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[摘 要]分散控制系统应用于国内电厂已有十几年的时间，它具有强大的功能，提高了机组的整体控制性能，而且有效、合理地利用了资源，提高了电厂生产过程的自动化水平，并且使电厂的管理水平達到了一个新的高度。在整个分散控制系统中，现场控制站是其最重要的组成部分，承担着整个系统的数据采集、数据广播、实时运算和数据备份等任务，因此现场控制站的设计对整个DCS的可靠性、实时性和稳定性具有重要的意义，是整个分散控制系统开发过程中的关键环节。
[关键词]分散控制系统（DCS）；现场控制站；QNX
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）09-0171-01
引言
分散控制系统（Distribute Control System，简称DCS）是自从上世纪70年代中期才发展起来的新型控制系统，它是图形显示（CRT）技术、控制技术（Control）、计算机技术（Computer）、通讯技术（Communication）技术相结合的产物，是能够完成信息管理和过程控制的现代化系统。分散控制系统是以大型的工业生产过程为对象，从生产过程自动化的角度出发，按照系统工程中分解与协调的原则研制开发出来的，对生产过程进行集中操作管理和分散控制的新型系统。DCS具有可靠性高、通讯能力强、组态方便灵活以及具有良好的开放性和扩展性的特点，己广泛应用于各个行业的过程控制中，取得了显著的经济和社会效益。其中现场控制站是DCS中的重要组成部分，其承担着DCS的数据采集、数据广播、实时运算及数据备份等任务，因此现场控制站的设计对整个DCS的可靠性、实时性和稳定性具有重要的意义，是幵发整个DCS过程中的非常重要的一环。现场控制站软件一个非常重要的指标就是系统的实时性，几乎目前所有的分散控制系统中的现场控制站采用的都是实时操作系统（RTOS）。
1 分散控制系统在大型火电机组上的应用
1.1 DCS基本结构及原理
尽管分散控制系统具体结构不尽相同，但其基本结构相似。MAX--1000分散控制系统基本组成如图1所示。系统可看成由三部分组成：工作站、远程处理单元RPU和光纤数据高速公路。系统工作站采用多个32位微处理器构成并行系统，工作站的核心是实时处理器RTP，它包括2个或3个用于操作管理的图形处理器GP和一个用于信息管理的应用处理器AP。
远程处理单元RPU由输入输出IPO模块和分散处理单元DPU组成。对象的数据经IPO模块输入并转换，然后送到分散处理单元DPU进行处理，再经IPO输出进行控制。采用了一个双冗余光纤数据高速公路，它由两个环形光缆组成。系统通过这两个冗余的光纤通信环路将MCS、燃烧器管理系统BMS、顺序控制系统SCS、数据采集系统DAS连成一个相当大的功能分布系统。另外该系统通过RS232 C与汽轮机数字电液系统DEH进行通信，将两者紧密相连，从而完成对大机组全面监测与控制。
1.2系统功能
MAX-1000集散控制系统实现以下4个系统的功能：数据采集系统DAS、顺序控制系统SCS，燃烧器管理系统BMS及模拟量控制系统MCS。其中数据采集系统DAS能连续采集和处理所有与机组有关的测点信息及设备状态信息，以便及时向操作人员提供有关的运行信息，实现机组安全经济运行。一旦机组发生任何异常工况，能及时报警，提高机组的可利用率。SCS通过联锁、联跳和保护跳闸功能来保证被控对象的安全。锅炉燃烧管理系统BMS将锅炉燃烧系统控制与安全保护系统溶为一体，既向操作人员提供燃烧系统操作手段，又可实施连续监视报警及保护。BMS的安全联锁功能是最高等级的。主要逻辑系统有炉膛吹扫、主燃料跳闸、火焰监视判断、燃料启动许可、燃油系统控制。MCS系统中协调控制系统采用了直接能量平衡的机炉协调控制方案，这种DEB控制系统是美国利诺公司的专利，控制品质好，能较好地克服燃烧率自发扰动（如给粉自流及不均匀下粉等），能快速地控制机组的发电功率与外界负荷要求相匹配，能在任何工况下计算出汽机对锅炉的能量要求，并控制锅炉出力与汽机能量要求相匹配，使主汽压波动较小。它担负着发电过程中的水、汽、煤、油、风、烟以及子系统的过程变量的闭环调节任务和整个机组的负荷控制。在机组启、停工况下与SCS以及其他系统配合完成启、停中的各种任务，在机组正常运行工况下协调机炉控制，对机组进行负荷控制，并参与了电网调频。在机组异常或事故工况下能保护联锁，确保机组处于安全状态，包括RB、FCB、机组指令增、减闭锁。它的子系统由燃烧系统、给水系统、汽温控制系统、以及其它一些闭环控制系统组成。MCS内部设置的保安措施主要有：a 硬件的冗余及自诊断；b 对重要的参数采用三变量取中值的方案，根据三取二的原则对测量信号的故障进行逻辑判断或监控。
