摘　要：結合深圳媽灣發電總廠一、二、三期工程6×300 MW機組熱工控制系統的設計和應 用情況，從系統硬件、軟件、分散度、可靠性及一體化程度等方面對INFI-90型、PROCONTR OL-P型和XDPS-400型分散控制系統（DCS）進行了分析、比較。總體來說，XDPS-400型DC S在諸多方面，特別是人機接口方面具有一定的優勢，但系統資料有待完善；隨著電子技術的發展，INFI-90型DCS的人機接口部分和系統開放程度會得到加強；而PROCONTROL-P型DCS則屬于過時的產品，將會被市場淘汰。 　　關鍵詞：分散控制系統；硬件；軟件；分散度；可靠性；比較 Comparison among INFI-90, PROCONTROL-P and XDPS-400 distributed control systems 　　Abstract: In combination with the design and application of t he distributed con trol systems （DCS） for 6×300 MW units in Phase Ⅰ～Ⅲ projects of Shenzhen Mawa n General Power Plant, a comparison among INFI-90, PROCONTROLP and XDPS-400 DCS is made in terms of their system hardware, software, degree of decentralization , reliability and integration. Generally speaking, XDPS-400 DCS is advantageous in many aspects, especially in manmachine interface; yet there is still room f o r improvement in system data. The manmachine interface and the opening level o f INFI-90 will be strengthened with the development of electronic technology, bu t the outmoded PROCONTROL-P will fall into disuse. 　　Key words: DCS;hardware;software;degree of decentralization;reli ability;comparison 　　深圳媽灣發電總廠總裝機容量6×300 MW，6臺機組的主機及主要輔機都基本相同。其中分散控制系統（DCS）采用了3套完全不同的控制系統：1號和2號機組采用美國Bailey公司的INFI-90型DCS，兩臺機組分別于1993年和1994年投產；3號和4號機組采用瑞士ABB公司的PR OCO NTROL-P型DCS，兩臺機組分別于1996年和1997年投產；5號和6號機組采用上海新華公司的X PDS-400型DCS，兩臺機組分別于2002年11月和2003年7月投產。 　　本文結合DCS在媽灣發電總廠的應用情況，對這3種型號DCS進行比較。 1 硬件比較 1.1網絡結構 　　INFI-90型DCS采用冗余廠環（plant loop）結構將各中央處理單元及運行人員接口站（ OIS）連接起來，通信介質為同軸電纜。這種環網結構對電纜質量及各接點接觸電阻的要求較高，一旦環路中出現斷點或接觸不良，數據通信即受阻；另外，通信速度不高，且擴展性不好。媽灣發電總廠2號機組曾多次發生由于同軸電纜故障造成通信中斷的故障，危及機組的安全運行。以同軸電纜作為通信介質確實存在其固有的缺陷。 　　PROCONTROL-P型DCS雖然采用了局域網結構，但仍然以同軸電纜作為通信介質，同軸電纜的固有缺陷依然存在。