摘要： 纳雍发电一厂3、4号机组采用新华控制工程有限公司的XDPS-400分散控制系统，文章重点介绍了XDPS系统在3号机组上的硬件配置、XDPS-400 DPU组态软件的功能模块，以及与其他系统通信接口，并简要说明系统的调试、投运情况。 关键词： 分散控制系统（DCS）;通信接口；发电厂
纳雍发电一厂建设规模为4×300 MW燃煤发电机组，4台机组一次性建成。1、2号机组的分散控制系统（DCS）采用FOXBORO公司的I/A · S系统,3、4号机组的DCS系统采用新华控制工程有限公司的XDPS-400系统。
1 DCS系统功能设计
DCS系统按照功能分散的原则设计。DCS的功能包括数据采集（DAS）、模拟量控制（MCS）、顺序控制（SCS）、锅炉炉膛安全监控（FSSS）、旁路控制系统（BPS）、电气控制系统（ECS）、协调控制系统（CCS）。DCS设置公用网络，循环水泵房（远程I/O）、空压机站（PLC控制）和厂用电等辅助公用系统纳入公用网络监控，可由单元机组DCS操作员站进行切换监控。
另外，采用XDPS系统一体化的汽机电液调节系统DEH-IIIA和小汽机电液调节系统（MEH）。
1.1
XDPS-400在纳雍3号机组中的网络结构及系统硬件配置
XDPS-400系统的一体化结构中，DEH、MEH与ECS、FSSS、SCS、MCS、DAS等子系统都只是整个DCS系统的子站，网络结构见图1。A网和B网是互为冗余的实时数据网，C网是上位机管理网，实现MMI站之间的文件和设备资源的传递与共享。
图1 纳雍发电厂3号机组的XDPS-400网络结构图
XDPS-400系统共包括34个机柜，23对冗余DPU，5个操作员站，2个工程师站，1个SIS接口站，1个历史数据站和1套大屏幕系统。其中DAS2、DAS4、MCS2、MCS4、FSSS2、FSSS4、SCS2、SCS5、ECS2、COM2、RM1（远程控制柜）机柜为控制柜，DAS1、DAS3、DAS5、MCS1、MCS3、MCS5、FSSS1、FSSS3、FSSS5、SCS1、SCS3、SCS4、SCS6、ECS1、ECS3、COM1、COM3、RM2（远程端子柜）机柜为端子柜，DCS1-HB机柜为交换机柜，DCS2-PR机柜为电源柜，DCS3-MC机柜为热工继电器混装柜，DCS4-RC机柜为电气继电器扩展柜，COM4-RC机柜为公用系统继电器扩展柜。
DPU61/DPU81、DPU63/83是与其他系统通信用的DPU。DPU61/81是与华东电站的IDAS系统通信，DPU63/83是与南京东大公司的厂用电监控系统通信。
1.2 XDPS 系统的软件及其监控功能
操作系统采用WINOOWS NT4.0，DCS、DEH均采用XDPS2.05SP+软件，软件体系分为人机接口、DPU站的过程控制软件和GTW软件三大部分，通过系统网络与I/O网络的通信软件融为一体，完成生产过程的实时控制、监视和操作。
由于XDPS系统的组态采用图形方式，符合IEC 1131-3标准，具有极强的在线组态、系统仿真和调试能力。同时,编辑、生成系统软件采用全中文。
XDPS-400 DPU组态软件有许多独特且较常用的功能块，简要介绍如下：
（1） 查表式模糊控制器FTAB。此功能块主要用于一些对象输入——输出关系不确定的系统，也可适用与大延迟、大惯性对象特性的系统，如制粉系统或汽温系统的自动控制。它有5个输入，3个输出，5个输入中E和EC分别是测量值与给定值的偏差和偏差的变化率，其他3个信号实现跟踪切换和比例调节作用。在自动调节系统中，利用此功能块，根据输入偏差和偏差变化率的大小查根据经验输入的模糊控制表，可方便地实现智能化控制。
