳闸系统ETS、锅炉旁路控制系统BPC，还包括烟气脱硫控制系统FGDCS、电气控制系统ECS和两台机组公用部分的控制。
2.1 I/O总点数
5、6号机组I/O总点数达到6065点，两台机组公用部分为954点。具体点数分布如表1和表2。
2.2 DCS控制电气部分
电气进入DCS的控制范围
a) 发电机变压器组控制对象包括发电机变压器组220kV断路器、隔离开关、主变压器冷却器、发电机磁场开关、AVR运行方式的设置和调节、自动准同期装置等。
b) 高压厂用工作电源控制对象包括6kV工作电源断路器、6kV备用电源断路器、变压器散热器。
c) 低压厂用工作电源控制对象包括低压厂用变压器6kV和380V侧断路器分、合等。
d) 辅助车间低压厂用变压器6kV侧断路器分、合。
e) PC到机、炉MCC电源侧的断路器分、合。
f) 单元程控电动机的起、停。
g) 保安电源系统各电源侧断路器分、合及柴油发电机的起、停。
h) 起备变220kV断路器、隔离开关、变压器散热器以及有载调压开关的控制。
i) 电气倒闸操作、停送电操作的有关安全措施及有关开关之间的闭锁功能，其逻辑在DCS中实现。
三、分布式处理单元DPU和I/O卡件
3．1 DPU分布式处理单元
DPU即分布式处理单元，是XDPS-400的过程控制站，是DCS的核心。DPU就是一台小型的工业PC，采用Intel公司的Pentium 233的中央处理器，配置32MB RAM，ISA总线板，可读写永久存贮器DiskOnChip 24MB。分布式处理单元DPU存储系统信息和过程控制策略与数据，通过冗余的实时数据网络与MMI节点及其它DPU连接，通过I/O网络与I/O站节点连接，提供双向的信息交换，实现各种控制策略，完成数据采集、模拟调节、顺序控制、高级控制、专家系统等功能要求。
3．2 I/O卡件
I/O站由机箱、I/O总线板、I/O站通讯卡、I/O卡组成。每个I/O站可安装14块卡件。其中，I/O站通讯卡二块，I/O卡件12块。I/O通讯卡与冗余DPU通讯，I/O卡分别与相应端子板连接，I/O站根据现场应用场合的不同可以灵活配置。I/O站与DPU安装在DPU机柜内。DPU柜与I/O端子柜配合使用。
深圳西部电厂5、6号机组采用的XDPS-400的I/O卡件基本是新开发的卡件，采用表面安装SMT技术，带8位CPU，输入/输出信号的转换与处理在卡件内完成。卡件的类型有：模拟量输入卡AI、模拟量输出卡AO、数字量输入卡DI、开关量输出卡DO、脉冲量输入卡PI、回路控制卡LC、伺服控制卡LC-S、转速测量卡MCP、伺服阀控制卡VCC、I/O通讯卡BC。
四 系统配置
单元机组共23对DPU，如图1所示共21对 DPU，还有两对DPU用于与外围PLC控制系统的通讯接口，如锅炉吹灰PLC、空预器漏风PLC等。DCS系统按功能划分，DAS系统3对DPU，分别处理锅炉测点；汽机测点；电气开关量以及SOE。FSSS系统3对DPU，分别处理公共逻辑和CD油层；AB油层和煤层A、B、C；EF油层+煤层D、E、F。 CCS系统3对DPU，分别处理协调控制和燃料控制；烟风系统和炉侧单回路调节；汽水系统、旁路和机侧单回路调节。 SCS系统4对DPU，分别处理A侧烟风系统、炉水循环泵和炉侧杂项；B侧烟风系统、电泵和电动门；汽机侧设备A；汽机侧设备B。DEH系统2对DPU，分别处理基本控制；汽机自启动ATC。MEH系统2对DPU，分别处理两台小汽机。ETS系统1对DPU。FGDCS系统1对DPU，负责处理烟气海水脱硫控制系统。ECS系统2对DPU，分别处理高压和低压电气部分。
两对通讯的DPU，负责与外围PLC通讯。主要包括锅炉吹灰PLC、空预器漏风PLC、凝结水精处理PLC、锅炉除灰渣PLC、空压机PLC、连续烟气排放监测系统、锅炉泄漏监测系统。通讯采用广泛使用、现成的通讯协议，如TCP/IP，MODBUS，MODBUS PLUS或PROFIBUS。
公用系统设置4对DPU。5、6号公用系统4对DPU，分别处理高、低压厂用电公用系统和空压机。循环水泵房2对DPU，分别处理循环水泵A、B和循环水泵C、D。公用系统设置一台工程师站，不设独立的操作员站，由#5或6机组的DCS操作员站控制，由网关ICI设置相应的切换开关。
五．网络结构
