鮑震，鄒愛紅，黃煥袍，邱忠昌，潘鋼

(1.北京國(guó)電智深控制技術(shù)有限公司，北京市 102200;2.北京德普新源科技發(fā)展有限公司，北京市 100027)

0 引言

分散控制系統(tǒng)(distributed control system，DCS)是工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域廣泛采用的控制系統(tǒng)，控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、圖像顯示技術(shù)是其顯著特點(diǎn)。以前國(guó)內(nèi)工業(yè)自動(dòng)化控制多采用國(guó)外系統(tǒng)，經(jīng)過多年的發(fā)展，國(guó)內(nèi)DCS系統(tǒng)的性能已逐步趕上和超越進(jìn)口系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于我國(guó)的火電機(jī)組自動(dòng)化控制中。北京國(guó)電智深控制技術(shù)有限公司(下稱智深公司)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的 EDPF-NT + (electric distributed process family NT plus)是該行業(yè)的翹楚之作，在行內(nèi)處于領(lǐng)先位置，富含眾多的科技創(chuàng)新點(diǎn)。EDPF-NT+DCS CA(EDPF-NT+DCS configuration auto)高效自動(dòng)化組態(tài)是EDPF-NT+中的一項(xiàng)技術(shù)，是智深公司在火力發(fā)電控制領(lǐng)域多年研究、開發(fā)的最新成果［1］，其充分利用4C技術(shù)，提供了從數(shù)據(jù)庫(kù)I/O、控制邏輯SAMA到人機(jī)操作畫面MMI的全套組態(tài)解決方案，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外DCS系統(tǒng)自動(dòng)化組態(tài)的技術(shù)空白。本文論述EDPF-NT+DCS CA高效自動(dòng)化組態(tài)技術(shù)在1000MW機(jī)組組態(tài)過程中的應(yīng)用。

1 EDPF-NT+DCS CA高效自動(dòng)化組態(tài)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化

EDPF-NT+DCS CA技術(shù)是通過計(jì)算機(jī)技術(shù)將EDPF-NT+DCS設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化納入程序化、流程化設(shè)計(jì)，以轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別、協(xié)作的技術(shù)。DCS設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化是自動(dòng)化組態(tài)的基礎(chǔ)和依據(jù)。

目前智深公司有關(guān)DCS組態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)有:“EDPFNT+自動(dòng)化組態(tài)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”、“EDPF-NT PLUS系統(tǒng)控制頁(yè)分配和中間點(diǎn)名組態(tài)標(biāo)準(zhǔn)”、“I/O數(shù)據(jù)庫(kù)分配標(biāo)準(zhǔn)”、“EDPF-NT PLUS典型圖標(biāo)準(zhǔn)”、“EDPF-NT PLUS系統(tǒng)DAS畫面設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)”、“BSCS功能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)”、“火力發(fā)電廠FSSS設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)”、“MCS功能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)”、“ECS功能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)”、“MEH功能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)”、“ETS功能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)”、“DEH功能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)”等［2］。這些標(biāo)準(zhǔn)化文件為企業(yè)大量的工程實(shí)踐打下了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)，為自動(dòng)化組態(tài)流程提供了技術(shù)依據(jù)和指導(dǎo)。EDPF-NT+DCS項(xiàng)目組態(tài)流程如圖1所示。

圖1 EDPF-NT+DCS項(xiàng)目組態(tài)流程Fig.1 Configuration process of EDPF-NT+DCS

2 EDPF-NT+DCS CA高效自動(dòng)化組態(tài)技術(shù)

EDPF-NT+DCS項(xiàng)目的組態(tài)流程中，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化文件在各個(gè)環(huán)節(jié)都提供了技術(shù)文件指導(dǎo)，自動(dòng)化組態(tài)技術(shù)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化文件影響了組態(tài)各個(gè)環(huán)節(jié)。下面從I/O數(shù)據(jù)庫(kù)自動(dòng)化組態(tài)、控制邏輯(control logic scientific apparatus maker’s association，SAMA)自動(dòng)化組態(tài)、人機(jī)界面(man-machine interface，MMI)自動(dòng)化組態(tài)3個(gè)方面闡述EDPF-NT+DCS CA高效自動(dòng)化組態(tài)技術(shù)。