（2） 慢信号保护模块SAIPRO。在DCS系统未应用于火力发电厂控制的常规仪表控制时代，由于辅机轴承温度信号异常而引起保护误动，引发事故较多。利用XDPS-400系统实现DCS控制后，可利用此慢信号保护模块，检测输入信号的变化度，不但可以实现断信号保护，而且可以剔除热电阻由于接触不良而引起限值升高时的坏信号，极大地减少了辅机轴承温度高保护误动的可能性。
（3） 数字手操器DEVICE。该模块是XDPS-400系统SCS逻辑组态软件中最常用的块。DEVICE块可以接受上一级顺控指令，或由操作人员按CRT上的操作指令完成不同类型设备的控制和联锁保护逻辑，包括6
kV/400 V单向电动机、双向电动机、单线圈电磁阀、双线圈电磁阀等。不同类型的设备因联锁保护条件不同而组态略有不同，但只要理解了DEVICE块各输入输出口的作用，就可理解各种不同类型设备的组态。
（4） 开关首出序号指示模块FIRST。该功能块从16个输入中计算出第一个从0变成1的开关量的序号，大大简化了动作条件复杂时的首出记忆组态，同时很直观地将首出信息反映在CRT画面上，在系统自动切手动原因、主辅机设备保护动作、跳闸首出原因及联锁保护条件满足与否组态逻辑中应用。
（5） 预估控制模块Smith是克服被控对象大惯性、大滞后特性的有效方法。但其特点是抗干扰能力差，模型适配适应能力差，是制约该模块应用的主要因素。一般和其他模块如PID、模糊控制块结合起来一起使用。XDPS系统将Smith等效成PID控制的形式，便于在实践中使用。在本工程项目中，主汽温度控制使用PID和Smith串级控制取得比常规PID串级调节更好的控制效果。
因为XDPS-400系统DPU组态软件有许多集成较好的预定义功能块，所以XDPS-400系统DPU组态文件看起来简单明了，外部设备虽不同，但其组态文件却有很大程度的通用性，一般热工人员只要看懂了一种设备的组态方法，就能举一反三理解其他设备的组态原理。
1.3 与其他系统的通信接口
XDPS系统具有良好的通信接口能力，与其他的系统的接口方便、可靠；同时又能保证信号的实时性。在纳雍3号机组中与其他系统的接口主要有：与华东电站的IDAS系统、东大公司的厂用电监控系统、和ABB公司的SIS系统通信。与IDAS、厂用电监控系统的通信采用双网络、冗余硬件配置结构，采用485物理接口、Mobus通信协议；与SIS系统通信采用以太网TCP/IP的UDP数据包方式进行接口通信。
由于与厂用电监控系统的通信量很大，通信内容有：
(1) 6 kV部分每台保护装置（WDZ-410、WDZ-430、WDZ-440等）上传信息如下：① 模拟量包括1个电流信号、1个有功功率信号，每段公共母线送3个电压信号量。②
开关量包括保护动作/告警总信号、控制回路断线信号、远方/就地信号、工作位信号、试验位信号、装置异常信号、通信状态信号、弹簧未储能信号。
(2) 380 V部分每台测控装置（WDZ-486）上传信息如下：① 模拟量包括2个电流信号、2个有功功率信号，每段送3个电压信号量。② 开关量。有控制部分送DCS系统信号类型有工作位置信号、合闸位置信号、远方/就地信号、装置异常信号、通信状态信号、控制回路短线信号；无控制部分仅送合闸位置信号。
(3) 其他智能设备（发变组、快切、直流屏等）参照1、2号机形式作相应的简化修改。
上述部分通信点（ECS系统中没有设计用硬接线方式）直接参与ECS系统的逻辑控制。由于在纳雍电厂1、2号机组这部分存在通信不畅、接口通信困难等原因，在纳雍3号机组曾一度担心这方面的通信问题，新华和东大公司在出厂前就在新华公司讨论技术要求和实施方案，并进行系统联调，在现场通信结果取得一次成功，应用上达到理想的无缝连接效果。