新华公司XDPS-400常规的网络结构为10M/100M以太网，符合IEEE802.3标准。IEEE802.3标准是带有冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）访问方式和物理层规范。XDPS-400常规采用民用交换机，通常为D-LINK的交换机总线连接或星形互连。工业控制采用以太网有下列几个方面的明显优势：低成本，良好的连接性，易于移植到高速网络。电厂分散控制系统DCS对实时控制有非常高的要求。为了进一步提高DCS通讯网络的可靠性，通过调研、比较以太网交换机，选用了德国HIRSCHMANN公司的工业以太网交换机。德国HIRSCHMANN公司的工业以太网交换机的自愈、容错等性能更能满足分散控制系统DCS的需要。
西部电厂5、6号机组网络结构如图1 所示。每台机组设置一个DCS控制网络。其控制包括机组的锅炉(含烟气脱硫系统)、汽机、发变组及厂用电的控制。主干网段采用100M光纤以太网, 拓扑结构为环形连接（逻辑上为总线网），是冗余容错的虚拟环网。网络具有自愈功能，在某一网络节点或某一段光纤发生故障的情况下，其余节点还能正常通讯。同时，又采用冗余配置，与传统的总线网相比安全性有了较大的提高。
光纤交换机采用德国HIRSCHMANN公司的RS2-FX/FX快速以太网交换机。单元机组网络结构中每个光纤交换机与2个RS2-TX交换机组成交换机组，每个交换机组可提供16个RJ45口用于外部联接（即可提供8对DPU的网络联接）。各子系统DPU均有两块网卡，分别与A网和B网相连，通过RS2-TX以太网交换机实现星形互连。考虑到公用系统实时网络站点较少，宜采用星形联接，故不设置光纤交换机，站点之间通过2个RS2-TX交换机联接。
循环水泵房和烟气海水脱硫控制由于距离较远，采用光纤交换机RS2-5FX/TX连接，再通过光端机接入系统。C网是非实时控制网，所以采用了低廉的D-LINK 24口交换机连接。
六．MMI人机接口站
XDPS-400的MMI人机接口站采用Windows NT为平台。MMI包括操作员站、工程师站、历史数据站，均采用相同的硬件平台。西部电厂MMI配置了5台操作员站、1台工程师站和一套大屏幕系统。操作员站采用NEC公司20.1英寸LCD。每台机组的大屏幕系统包括EOS拼接显示系统和4块大屏幕，大屏幕采用BARCO公司的产品，为最新显示技术的84英寸一体化多晶硅背投箱ATLAS CS4 PSI-84。EOS拼接显示系统预装了XDPS-400系统的操作员站显示软件，并且接入了汽包水位电视、炉膛火焰电视和全厂工业电视监视系统。
历史数据站HSU储存所有历史数据，XDPS-400的操作员站OPU不储存任何数据信息，历史趋势图、操作报警信息、SOE等都依赖历史数据站的正常工作。西部电厂5、6号机组还首次采用了PCI卡的全球定位系统GPS方案。该方案采用了一块GPS卡，安装于历史数据站的PCI的插槽中。该卡与GPS的对时精度可以达到1ms。历史数据站接受来自GPS的对时信号，再通过网络对所有DPU进行对时。
DCS系统报警显示分成三级处理：操作员站上设有常显报警区实现常规报警；所有相对重要的报警信号均能在大屏幕上弹出软光字牌；最重要的报警信号将能在操作员站上弹出报警框，同时发出语音报警。
七.结论
XDPS-400分散控制系统硬件可靠，软件组态功能强大，已经完全可以满足新建300MW燃煤机组的需要。
关键词：分散控制系统；机组；硬件；软件
一、概 述
深圳西部电厂5、6号机组是妈湾电厂扩建项目，新建两台300MW燃煤机组。炉、机、电全部采用哈尔滨动力集团的产品。建成后，妈湾电厂的总装机容量为6╳300MW。
锅炉系哈尔滨锅炉厂的亚临界，燃煤，一次中间再热，强制循环汽包锅炉，采用单炉膛兀型布置，四角切园燃烧，平衡通风，露天布置，固态排渣，全钢架悬吊结构。点火及助燃采用0#轻柴油，过热器采用一、二级喷水减温方式，再热器采用摆动火嘴和喷水方式调节。锅炉设置6层煤燃烧器和3层油燃烧器。
汽机为系哈尔滨汽轮机厂亚临界一次中间再热冷凝式汽轮机，单轴、双缸双排汽、高中压合缸、低压缸双流程。
发电机采用哈尔滨电机厂按引进西屋公司技术生产的300MW水氢氢汽轮发电机和自并励静止励磁系统。型号：QFSN-300-2。