由于人機接口部分與實時控制系統之間是通過服務器進行連接的，因此運行中對服務器的要求較高，一旦服務器出現問題，設備即失去監視和控制。媽灣發電總廠曾出現因為服務器死機而使現場設備失去監視和控制超過20 min的現象。 　　XDPS-400型DCS的數據高速公路網絡采用了具有自愈功能的冗余容錯環形光纖以太網，分布式過程控制單元的輸入輸出（I/O）總線采用以5類雙絞線為通信介質的以太網技術。從根本上克服了同軸電纜的先天不足，雙環中任一結點出現斷點不會造成系統通信中斷，且由于人機接口系統和分散處理單元均采用相同的通信協議（即TCP/IP通信協議），使得通信硬件和軟件都變得非常簡單明了，系統的擴展也變得非常容易。 1.2模件 　　INFI-90型DCS的控制模件種類不算太多，功能也較強大，然而它的一些子模件損壞率較高，如數字量輸入子模件DSI02在媽灣發電總廠的損壞率就較高。損壞率高的主要原因是隔離措施不夠完善。 　　在PROCONTROL-P型DCS中，P14的模件雖然沒有主模件和子模件之分，也沒有輸入模件和輸出模件之分，模件的功能和通用性都較強，但是，由于PROCONTROL-P型DCS為P13和P14兩個新舊系統的組合體，兩個新舊系統有其各自的系列模件，兩個系統之間還有較多的通信模件，因此，總的來說模件種類顯得多而雜。 　　如去除汽輪機數字電液控制系統（DEH）和汽動給水泵汽輪機電液控制系統（MEH）的專用模件，XDPS-400型DCS的模件種類應該說是非常少的，特別是整個系統僅有一種通信接口模件，這足以說明其一體化程度之高。由于模件種類減少了，相應地備件種類也減少了。另外，由于XDPS-400型DCS是系統直接驅動現場設備的，因此省卻了一部分中間繼電器柜和擴展繼電器柜，簡化了系統結構，節約了機組投資。 1.3電源系統 　　INFI-90型DCS采用220 V雙路分散方式供電，保護系統的工作方式為得電跳閘，電源的切換功能由系統自身實現。但是，由于端子柜電源發熱量較大，當冷卻風扇出現故障時，電源過熱保護啟動，自動將整個機柜的電源切斷，這樣會危及機組的安全運行。媽灣發電總廠1號機的爐腔安全保護監控系統（FSSS），就曾因運行中冷卻風扇出現故障，造成端子柜溫度升高，電源過熱保護動作而將一個FSSS柜電源切斷。 　　PROCONTROL-P型DCS采用48 V DC雙路集中方式供電，保護系統的工作方式為失電跳閘，因此PROCONTROL-P型DCS不僅要求直流供電回路高度可靠，而且要求交流供電品質良好。 　　XDPS-400型DCS雖然也是采用220 V雙路分散方式供電，但它的FSSS的保護系統采用交直流得電跳閘方式工作，汽輪機緊急跳閘系統（ETS）采用失電跳閘方式工作，應該說在電源系統上還是考慮得較周全的。 　　總體上來說，INFI-90型、PROCONTROL-P型和XDPS-400型DCS對電源的要求都比較高。 2軟件比較 2.1軟件系統復雜程度 　　INFI-90型DCS的軟件以及系統結構較簡單，掌握、維護起來較容易，人機接口部分也比 較簡單，通過結構極其簡單的工程師工作站（EWS）就可實現組態的修改、組態的下載和故 障診斷。但人機接口系統為非開放式系統，組態工具為命令行的形式，不直觀。  PROCONTROL-P型DCS有一個龐大而又復雜的人機接口系統，系統內設有多臺服務器和用戶終端，服務器和用戶終端計算機又采用不同的操作系統，如Unix和Open VMS等操作系統，組態的修改、編譯和下載非常煩雜、緩慢，但較直觀。另外，PROCONTROL-P型DCS實際上是由P13和P14兩套完全不同的系統組合而成的，有2套完全不同的軟件和組態工具。該系統雖然在人機接口方面有較大改觀，但系統太復雜，難以學習掌握。 　　新華公司的XPDS-400型DCS具備了INFI-90型和PROCONTROL-P型DCS的優點，并摒棄了它們的一些缺點，它采用目前流行的工業以太網絡結構，以PC機作工程師和運行人員操作站，以Windows NT為工作平臺，使系統看起來簡單明了。