DCS系统配置说明

国华定洲发电厂一期工程2×600MW机组DCS与IT

TELEPERM XP DCS系统配置说明

本方案是为定洲电厂一期工程2×600MW机组所配置的分散控制系统，其配置基准参照技术规范书中的I/O清单。

本配置方案见第三卷附件15的DCS配置图，其技术细节见以后各章节。

我方保证本方案所供设备是适用的，先进的，能适用于定洲电厂一期工程2×600MW机组，并能全面满足用户的要求。

一、 概述

西门子TELEPERM XP分散控制系统是以电厂安全、经济、优化运行为目标的电 厂分散控制系统，它紧密结合电厂的实际生产过程，以功能及被控设备为对象，经分层及分布的软硬件设计，统一的数据管理和数据格式以及人机接口来实现最优化的控制及运行策略。

TELEPERM XP系统在硬件及软件分配上并不完全以DAS、MCS、SCS及FSSS来设立 子系统，而是以被控对象以及功能区域来设立子系统，如给水系统、燃烧系统、风烟系统等。这样的分配方案面向现场，使得一个设备的控制，包括输入/输出、报警、联锁相对集中在一块或几块模件，一个子系统的控制集中在一个CPU中，提高了单一对象处理的独立性，大大减少了DCS系统内信号的通讯量。大量的事件处理在I/O总线内，甚至在智能I/O模件内实现，而不需要经过通讯总线，既提高了安全性，又降低了总线通讯的负荷。

TELEPERM XP系统的控制等级可分为机组级，功能级，单项级,见下图:

机组级功能级单项级过程设备

TELEPERM XP系统的控制等级

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TELEPERM XP系统可分为 AS620（自动控制系统），OM650（操作监视系统）， ES680（工程设计系统）及 SINEC H1 FO（总线系统），见下图：

OM650ES680SINEC H1 FOAS620TELEPERM XP系统组成

从功能上说，AS620主要实现电厂的自动化控制（安全运行），OM650主要实现过程控制，过程信息及过程管理（经济及优化运行），SINEC H1 FO主要完成数据通讯， ES680主要完成系统的组态。有关TELEPERM XP的系统介绍见本附件的系统描 述。

根据定洲电厂一期工程2×600MW机组的技术要求，本TELEPERM XP系统分为四大 子系统，见下图：

OM650ES680SINEC H1 FOAS620

二、 AS 620自动控制系统

根据定洲电厂一期工程2×600MW机组系统的规模，考虑了一定的冗余量后，单元机组AS620自动控制系统根据要求分两处设置：锅炉电子设备间和汽机设备电子间。锅炉电子设备间配备了四面基本柜和一面扩展柜；汽机电子设备间配备三面基本柜和一面扩展柜。公用系统自动控制系统配备有一面独立的基本柜和一面独立的扩展柜。关于AS620机柜的布置见本卷附件15的图4。

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在AS620B基本柜中有一对AP（自动处理器），互为备用，占一层机架。另有三层或两层FUM（功能模件）机架，各层可安装多至19块FUM功能模件。

TELEPERM XP系统以被控设备为对象设计及分配FUM功能模件。不同的对象分配不同 的模件（四至五种）。每块FUM模件可以独立地完成对多个同类设备进行的自动控制。在模件正常工作的情况下保证独立地完成对设备的保护及控制。

从系统负载、运行速度等角度考虑，TELEPERM XP将大量工作分散到了模件级，因 此单从对设备的控制及保护的要求来说系统可以无限地扩充。

AP主要完成某个功能区中多个被控对象之间的协调控制。

由于AP与FUM之间的通讯总线为输入输出I/O总线，该总线为并行总线,故信息交换的速度高，吞吐量大，又由于AS620B系统以功能区划分，同一功能区中的设备之间大量的信息交换被缩小在一个AS620B机柜中，因此极大地降低了系统局域网上的数据通讯量，也提高了自动控制系统的响应速度。

每个AP还配有一个CP（通讯处理器，负责与其它子系统的通讯）以及IM（接口模件,负责CPU与FUM的通讯），极大地减轻了AP中主CPU的负载，增加了处理及通讯速度。