2 现场控制站软件设计
2.1现场控制站软件功能与结构
由于实际工程的需要，对于控制生产过程的现场控制站来讲，高可靠性和有效的实时性是必不可少的，所以在设计整套DCS的过程中，要对硬件的构造和性能进行严密的蹄选外，在保证了硬件可靠的基础之上，还要从现场控制站的软件下手，保证其也具有很高的实时性和可靠性。与工程师站和操作员站相比，现场控制站一般没有键盘、鼠标以及显示器等人机接口设备。当工程师站和操作员站死机的时候可以采用重启电脑的方式进而恢复其功能，但是对于现场控制站而言，这种方法是不可行的。所以现场控制站软件设计在设计幵发的时候应该保证正常运行，坚决不能让死机的现象发生，而且其程序要具有很强的故障自恢复能力，当出现问题时能够进行自我的修复和容错，同时也要具有很强的抗干扰能力，因为现场控制站的工作是处于一个强干扰，高福射的机柜中，保证其具有超强的抗干扰能力也是一项必不可少的工作。目前大部分厂商的DCS，其现场控制站软件一般都是采用模块化程序的设计方法。利用通用的编程语言（如C、C++等）在实时操作系统上进行程序的设计与幵发。以GDPI^-VI分散控制系统中的现场控制站为例，其实时操作系统采用的是由加拿大QSSL软件系统有限公司开发的QNX系统，开发采用的是C编程语言。
3 总结
GDPF-VI系统是面向火电厂热工控制过程而研发的分散控制系统，对于分散系统来讲，它是由工程师站、操作员站、现场控制站以及系统网络所构成的，其中现场控制站的设计与开发是整个系统设计的核心之一，它是整个系统运行稳定与否的关键组成部分。在设计现场控制站的过程中，要特别注意实时性的要求，而且要充分考虑实际现场工程的应用，特别是对于复杂的、大迟延、大惯性的火电厂来讲，满足其生产过程的控制的需要是最重要的目标要求。在系统的设计与幵发的过程中，研究了目前应用比较广泛的数家DCS厂家的产品，并且对这些厂家的产品进行了总结。在深刻理解分散控制系统结构和功能的基础上，对GDPF-VI系统的现场控制站进行了全面的设计与幵发，相比其他DCS产品來讲，在系统的硬件与软件上都进行了改进，使其更具有可靠性和鲁棒性。
参考文献
[1]王常力.集散型控制系统的设计与应用[M].北京：清华大学出版社，1993.
[2]李遵基.热工自动控制系统[M].北京：中国电力出版社，1997.
[关键词]分散控制系统（DCS）；现场控制站；QNX
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）09-0171-01
引言
分散控制系统（Distribute Control System，简称DCS）是自从上世纪70年代中期才发展起来的新型控制系统，它是图形显示（CRT）技术、控制技术（Control）、计算机技术（Computer）、通讯技术（Communication）技术相结合的产物，是能够完成信息管理和过程控制的现代化系统。分散控制系统是以大型的工业生产过程为对象，从生产过程自动化的角度出发，按照系统工程中分解与协调的原则研制开发出来的，对生产过程进行集中操作管理和分散控制的新型系统。DCS具有可靠性高、通讯能力强、组态方便灵活以及具有良好的开放性和扩展性的特点，己广泛应用于各个行业的过程控制中，取得了显著的经济和社会效益。其中现场控制站是DCS中的重要组成部分，其承担着DCS的数据采集、数据广播、实时运算及数据备份等任务，因此现场控制站的设计对整个DCS的可靠性、实时性和稳定性具有重要的意义，是幵发整个DCS过程中的非常重要的一环。现场控制站软件一个非常重要的指标就是系统的实时性，几乎目前所有的分散控制系统中的现场控制站采用的都是实时操作系统（RTOS）。
1 分散控制系统在大型火电机组上的应用
1.1 DCS基本结构及原理
尽管分散控制系统具体结构不尽相同，但其基本结构相似。MAX--1000分散控制系统基本组成如图1所示。系统可看成由三部分组成：工作站、远程处理单元RPU和光纤数据高速公路。系统工作站采用多个32位微处理器构成并行系统，工作站的核心是实时处理器RTP，它包括2个或3个用于操作管理的图形处理器GP和一个用于信息管理的应用处理器AP。