2.1 I/O數(shù)據(jù)庫(kù)自動(dòng)化組態(tài)技術(shù)

2.1.1 3層的I/O數(shù)據(jù)聚類模型

對(duì)于1000MW機(jī)組級(jí)別的DCS控制系統(tǒng)，其I/O點(diǎn)數(shù)達(dá)到15000余點(diǎn)，如果逐個(gè)對(duì)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行分配，無疑是一個(gè)浩大的工程。所幸，看似孤立的I/O點(diǎn)實(shí)際上是有機(jī)聯(lián)系的，經(jīng)過數(shù)據(jù)挖掘后可以發(fā)現(xiàn)很多I/O點(diǎn)都是某一個(gè)設(shè)備或某一功能的從屬點(diǎn)，例如表1中6個(gè)I/O點(diǎn)可以聚類［3］為1個(gè)。

表1 某1000MW機(jī)組的I/O聚類Tab.1 I/O clustering of 1000MW units

對(duì)于火力發(fā)電控制對(duì)象，根據(jù)工藝可以把整個(gè)控制系統(tǒng)分成若干個(gè)子系統(tǒng)。例如，某1000MW超超臨界機(jī)組控制系統(tǒng)可劃分為如表2所示的子系統(tǒng)(僅部分子系統(tǒng))。

表2 某1000MW機(jī)組子系統(tǒng)劃分Tab.2 Sub system of 1000MW units

表1中的9號(hào)低壓加熱器出口電動(dòng)閥可以被包含在表2機(jī)側(cè)的低壓加熱系統(tǒng)及抽汽子系統(tǒng)內(nèi)。底層的 I/0數(shù)據(jù)點(diǎn)、設(shè)備聚類、子系統(tǒng)構(gòu)成了EDPF-NT+DCS CA高效自動(dòng)化組態(tài)的3層數(shù)據(jù)聚類模型，如圖2所示。

2.1.2 數(shù)據(jù)庫(kù)自動(dòng)化組態(tài)技術(shù)

根據(jù)3層數(shù)據(jù)聚類模型，在處理數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)先將I/O數(shù)據(jù)點(diǎn)聚類為設(shè)備表(如表3所示)，設(shè)備再次聚類為子系統(tǒng)，然后按照工藝聚集組成火電機(jī)組這一復(fù)雜的生產(chǎn)控制過程。

圖3 子系統(tǒng)的控制器劃分Fig.3 Controller division of sub system

當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)已經(jīng)被分門別類地聚類為設(shè)備、子系統(tǒng)后，在劃分?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，無需關(guān)注太多的細(xì)節(jié)，只需按實(shí)際要求進(jìn)行子系統(tǒng)的控制器劃分即可(如圖3所示)?？刂破鞣峙浜螅詣?dòng)按照公司標(biāo)準(zhǔn)化文件《I/O數(shù)據(jù)庫(kù)分配標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)則進(jìn)行通道分配并填寫端子接線［4］。智深公司標(biāo)準(zhǔn)化文件里給出了幾種典型的子系統(tǒng)劃分以及在各控制器(distributed processing unit，DPU)的分配情況，可以根據(jù)實(shí)際的機(jī)組選型情況進(jìn)行“智能匹配子系統(tǒng)”，系統(tǒng)自動(dòng)將已知的子系統(tǒng)分配到DPU，然后自動(dòng)對(duì)各子系統(tǒng)下的測(cè)點(diǎn)進(jìn)行卡件、通道分配，并填寫端子號(hào)，大大提高了工作效率。

2.2 SAMA控制邏輯自動(dòng)化組態(tài)技術(shù)

EDPF-NT+DCS基于microsoft visio平臺(tái)開發(fā)出全圖形界面組態(tài)環(huán)境，向組態(tài)人員提供類似office的開發(fā)環(huán)境，界面友好，極易上手。微軟office辦公軟件系統(tǒng)自動(dòng)化開發(fā)工具(visual studio tools for office，VSTO)是net平臺(tái)下的office開發(fā)技術(shù)。相對(duì)于傳統(tǒng)Basic辦公軟件自動(dòng)化開發(fā)(visual basic for application，VBA)，VSTO提供了更加強(qiáng)大的開發(fā)平臺(tái)和語(yǔ)言，并部分解決了傳統(tǒng)office開發(fā)中的諸多問題(如難以更新、可擴(kuò)展性差、難以維護(hù)、安全性低等)，開發(fā)人員可以使用熟悉的技術(shù)來構(gòu)建更加靈活、強(qiáng)大、跨平臺(tái)的企業(yè)級(jí)解決方案［5］。邏輯架構(gòu)如圖4所示。