1.本系统中使用的FUM模件均为智能I/O模件。每个I/O模件内的处理器负责对输入/输出信号添加时间标签，分辨率1ms；功能I/O模件FUM210在处理现场的马达、电动门、电磁阀的模件内部的处理器负责力矩保护、行程保护、跳闸连锁等功能；而闭环控制模件FUM280的处理器则能独立于中央CPU做PID运算；信号模件的处理器则可完成线性化数据整定、质量判断、工程单位换算、越限报警等功能。这些智能I/O模件与通讯处理器一样，极大限度减轻了中央CPU的负载。

2.本DCS系统的中央处理器AP均为100％冗余，通讯处理器CP、I/O总线、I/O总线接口模件IM全部100％冗余，每台机柜的供电回路也完全实现冗余。

三、 关于SOE

在TELEPERM XP系统中可以完成SOE的功能，所以无需独立的SOE系统。

AS620B系统开关量采集模件FUM210模件在选择中断型采集时，可达1ms的时间精度，可以满足SOE对1ms分辩率的要求。

其实现方法是：对于有SOE要求的一定数量的开关量测点以中断型采样方式进行采样，在信号变化被模件探测后，模件内部的CPU即对信号附以1ms精度的时钟标志，通过I/O总线送入CPU，进而存放在长期数据库中，用事故追忆STAD功能调用触发条件前后的状态数据,然后以CRT显示或打印输出。

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四、远程I/O站

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公用系统的循环水泵房及燃油泵房的远程I/O站采用西门子ET200M系列，通过1000米冗余光缆直接接入公用系统自动系统AS620。通讯总线为PROFIBUS现场总线。

远程I/O站同时配备冗余的220VAC/24VDC电源转换模件，其输入为从DCS电源柜引入的两路220VAC，经转换后其输出通过解耦二极管至ET200M远程站。

各远程站的机柜直接接入就地接地网。

公用系统远程站配置示意图见附件15中的图13。

五、 中间继电器柜（DO中间继电器输出）

本方案数字量输出DO全部以干接点方式输出，因此在DCS的DO输出与现场控制对象之间加有中间继电器。继电器柜用于安放驱动马达、电动门、电磁阀以及MFT跳闸用的中间继电器。每柜最大容量为500对常开或常闭干接点输出。

为了方便检修及维护设计，本方案中单元机组安排了六面继电器柜，分别布置在锅炉和汽机的电子设备间，见附件15的图9。

六、 端子柜

由于AS 620B自动控制系统柜的信号处理能力强，可接入的信号量多，直接用尺寸较 大的现场电缆端子接入现场电缆将使其布置十分凌乱，更由于现场电缆布置与DCS自动系统机柜的信号分配并不一一对应，因此需要在现场信号电缆与DCS系统信号之间加设端子柜，这样做既方便了DCS的信号布置，使其合理简洁，又与现场的界面清晰，还方便了今后的信号改向。

本系统单元机组共配置九面端子柜，分别布置在锅炉和汽机的电子间。连接端子采用德国西门子公司产品。每柜约接1800引针，最大可接2000引针。见本卷附件15的图8。

由于设置了端子柜及中间继电器柜，TELEPERM XP分散控制系统与现场过程的 界面仅在端子柜的现场侧及中间继电器柜的现场侧。

七、 操作和监视系统 OM 650

OM 650系统承担过程控制、过程信息和过程管理的任务。

过程控制主要是指DCS系统对电厂生产过程的监视与操作,目的在于避免故障，发现故障以及清除故障，达到机组的安全运行。

过程信息主要是指存储及管理各类历史数据，它不直接介入过程控制，但可以指导机组运行的方式及控制方式。

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的，实现经济运行。

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过程管理主要是指各类运行参数及设备参数的计算及分析，以达到优化机组运行的目

OM 650系统可以分为四大部分PU、PU/SU、OT及终端总线, 其概貌图见本卷附件15的图5。

 PU为处理单元，主要负责过程控制。为了提高系统的可用率，PU采取了100%的冗 余，即每台PU均有热备用，它们同时运行相同的程序，执行相同的任务。区别仅 在于在线PU有输出而热备用PU无输出。在线与备用PU对之间进行数据动态更新。