分散控制系统DCS采用国产新华控制工程有限公司的XDPS-400。XDPS是新华分散处理系统（XinHua Distributed Processing System）的缩写。西部电厂是XDPS-400对于新建300MW机组的首次应用。项目于2001年7月签定合同，2001年12月控制机柜到货，开始安装。2002年4月工程进入调试阶段。2002年9月12日，5号机组一次并网成功。2002年11月1日，5号机组168小时满负荷试运一次成功。5号机组自试运到168小时通过，未发生一起DCS原因机组跳闸，未发生一起非计划停机。移交生产至今也未发生一起DCS原因机组跳闸。说明国产分散控制系统的可靠性完全满足300MW机组的控制、保护要求。
二、控制范围
深圳西部电厂5、6号机组延续了前4台机组的一体化设计，一体化的范围比前期工程更广。DCS包括常规数据采集系统DAS、炉膛安全监控系统FSSS、协调控制系统CCS、顺序控制系统SCS、汽机电液调节系统DEH、小汽机电液调节系统MEH、汽机紧急跳闸系统ETS、锅炉旁路控制系统BPC，还包括烟气脱硫控制系统FGDCS、电气控制系统ECS和两台机组公用部分的控制。
2.1 I/O总点数
5、6号机组I/O总点数达到6065点，两台机组公用部分为954点。具体点数分布如表1和表2。
2.2 DCS控制电气部分
电气进入DCS的控制范围
a) 发电机变压器组控制对象包括发电机变压器组220kV断路器、隔离开关、主变压器冷却器、发电机磁场开关、AVR运行方式的设置和调节、自动准同期装置等。
b) 高压厂用工作电源控制对象包括6kV工作电源断路器、6kV备用电源断路器、变压器散热器。
c) 低压厂用工作电源控制对象包括低压厂用变压器6kV和380V侧断路器分、合等。
d) 辅助车间低压厂用变压器6kV侧断路器分、合。
e) PC到机、炉MCC电源侧的断路器分、合。
f) 单元程控电动机的起、停。
g) 保安电源系统各电源侧断路器分、合及柴油发电机的起、停。
h) 起备变220kV断路器、隔离开关、变压器散热器以及有载调压开关的控制。
i) 电气倒闸操作、停送电操作的有关安全措施及有关开关之间的闭锁功能，其逻辑在DCS中实现。
三、分布式处理单元DPU和I/O卡件
3．1 DPU分布式处理单元
DPU即分布式处理单元，是XDPS-400的过程控制站，是DCS的核心。DPU就是一台小型的工业PC，采用Intel公司的Pentium 233的中央处理器，配置32MB RAM，ISA总线板，可读写永久存贮器DiskOnChip 24MB。分布式处理单元DPU存储系统信息和过程控制策略与数据，通过冗余的实时数据网络与MMI节点及其它DPU连接，通过I/O网络与I/O站节点连接，提供双向的信息交换，实现各种控制策略，完成数据采集、模拟调节、顺序控制、高级控制、专家系统等功能要求。
3．2 I/O卡件
I/O站由机箱、I/O总线板、I/O站通讯卡、I/O卡组成。每个I/O站可安装14块卡件。其中，I/O站通讯卡二块，I/O卡件12块。I/O通讯卡与冗余DPU通讯，I/O卡分别与相应端子板连接，I/O站根据现场应用场合的不同可以灵活配置。I/O站与DPU安装在DPU机柜内。DPU柜与I/O端子柜配合使用。
深圳西部电厂5、6号机组采用的XDPS-400的I/O卡件基本是新开发的卡件，采用表面安装SMT技术，带8位CPU，输入/输出信号的转换与处理在卡件内完成。卡件的类型有：模拟量输入卡AI、模拟量输出卡AO、数字量输入卡DI、开关量输出卡DO、脉冲量输入卡PI、回路控制卡LC、伺服控制卡LC-S、转速测量卡MCP、伺服阀控制卡VCC、I/O通讯卡BC。
四 系统配置
单元机组共23对DPU，如图1所示共21对 DPU，还有两对DPU用于与外围PLC控制系统的通讯接口，如锅炉吹灰PLC、空预器漏风PLC等。DCS系统按功能划分，DAS系统3对DPU，分别处理锅炉测点；汽机测点；电气开关量以及SOE。FSSS系统3对DPU，分别处理公共逻辑和CD油层；AB油层和煤层A、B、C；EF油层+煤层D、E、F。 CCS系统3对DPU，分别处理协调控制和燃料控制；烟风系统和炉侧单回路调节；汽水系统、旁路和机侧单回路调节。 SCS系统4对DPU，分别处理A侧烟风系统、炉水循环泵和炉侧杂项；B侧烟风系统、电泵和电动门；汽机侧设备A；汽机侧设备B。DEH系统2对DPU，分别处理基本控制；汽机自启动ATC。MEH系统2对DPU，分别处理两台小汽机。ETS系统1对DPU。FGDCS系统1对DPU，负责处理烟气海水脱硫控制系统。ECS系统2对DPU，分别处理高压和低压电气部分。