圖4 VSTO解決方案架構(gòu)Fig.4 Solution architecture of VSTO

對(duì)于DCS系統(tǒng)，控制邏輯來源于控制功能說明書，其中有《BSCS功能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》、《火力發(fā)電廠FSSS設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》、《MCS功能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》、《ECS功能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》等，它們規(guī)定了控制邏輯的一般形式。為了組態(tài)方便快捷，智深公司根據(jù)長(zhǎng)期的火電機(jī)組控制系統(tǒng)調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，固化和封裝了一些典型邏輯來驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，《EDPF-NT PLUS典型圖標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)此進(jìn)行了規(guī)定和說明。EDPF-NT+典型設(shè)備驅(qū)動(dòng)級(jí)為:BREAKERII電氣開關(guān)算法Ⅱ;MOTORII典型馬達(dá)控制算法;MOV典型電動(dòng)門算法Ⅱ;MOVSPII典型三位調(diào)節(jié)門算法Ⅱ;SCSOV單線圈電磁閥算法Ⅱ;SMOV典型帶保持回路電動(dòng)門算法Ⅱ;STEPVALVE典型點(diǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)門算法Ⅱ。

由于控制設(shè)備絕大多數(shù)都有1個(gè)典型設(shè)備驅(qū)動(dòng)級(jí)與之相對(duì)應(yīng)，因此可以對(duì)上述聚類而成的設(shè)備(表3)進(jìn)行匹配，根據(jù)設(shè)備特點(diǎn)找到與其對(duì)應(yīng)的典型驅(qū)動(dòng)級(jí)。然后，根據(jù)控制功能說明書完善其他的控制邏輯，并用數(shù)據(jù)表格的形式記錄下來，利用VSTO程序處理數(shù)據(jù)表格，自動(dòng)生成SAMA文件。圖5為VSTO自動(dòng)生成驅(qū)動(dòng)級(jí)SAMA的系統(tǒng)界面。

圖5 VSTO自動(dòng)生成驅(qū)動(dòng)級(jí)SAMA界面Fig.5 Driver stage of SAMA interface auto-generated by VSTO

2.3 MMI人機(jī)畫面自動(dòng)化組態(tài)技術(shù)

2.3.1 XML解析及批量處理技術(shù)

XML(extensive makeup language)是可擴(kuò)展標(biāo)示語(yǔ)言，用于標(biāo)記電子文件使其具有結(jié)構(gòu)性的標(biāo)記語(yǔ)言，可以用來標(biāo)記數(shù)據(jù)、定義數(shù)據(jù)類型，是一種允許用戶對(duì)自己的標(biāo)記語(yǔ)言進(jìn)行定義的源語(yǔ)言［6］。XML易于在任何應(yīng)用程序中讀寫數(shù)據(jù)，因此很快成為數(shù)據(jù)交換的唯一公共語(yǔ)言，雖然不同的應(yīng)用軟件也支持其他的數(shù)據(jù)交換格式，但不久之后他們都將支持XML。這就意味著程序可以更容易地與windows、MAC OS、linux以及其他平臺(tái)下產(chǎn)生的信息結(jié)合，然后加載XML數(shù)據(jù)到程序中并進(jìn)行分析，最終以XML格式輸出結(jié)果。

EDPF-NT+的MMI人機(jī)畫面支持XML純文本編輯技術(shù)，編輯工具GB(graph build)支持批量導(dǎo)入、導(dǎo)出功能。所有的系統(tǒng)主圖(graph of control，GOC)、系統(tǒng)窗口圖(graph of control window，GOW)均可導(dǎo)出XML格式的文件(graph of XML，GOX)。當(dāng)一個(gè)GOC文件導(dǎo)出為GOX文件后，XML格式下MMI畫面DAS測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)顯示如圖6所示。

2.3.2 MMI人機(jī)畫面自動(dòng)化組態(tài)技術(shù)

XML格式的GOX文件非常方便程序的讀寫處理，當(dāng)系統(tǒng)流程主圖［7］及窗口圖轉(zhuǎn)換為GOX文件后，所有的測(cè)點(diǎn)、設(shè)備圖符、管道、操作區(qū)都變成了XML格式的數(shù)據(jù)文本文件?？梢宰詣?dòng)生成SAMA文件的數(shù)據(jù)表格同樣發(fā)揮著重大作用，因?yàn)槿藱C(jī)界面是控制設(shè)備和控制邏輯的圖形顯示，整理好的標(biāo)準(zhǔn)組態(tài)表格可以自動(dòng)快速完成標(biāo)準(zhǔn)人機(jī)操作流程界面MMI的組態(tài)工作。