本项目的TELEPERM XP系统配置了一对PU。

曲线、棒图等历史信息的计算、处理、显示及打印。其上有组态数据库、长期数据库。由于TELEPERM XP具有统一人机界面（图形）及数据格式，需要统一 的数据库。同样，PU/SU也实行100%的冗余。

 PU/SU为处理服务单元，除完成上述功能外，还负责过程信息及过程管理，如报表、

本项目的TELEPERM XP系统配置了一对PU/SU。为了长期存档，每台PU/SU均配 置了可读写磁光驱MOD，可对历年的数据进行存档及查阅。

 OT为操作员站，主要负责人机接口。操作员通过OT监视电厂生产过程，发出操作 控制命令。

由于每台OT与具体的PU或PU/SU并不发生直接指派关系，故在OT上可监视电厂的任何一个功能区以进行控制和操作。但也可能通过值长口令进入某一个OT，对于几个功能区或几个对象进行闭锁，使之只能看不能操，实现机、炉、电、热的分负操作。

根据需要，本项目配置了5台OT。其中三台OT均带有一台21”彩显和一个鼠标，光标在操作图上移动以点击来完成各类操作。另有一台OT连接两块84”大屏幕显示器，一台OT连接两台21”彩显。

由于OT是独立的，又是完全相同的配置，故OT站为五重冗余配置。

 终端总线是连接OM650的PU，PU/SU及OT的数据高速公路。它不仅使OT在物理上脱

离了PU或PU/SU，并减轻了PU及PU/SU的负荷。因为所有的画面,包括用户画面及系统画面都存储在OT中，尽管其总容量极其庞大，调用及处理画面时CPU瞬时的负载也仅在于动态过程信号的传递。

终端总线也因分解了PU及PU/SU，使PU专用于局部区域的过程控制任务，加快了控制速度，提高了系统对现场的响应能力。

终端总线与电厂总线一样，也是冗余工业以太光缆总线。（详见本章第九节）

OT、PU、PU/SU的硬件基本一致。

 一套冗余配置的处理单元PU，即两台PU。其配置如下：

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－Pentium 4，1.7GHz 处理器 －256MB主存 －40GB SCSI硬盘

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－SCO UNIX Open Server 5 操作系统 －INFORMIX 数据库 －在线UPS

 一套冗余配置的处理服务单元PU/SU，即两台PU/SU。其配置如下： －Pentium 4，1.7GHz 处理器 －256MB主存 －40GB SCSI硬盘

－2x2.4GB可读写磁光驱MOD

－SCO UNIX Open Server 5 操作系统 －INFORMIX 数据库 －在线UPS

以上部分均安装在计算机柜中。

 五套操作员站OT

五套操作员站OT，其中三台操作员站各带一台21”CRT和一个鼠标，另有一台OT连接两块84”大屏幕显示器，一台OT连接两台21”CRT。另配一个标准键盘用于系统维护。

OT的配置如下：

－Pentium 4，1.7GHz处理器 －256MB主存 －40GB SCSI硬盘

－SCO UNIX Open Server 5操作系统 －DYNAVIS－X/X-WINDOWS/OSF-MOTIF图形系统 －在线UPS

 在OM650系统上还配置了四台A3激光记录打印机。虽然打印机连接在某个OT上,但在终端总线上的任一个OT均可驱动某台打印机打印。另外还配置了一台磁带机DAT，备作数据转换使用。

八、 工程设计系统ES 680

ES680工程设计系统是一个由数据库支持的全图形系统。采用国际上成熟的标准化软 件，如UNIX和关系数据库。为了使控制系统的操作快速、安全、方便，采用了统一的现代化的图形系统OSF-MOTIF和用户接口X/Windows。

ES680工程设计系统为高性能系统，可以为所有子系统组态，包括总线系统。除了在 设

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计调试阶段使用，还应用于系统的运行优化和系统扩展，保证了工程设计和系统维护阶段数据的统一性。该工程设计系统为图形界面，无需编程语言。可以自动生成代码及自动下载代码。