两对通讯的DPU，负责与外围PLC通讯。主要包括锅炉吹灰PLC、空预器漏风PLC、凝结水精处理PLC、锅炉除灰渣PLC、空压机PLC、连续烟气排放监测系统、锅炉泄漏监测系统。通讯采用广泛使用、现成的通讯协议，如TCP/IP，MODBUS，MODBUS PLUS或PROFIBUS。
公用系统设置4对DPU。5、6号公用系统4对DPU，分别处理高、低压厂用电公用系统和空压机。循环水泵房2对DPU，分别处理循环水泵A、B和循环水泵C、D。公用系统设置一台工程师站，不设独立的操作员站，由#5或6机组的DCS操作员站控制，由网关ICI设置相应的切换开关。
五．网络结构
新华公司XDPS-400常规的网络结构为10M/100M以太网，符合IEEE802.3标准。IEEE802.3标准是带有冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）访问方式和物理层规范。XDPS-400常规采用民用交换机，通常为D-LINK的交换机总线连接或星形互连。工业控制采用以太网有下列几个方面的明显优势：低成本，良好的连接性，易于移植到高速网络。电厂分散控制系统DCS对实时控制有非常高的要求。为了进一步提高DCS通讯网络的可靠性，通过调研、比较以太网交换机，选用了德国HIRSCHMANN公司的工业以太网交换机。德国HIRSCHMANN公司的工业以太网交换机的自愈、容错等性能更能满足分散控制系统DCS的需要。
西部电厂5、6号机组网络结构如图1 所示。每台机组设置一个DCS控制网络。其控制包括机组的锅炉(含烟气脱硫系统)、汽机、发变组及厂用电的控制。主干网段采用100M光纤以太网, 拓扑结构为环形连接（逻辑上为总线网），是冗余容错的虚拟环网。网络具有自愈功能，在某一网络节点或某一段光纤发生故障的情况下，其余节点还能正常通讯。同时，又采用冗余配置，与传统的总线网相比安全性有了较大的提高。
光纤交换机采用德国HIRSCHMANN公司的RS2-FX/FX快速以太网交换机。单元机组网络结构中每个光纤交换机与2个RS2-TX交换机组成交换机组，每个交换机组可提供16个RJ45口用于外部联接（即可提供8对DPU的网络联接）。各子系统DPU均有两块网卡，分别与A网和B网相连，通过RS2-TX以太网交换机实现星形互连。考虑到公用系统实时网络站点较少，宜采用星形联接，故不设置光纤交换机，站点之间通过2个RS2-TX交换机联接。
循环水泵房和烟气海水脱硫控制由于距离较远，采用光纤交换机RS2-5FX/TX连接，再通过光端机接入系统。C网是非实时控制网，所以采用了低廉的D-LINK 24口交换机连接。
六．MMI人机接口站
XDPS-400的MMI人机接口站采用Windows NT为平台。MMI包括操作员站、工程师站、历史数据站，均采用相同的硬件平台。西部电厂MMI配置了5台操作员站、1台工程师站和一套大屏幕系统。操作员站采用NEC公司20.1英寸LCD。每台机组的大屏幕系统包括EOS拼接显示系统和4块大屏幕，大屏幕采用BARCO公司的产品，为最新显示技术的84英寸一体化多晶硅背投箱ATLAS CS4 PSI-84。EOS拼接显示系统预装了XDPS-400系统的操作员站显示软件，并且接入了汽包水位电视、炉膛火焰电视和全厂工业电视监视系统。
历史数据站HSU储存所有历史数据，XDPS-400的操作员站OPU不储存任何数据信息，历史趋势图、操作报警信息、SOE等都依赖历史数据站的正常工作。西部电厂5、6号机组还首次采用了PCI卡的全球定位系统GPS方案。该方案采用了一块GPS卡，安装于历史数据站的PCI的插槽中。该卡与GPS的对时精度可以达到1ms。历史数据站接受来自GPS的对时信号，再通过网络对所有DPU进行对时。
DCS系统报警显示分成三级处理：操作员站上设有常显报警区实现常规报警；所有相对重要的报警信号均能在大屏幕上弹出软光字牌；最重要的报警信号将能在操作员站上弹出报警框，同时发出语音报警。
七.结论
XDPS-400分散控制系统硬件可靠，软件组态功能强大，已经完全可以满足新建300MW燃煤机组的需要。