圖6 XML格式DAS測(cè)點(diǎn)Fig.6 DAS point in XML mode

以某1000MW超超臨界機(jī)組為例［8-10］，其 I/O點(diǎn)數(shù)規(guī)模為1.5萬(wàn)余點(diǎn)，受控設(shè)備為1200多個(gè)，系統(tǒng)工藝主頁(yè)面為50余頁(yè)，窗口圖為2000多個(gè)。如此大規(guī)模的組態(tài)工作，純?nèi)斯げ僮骱墓ず臅r(shí)，加之組態(tài)人員水平不齊容易出錯(cuò)，一旦出錯(cuò)很難排查。為此采用了EDPF-NT+DCS自動(dòng)化組態(tài)技術(shù)，復(fù)雜龐大的組態(tài)工作量轉(zhuǎn)換化為計(jì)算機(jī)程序可以識(shí)別的設(shè)備、條件表格等標(biāo)準(zhǔn)組態(tài)表格，并按照規(guī)范的畫面實(shí)現(xiàn)程序編程處理，從而高效地完成了MMI的組態(tài)工作。圖7為采用自動(dòng)化組態(tài)技術(shù)處理某1000MW機(jī)組A磨煤機(jī)的主流程畫面和條件窗口。

圖7 EDPF-NT+DCS自動(dòng)組態(tài)技術(shù)生成MMIFig.7 MMI auto-generated by EDPF-NT+DCS CA

3 結(jié)語(yǔ)

EDPF-NT+DCS CA高效自動(dòng)化組態(tài)技術(shù)充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)與圖像顯示技術(shù)，提供了從數(shù)據(jù)庫(kù)I/O、控制邏輯SAMA到人機(jī)操作畫面MMI的全套組態(tài)解決方案，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外DCS系統(tǒng)自動(dòng)化組態(tài)技術(shù)的空白。自2008年以來，該高效自動(dòng)化組態(tài)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)300～1000MW機(jī)組，國(guó)電諫壁電廠、國(guó)華徐州電廠、國(guó)電漢川電廠等采用該技術(shù)的新建1000MW機(jī)組均順利通過168 h考核，成功投入商業(yè)運(yùn)行，表明該項(xiàng)技術(shù)先進(jìn)、可靠，應(yīng)予推廣。

［1］黃煥袍，潘剛.國(guó)產(chǎn) EDPF-NT分散控制系統(tǒng)在600MW ～1000MW級(jí)大型火電機(jī)組控制中的應(yīng)用［J］.中國(guó)儀器儀表，2009，30(3):42-45.

［2］王疆，黃煥袍，潘剛，等.DCS設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化［J］.中國(guó)儀器儀表，2011，32(7):63-68.

［3］湯效琴，戴汝源.數(shù)據(jù)挖掘中聚類分析的技術(shù)方法［J］.微計(jì)算機(jī)信息，2003，19(1):3-4.

［4］王疆.I/O數(shù)據(jù)庫(kù)分配標(biāo)準(zhǔn)［R］.北京:北京國(guó)電智深控制技術(shù)有限公司，2008:10-16.

［5］Kathleen M G，Paul S.VSTO 開發(fā)者指南［M］.李永倫，譯.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2009:23-24.

［6］賈小珠.深入淺出XML［M］.北京:人民郵電出版社，2001:12-25.

［7］邱華云.DCS動(dòng)態(tài)流程圖畫面的設(shè)計(jì)及組態(tài)［J］.石油化工自動(dòng)化，2004，1(1):48-50.

［8］鮑震.EDPF-NT+自動(dòng)化組態(tài)標(biāo)準(zhǔn)［R］.北京:北京國(guó)電智深控制技術(shù)有限公司，2011:4-5.

［9］柳倩.EDPF-NT分散控制系統(tǒng)在某1000MW機(jī)組中的應(yīng)用［J］.江蘇電機(jī)工程，2012，31(3):69-73.

［10］陳峰.EDPF-NT+控制系統(tǒng)在國(guó)華徐州發(fā)電廠2×1000MW超超臨界機(jī)組中的應(yīng)用［J］.工業(yè)控制與節(jié)能，2012，2(4):96-99.