系統的開放程度較高，組態采用圖形方式，組態文件不需進行人工編譯，在圖形方式修改完后即可直接生效，且信號一律采用中文描述，人機接口非常友好。 2.2系統兼容性、靈活性 2.2.1系統兼容性 　　INFI-90型和PROCONTROL-P型DCS很難與其它系統進行連接，電廠外圍系統接入成本較高 。特別是PROCONTROL-P型DCS，要想實現與它的連接非常之難，成本也非常之高，系統靈活性極差。媽灣發電總廠的管理信息系統（MIS）到目前為止都未能與之連接。 　　XDPS-400型DCS的兼容性較好，從原始設計就考慮了兼容性問題，并留有相應的接口，使得系統內的文件和數據共享程度極高。 2.2.2系統靈活性 　　在INFI-90型和XPDS-400型DCS內直接增加或修改控制設備都不太難，但要在PROCONTR OL- P型DCS內增加設備可不是一件簡單容易的工作，因此PROCONTROL-P型DCS的系統靈活性較差。 　　這3種類型的DCS都能提供數據報表，INFI-90型DCS的數據報表雖然不美觀但還實用；P R OCONTROL-P型DCS只能提供一些固定的數據報表，靈活性太差；XDPS-400型DCS采用Office文 件格式，可以靈活地提供較為多樣的數據報表。另外，XDPS-400型DCS中的信號關聯性很強，在運行人員操作站（OPU）或工程師站（EWS）上可以很容易地找到任一信號的所有相關信息，大大縮短了查找故障的時間。 2.3功能塊的特點 　　INFI-90型、PROCONTROL-P型和XDPS-400型DCS均采用功能塊來實現設備的邏輯控制，但各功能塊的功能卻相差甚遠。INFI-90型DCS的功能塊有200多種，種類較為齊全，但用起來不直觀，大部分功能塊必須認真對照功能塊手冊設置每一規格參數才能使用，組態圖只能通過命令行來繪制，同時功能塊不能壓縮。 　　PROCONTROL-P型DCS在這些方面有所改進，它的功能塊一般功能較為強大，有許多專門用于電廠設備控制的功能塊，如對汽包水位進行補償修正的專用功能塊。但它又缺少一些較好的功能塊，如沒有類似于INFI-90型DCS中Smith預估器性質的功能塊，使得系統對過熱汽 溫和再熱汽溫的控制難以得到較大的改善。 　　XDPS-400型DCS中的功能塊雖然種類不算太多，但都較為實用。由于它采用了計算機圖形設計方式，使得組態圖的設計變得非常簡單明了，加之功能塊的參數選擇為在線方式，使得組態圖的調試非常方便。組態圖上的信號描述和功能塊的說明第一次實現了漢化，大大減少了語言障礙，組態圖更加適合中國國情，而且它的最大好處是組態軟件可以裝于任一臺PC機上進行離線組態，組態完成后就可以進行模擬仿真，在離線的情況下就可判斷組態是否正確。在線組態也沒有編譯、交差參考等諸多手續，改完了即可直接生效。 3分散度比較 　　XDPS-40型、INFI-90型和PROCONTROLP型DCS中的P13系統為典型的主從模件控制系統，它們的集中度較高，所有的控制策略都集中在主模件內，所有的子模件必須在主模件的控制下才能正常工作，一旦主模件故障，由該主模件控制的所有設備都將失去控制。PROCONTROL- P型DCS中的P14系統則是典型的分散型控制系統，該系統內的模件不分主從，一律平等，由于分散度高，一塊功能模件的損壞對系統的影響較小，功能模件的驅動級接口部分與被控設備采用標準連接，在處理故障或解決問題時較方便、快捷。 4可靠性比較 　　XDPS-400型DCS采用雙數據處理單元、雙網絡冗余結構，網絡中的結點通過交換機進行連接，交換機與交換機之間通過光纖連接，運行時某個結點通信中斷不會影響其它結點的正常工作，提高了系統的可靠性。INFI-90型和PROCONTROL-P型DCS雖然也采用了雙環冗余網絡結構，但由于都是以同軸電纜為通信介質，所以單個結點的通信中斷將影響整個環路的正常通信。