具体实施方案如下：单元机组DCS各提供一对DPU分别与通信服务器以太网RJ45口相接，每个通信服务器提供四个串口分别与东大厂用电系统6 kV、380
V、公用系统、智能设备4个R485接口通信。通信服务器代替原技术协议方案中的四个串口卡，系统结构稍做改变。比较起来，这种方案更加合理，系统维护方便、灵活。
2 DCS系统的调试及投运
纳雍电厂3号机组从2003年11月份系统上电以来，就已进入系统的调试。在系统分步试运转调试阶段，完成DAS、FSSS、SCS、ECS系统的功能调试。在机组进入168
h整套试运时，进行MCS系统的模拟仿真试验和动态对象的扰动试验工作，使机组在168 h试运中热工保护投入率、自动投入率达到100%。4月16日在机炉协调方式下，将负荷从220
MW以4 MW/min的速率直接带到满负荷，之后在CCS协调控制方式下稳定、高品质地完成168 h的考核工作，创下贵州新建300 MW机组168
h考核阶段最好的运行记录。
在能量平衡控制策略基础上，通过前馈/反馈、连续/断续、非线性、方向控制等控制机理的有机结合，来协调控制机组功率与机前压力，协调处理负荷要求与实际能力的平衡。在保证机组具备快速负荷响应能力的同时，维持机组主要运行参数的稳定。当机组出现辅机故障时，还设计有RB/RU/RD等故障处理逻辑。各子控制系统均具有自动/手动切换和参数越限报警功能。因此，提高了机组运行的安全可靠性。
投入协调控制系统，增加了机组主要运行参数的稳定性，能够实现锅炉优化燃烧，并可使机组选择更为合理的运行方式，明显提高了机组运行的经济性，168
h运行后的热效率试验结果表明，协调控制系统可综合降低煤耗2 g/（kW · h），仅此一项，每年可创造可观的经济效益。另外，还可减少运行误操引起锅炉熄火或汽机跳闸带来的间接损失。协调控制的投入，使机组的自动投入率达到100%，为电厂减员增效、实现全能值班创造了条件。协调控制系统提高了机组的负荷控制精度，增强了机组的顶尖峰、压低谷、压直线运行的能力，并可接受调度的ADS指令，为最终实现电网的AGC控制打下了基础，为电厂的竞价上网创造了条件。
系统调试运行期间出现的问题及解决方法：
（1） 按照系统接地要求，DCS系统应单点接地。由于DCS机柜在安装过程中没有注意的机柜接地问题，在准备上电验收系统接地情况时发现部分机柜直接接地，施工单位又重新排查每排机柜接地故障，直至所有的机柜浮空，再将机柜的数字、模拟信号汇总后最终接到总的接地点上。
（2） 从机组上电调试以来，曾发生过Pt100端子板DC-DC稳压模块电压偏高，引起温度信号精度偏差过大的问题，工作人员及时给予更换。另外，一块DI卡件在上电初始时芯片程序丢失，后重新烧制程序。
（3） MCS系统两对DPU放在一个控制机柜，由于一个DPU中一个I/O站点配置重复，导致相应的AO端子信号跳动，重新设置软件配置，恢复正常。
（4） 在168 h整套试运和移交生产后，多块AI卡件出现信号抖动现象，主要是这批AI卡生产比较早，一块芯片是分立插拔式，由于长途运输、振动等引起芯片管脚接触不良引起。按照电厂提出的方案，换成新华公司全部是焊接工艺的AI卡件，消除了AI信号抖动的现象。
3 结束语
XDPS-400系统首次在贵州新建300 MW机组应用，其运行的稳定性和优良的调节品质，使机组各项技术经济指标达到优良水平，为国产DCS系统广泛在新建大容量火力发电机组上的应用提供了可行性依据，不仅可以降低工程造价，而且由于组态软件及用户界面完全汉化，方便了电厂热控、运行人员的维护和操作工作。
