[行业技术文章]浅谈汽轮机DCS集散控制系统产品开发

      摘要:随着电力资本的不足，推动电站汽轮机、燃汽轮机市场的快速成长，新发机电组招标和老机改造正在紧锣密鼓的蓄势待发。而基于我们轻车熟路的DEH控制系统却慢慢将被DCS系统所取代。我们的糊口生涯面临着严肃的挑战。我们呕心沥血设计、调试的多种DEH控制系统成功投进运行，却没有一个系统的常识产权是完全属于自己的。绩被他人一个个地写进产物样本中，而配套产物成本完全受制于成套供给商，而且年夜有慢慢蚕食我们打下的全国之势。我们事实是否需要开发自己DCS系统以完善配套DEH控制系统、慢慢扩大我们的市场空间，仍是维持现状坐观工控工的日新月异的成长？下面我就针对以上情况谈一点自己的看法，供向导和有识之士参考。 

      1.集散控制系统DCS与现场总线控制系统FCS的比力 

      1.1概述FCS、DCS 

       FCS是在DCS的根蒂根基上成长起来的，FCS顺应了自动控制系统的成长潮水，它势必替换DCS。这已经是内助士的基本共识。然而，任何新事物的发生，成长都是在对往事物的扬弃中进行的，FCS与DCS的关系必然也不破例。FCS代表潮水与成长标的目的，而DCS则代表传统与成熟，也是独具势的事物。出格是现阶段，FCS尚没有统一的尺度而呈群雄逐鹿之势，DCS则以其成熟的成长，完整的功能及普遍的运用而占居着一个尚不成完全替换的地位。本人认为：现场总线控制系统FCS应当与集散式控制系统DCS相互兼容。 

      不管是FCS或是DCS，它们终是为了知足整个生产进程而进行的系统控制(PCS)。 

      首先以工程成本与效益看，现场总线的基本势是秀的互操作性；结构简单，从而布线费用低；控制功能涣散，灵活靠得住，和现场信息丰硕。然而这些势是建立在 FCS系统初装的条件下，倘诺企建立有完善的DCS，现在要向FCS过渡，则必需仔细斟酌现有投资对已有投资的回报率。充实哄骗已有的DCS举措措施，现有DCS的布线和成熟的DCS控制经管方式来实现FCS是我们应选之途。 

      虽然现场总线对已有的数字现场协议有势可言，但向其过渡的价格与风险是必需分析清晰的。再者，从技术的继续及控制手段上，也要求FCS与DCS应相兼容。FCS实现控制功能下移至现场层，使DCS的 多层网络被扁平化，各个现场装备节点的自力功能得以增强，是以，在FCS中有需要增加和完善现场子层装备间的数据通讯功能。 

      由于历史的缘由，DCS凡是拥有年夜型控制柜用以协调各个装备，同时更强调层与层的数据传输。可见，两种控制在策略上各具势。DCS适用于较慢的数据传输速度；FCS则更适用于较快的数据传输速度，和更灵活的处置数据。然而，当数据跨越一定值过于偏年夜时，若是同层的装备过于自力，则很容易致使数据网络的梗塞。要解决这个问题，拟设立一个适当的监控层用以协调相互通讯的装备，必然是有益的，DCS就能轻松地胜任这一工作。可见，为使FCS的控制方式和手段完善化，是有需要借鉴DCS的一些控制思想的。 

       要掌控新世纪工进程控制的成长趋向，不管在学术研究或是工程运用方面都有需要使FCS综合与继续DCS的成熟控制策略；与此同时，DCS的成长也应追寻FCS控制策略的新思想，使其具有新的生命力。DCS应能动地将底层控制权交付给FCS系统，将较高层的系统协调经管功能发扬光年夜，完成对新时代，新形势的工控制系统的智能装备集成。 

     1.2现场总线传输特点 

     现场总线控制系统(FCS)是顺应智能现场仪表而成长起来的。它的初衷是用数字通讯取代4－20mA模拟传输技术，但随着现场总线技术与智能仪表管控一体化(仪表调校、控制组态、诊断、报警、记实)的成长，在控制领域内引发了一场的革命。控制家们纷纷预言：FCS将成为21世纪控制系统的主流。 

      然而就在人们沸沸扬扬的对FCS进行概念炒作的时辰，却没有注重到它的成长在某些方面的不协调，其主要浮现在迄今为止现场总线的通讯尺度还没有统一，这使得各厂商的仪表装备难以在分歧的FCS中兼容。此外，FCS的传输速度也不尽人意，以基金会现场总线(FF)正在制定的尺度为例，它采用了ISO的参考模子中的3层(物理层、数据链路层和运用层)和特点的用户层，其低速总线H1的传输速度为31.25kbps，高速总线H2的传输速度为1Mbps或2.5Mbps，就针对西门子推出的PROFIBUS总线而言:其市场站有率相对较年夜，但由于受通讯线路长度的影响，在100M线路长度下高通讯速度为12Mbps，这在有些场所下仍没法知足实时控制的要求。由于上述缘由，使FCS在工控制中的推行运用遭到了一定的限制。当人们冷静下来对这些问题进行思虑时，不由想起了在商网络中普遍运用的以太网。 

      以太网具有传输速度高、低耗、易于安装和兼容性好等方面的势，由于它支持几近所有流行的网络协议，所以在商系统中被普遍采用。可是传统以太网采用总线式拓朴结构和多路存取载波侦听碰撞检测(CSMA/CD)通讯方式,在实时性要求较高的场所下，重要数据的传输进程会发生传输延滞，这被称为以太网的“不肯定性”。研究讲明：商以太网在工运用中的传输延滞在2～30ms之间，这是影响以太网持久没法进进进程控制领域的重要缘由。是以对以太网的研究具有工程实用价值，从而发生了一种新型以太网。 

      1.3工以太网的研究现状 

      近年来控制与通讯工程师们致力于新型工以太网的研究工作，其中有代表性的是FF制定的快速以太网尺度，其传输速度为100Mbps。综观工以太网的研究现状，泛起了两个值得注重的成长标的目的：以太网集线器和具有实时功能的以太网的协议。 

      a.以太网集线器 

　　FF将以太网技术加进到H2协议中，并以它作为H2的底层协议，其网络采用星型拓朴结构。 

　　集线器(HUB)置于网络中心并经由过程以太网I/O接口挂接现场装备，其中实时现场仪表和普通现场仪表(经由过程通道组)划分挂接在分歧的以太网I/O接口上。以太网I/O接口高速(约100 kHz)扫描所有实时现场仪表和通道组，然后传送数据包到上层控制器。 

      凡是普通控制算法在现场控制器中进行(可由上层控制器下载)，而控制算法例在上层控制器中进行，其控制输出经以太网集线器和以太网I/O接口授输到现场执行仪表。由于实时现场仪表挂接在用的以太网进口地址，并用完全分手的线路传输数据，所以保证了实时数据不会发生传输延滞和线路阻塞。 

      集线器作为网络的仲裁器，除控制通讯双方的传输时间外，还对传输的数据包进行先级设置，使每条信息都包括传输先级等实时参数。此外智能化的集线器还可以动态检测需要通讯的现场装备所在以太网I/O口，并为之提供数据缓冲区，这样可年夜年夜缩短现场装备的响应时间和削减数据的重发次数。集线器与其它集线器相连可实现分歧网络之间的数据同享。 

      经验证这类采用以太网集线器技术的FCS可以使实时数据的延迟时间控制在200纳秒的范围之内，这已足以知足大都场所的实时控制要求。