因此，從網絡結構上講XDPS-400型DCS的可靠性比較高。 　　從鍋爐和汽輪機的保護系統方面而言，ABB公司的 PROCONTROL-P型DCS因在硬件和軟件上都采用了三取二邏輯，使FSSS和ETS顯得非常可靠。而XDPS-400型DCS的ETS在以下方面還需完善： 　　a） ETS采用了簡單的“兩或兩與”邏輯，即所有的汽輪機保護信號分別進入兩個單獨的保護通道，當這兩個通道中各有一個保護信號動作時即跳機，并不管這兩個保護信號是否有相關性。例如，第一通道中的一個“真空低”信號使第一通道的保護處于“動作”狀態，這時，如果第二通道任意來一個汽輪機保護信號如“潤滑油壓低”信號，而不一定非要是另一個“真空低”信號，就可使第二通道的保護處于“動作”狀態，致使ETS動作，汽輪機跳閘。 　　b） 按照傳統的ETS模式，同一個保護信號有4個開關，其中兩個進入保護通道一，另外兩個進入保護通道二。以“真空低”信號為例，只有當進入第一通道的兩個“真空低”開關中的任一個和進入第二通道的兩個“真空低”開關中的任一個同時動作，才導致ETS動作，這樣既可防止誤動又可防止拒動。而新華公司的XPDS-400型DCS的ETS不考慮這兩個信號是否是同一類信號，只要有兩個保護信號到了就跳機，這樣有可能增加了ETS的誤動率。 　　c） DEH/MEH及ETS的設計風格與其它DCS的不一致，且系統的開放度不夠，不便于用戶的修改。 5一體化程度比較 　　INFI-90型DCS實現了對數據采集系統（DAS）、順序控制系統（SCS）、鍋爐燃燒管理系統（BMS）、協調控制系統（CCS）和DEH/MEH等系統的一體化控制。PROCONTROL-P型DCS雖然也實現了同樣內容的控制，但它實際上是由P13和P14兩套系統來實現的。XDPS-400型DCS的 一體化程度相對較高，它除了具有對以上這些系統的控制功能外，還具有對電氣控制系統（ECS）、海水循環冷卻水系統、海水脫硫系統和高低壓旁路系統的控制功能，事件順序記錄 （SOE）功能也集成于DCS內，無需另行購置SOE系統。通過通信接口單元還能實現對全廠大部分外圍可編程邏輯控制器（PLC）如吹灰系統、電氣勵磁系統、爐膛四管泄漏系統和空壓機等系統的監視或控制。由于一體化程度的提高，使得熱工人員只需面對一種人機界面，大大減少了他們的工作量。 6　XDPS-400型DCS運行情況 　　從媽灣發電總廠5號機組開始運行的近半年情況來看，DCS是相當穩定的，還沒有出現過由于系統原因造成的跳機。系統內的模件也比較穩定，從2002年11月移交生產后僅更換了一塊數字量輸入模件和一塊汽輪機保護模件LPC卡。由于操作監視畫面全部為中文描述，運行人員一般都能比較快地掌握該系統的特性。 7結束語 　　總體來說，新華公司的XDPS-400型DCS在多方面具有一定的優勢，特別是人機接口方面，具有簡單、實用、靈活、可靠、直觀、易學易懂、一體化程度高等優點，但在系統資料方面還應向國外公司學習，應不斷加以完善改進，另外各系統之間（如DEH/MEH，ETS，ECS與其它系統之間）的設計風格應盡量保持一致，ETS的信號擴展能力及保護方案靈活性也有待加強。PROCONTROL-P型DCS由于系統結構復雜、一體化特性差而難以掌握，將會被市場淘汰，它應屬過時的一代產品。隨著電子技術的發展，INFI-90型DCS人機接口部分應會得到加強，系統的開放程度也將加大，但其備件價格太貴，訂貨周期太長。 　　有人說，隨著信息技術（IT）的不斷發展，不同年代的DCS并沒有可比性。但筆者認為不可比較的只是人機接口中的系統軟、硬件，系統的設計理念、網絡結構、模件功能種類、電源系統的整體設計、系統的可靠性設計及一體化設計等諸多方面是完全可以比較的。我們不能簡單地說 后上的DCS就一定比先上的好，以媽灣發電總廠二期和一期的DCS為例，二期的PROCONTROL-P型DCS在很多方面都不如一期的INFI-90型DCS好。