远程处理单元RPU由输入输出IPO模块和分散处理单元DPU组成。对象的数据经IPO模块输入并转换，然后送到分散处理单元DPU进行处理，再经IPO输出进行控制。采用了一个双冗余光纤数据高速公路，它由两个环形光缆组成。系统通过这两个冗余的光纤通信环路将MCS、燃烧器管理系统BMS、顺序控制系统SCS、数据采集系统DAS连成一个相当大的功能分布系统。另外该系统通过RS232 C与汽轮机数字电液系统DEH进行通信，将两者紧密相连，从而完成对大机组全面监测与控制。
1.2系统功能
MAX-1000集散控制系统实现以下4个系统的功能：数据采集系统DAS、顺序控制系统SCS，燃烧器管理系统BMS及模拟量控制系统MCS。其中数据采集系统DAS能连续采集和处理所有与机组有关的测点信息及设备状态信息，以便及时向操作人员提供有关的运行信息，实现机组安全经济运行。一旦机组发生任何异常工况，能及时报警，提高机组的可利用率。SCS通过联锁、联跳和保护跳闸功能来保证被控对象的安全。锅炉燃烧管理系统BMS将锅炉燃烧系统控制与安全保护系统溶为一体，既向操作人员提供燃烧系统操作手段，又可实施连续监视报警及保护。BMS的安全联锁功能是最高等级的。主要逻辑系统有炉膛吹扫、主燃料跳闸、火焰监视判断、燃料启动许可、燃油系统控制。MCS系统中协调控制系统采用了直接能量平衡的机炉协调控制方案，这种DEB控制系统是美国利诺公司的专利，控制品质好，能较好地克服燃烧率自发扰动（如给粉自流及不均匀下粉等），能快速地控制机组的发电功率与外界负荷要求相匹配，能在任何工况下计算出汽机对锅炉的能量要求，并控制锅炉出力与汽机能量要求相匹配，使主汽压波动较小。它担负着发电过程中的水、汽、煤、油、风、烟以及子系统的过程变量的闭环调节任务和整个机组的负荷控制。在机组启、停工况下与SCS以及其他系统配合完成启、停中的各种任务，在机组正常运行工况下协调机炉控制，对机组进行负荷控制，并参与了电网调频。在机组异常或事故工况下能保护联锁，确保机组处于安全状态，包括RB、FCB、机组指令增、减闭锁。它的子系统由燃烧系统、给水系统、汽温控制系统、以及其它一些闭环控制系统组成。MCS内部设置的保安措施主要有：a 硬件的冗余及自诊断；b 对重要的参数采用三变量取中值的方案，根据三取二的原则对测量信号的故障进行逻辑判断或监控。
2 现场控制站软件设计
2.1现场控制站软件功能与结构
由于实际工程的需要，对于控制生产过程的现场控制站来讲，高可靠性和有效的实时性是必不可少的，所以在设计整套DCS的过程中，要对硬件的构造和性能进行严密的蹄选外，在保证了硬件可靠的基础之上，还要从现场控制站的软件下手，保证其也具有很高的实时性和可靠性。与工程师站和操作员站相比，现场控制站一般没有键盘、鼠标以及显示器等人机接口设备。当工程师站和操作员站死机的时候可以采用重启电脑的方式进而恢复其功能，但是对于现场控制站而言，这种方法是不可行的。所以现场控制站软件设计在设计幵发的时候应该保证正常运行，坚决不能让死机的现象发生，而且其程序要具有很强的故障自恢复能力，当出现问题时能够进行自我的修复和容错，同时也要具有很强的抗干扰能力，因为现场控制站的工作是处于一个强干扰，高福射的机柜中，保证其具有超强的抗干扰能力也是一项必不可少的工作。目前大部分厂商的DCS，其现场控制站软件一般都是采用模块化程序的设计方法。利用通用的编程语言（如C、C++等）在实时操作系统上进行程序的设计与幵发。以GDPI^-VI分散控制系统中的现场控制站为例，其实时操作系统采用的是由加拿大QSSL软件系统有限公司开发的QNX系统，开发采用的是C编程语言。
3 总结
GDPF-VI系统是面向火电厂热工控制过程而研发的分散控制系统，对于分散系统来讲，它是由工程师站、操作员站、现场控制站以及系统网络所构成的，其中现场控制站的设计与开发是整个系统设计的核心之一，它是整个系统运行稳定与否的关键组成部分。在设计现场控制站的过程中，要特别注意实时性的要求，而且要充分考虑实际现场工程的应用，特别是对于复杂的、大迟延、大惯性的火电厂来讲，满足其生产过程的控制的需要是最重要的目标要求。在系统的设计与幵发的过程中，研究了目前应用比较广泛的数家DCS厂家的产品，并且对这些厂家的产品进行了总结。在深刻理解分散控制系统结构和功能的基础上，对GDPF-VI系统的现场控制站进行了全面的设计与幵发，相比其他DCS产品來讲，在系统的硬件与软件上都进行了改进，使其更具有可靠性和鲁棒性。
参考文献
[1]王常力.集散型控制系统的设计与应用[M].北京：清华大学出版社，1993.
[2]李遵基.热工自动控制系统[M].北京：中国电力出版社，1997.