系统概貌图见本卷附件15的图6。

ES 680工程设计系统配置如下： －Pentium 4，1.7GHz处理器 －256MB主存 －40GB硬盘 －12GB内置磁带机

－UNIX(HP-UX SR10.X)操作系统 －INGRES数据库

－21”纯平显示器，1600×1200分辨率 －在线UPS

另配备鼠标、键盘、一台A3彩色激光打印机和一台A4黑白激光打印机和一套工程师桌。

系统不仅可以利用OM650进行故障分析，还可以利用ES680进行系统故障跟踪分析。

九、 总线系统SINEC H1 FO

电厂总线担负DCS各子系统间（AS620、OM650、ES680）的通讯任务，它为工业以太总线，遵循ISO/OSI的七层结构建立起来的国际标准通讯协议。

电厂总线是通过光缆建立的局域以太网，采用IEEE802.3标准的CSMA/CD协议。传输 速率为100M位/秒。

OSM模件为一光缆总线接口总站,带有自己的电源。通过OSM模件，TELEPERM XP系统的各成员以星型结构连接在一起。OSM模件具有下述特点：



两套独立的电源 LED诊断

通过信号开关报告故障 远程管理







电厂总线为虚拟环网，其上有若干OSM模件，OSM模件上有一组电子开关，见下图：

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OSM国华定洲发电厂一期工程2×600MW机组DCS与IT

OSM当虚拟环网上所有部件均正常工作时，其中必有一块OSM模件的电子开关是打开的，于是虚拟环网实际上是总线网。当虚拟环网上有一部件工作不正常形成开路时，该电子开关闭合形成新的形式的总线网，同时报警通知系统维护人员排除故障，实现了冗余总线的设计。

在故障情况下自动修复的电厂总线，见下图：

OSMOSM终端总线的原理与电厂总线完全一样，但其接口模件的数量及类型因其所挂用户不同而有所不同。

十、 系统主时钟

各单元机组均配备一主时钟，负责全系统的对时工作，安放在AS620的机柜中。该主 时钟可以人工设定时间，也可接受GPS系统来的时间信号。

十一、 与其他系统的接口

本系统已预置技术规范书所要求的与外系统的接口，这些接口有如下两种形式：TCP/IP网络接口和RS232或RS485通讯接口。

本方案在单元机组中已设置与下述系统的通讯接口：

1. IT系统通过接口机直接连接至DCS系统终端总线，通过TCP/IP协议进行通讯。 2. 汽机数字电液控制系统(DEH)和给水泵汽轮机控制系统(MEH)通过冗余CM通讯接

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口单元接入DCS系统工厂总线，通过TCP/IP协议或MODBUS协议进行通讯。

3. 旁路控制系统(BPC)、锅炉吹灰控制系统、电除尘控制系统、空调控制系统、国

内远程智能I/O系统、凝结水精处理控制系统、发变组保护、网络计算机监控系统、直流系统通过非冗余CM通讯接口单元与DCS系统进行双向通讯。

本方案在公用系统中已设置与下述系统的通讯接口：

高压备用变压器等通过非冗余CM通讯接口单元与DCS系统进行双向通讯。

CM通讯接口单元的配置示意图参见本卷附件15的图12。

由于PU侧已置成单向选数，不接受任何命令，不修改任何数据，故可从软件上保证DCS系统不受任何外来的侵害。

十二、 电源系统

本系统单元机组配备三面电源柜，分别布置在锅炉和汽机的电子间。电源柜内包括了两路220V AC的输入及其冗余切换装置，以及互为冗余的14个220V AC/24V DC交直 流电源转换器,为DCS自动系统供电。配备的电源余量达50%。

公用系统也配备一面独立的电源柜，通过互为冗余的4个220V AC/24V DC交直流电源 转换器供电，电源余量达100%。

电源系统配置示意图参见本卷附件15的图7。

电源柜的两路DC 24V输出并行送入AS 620机柜，经二极管去耦后沿电源分配槽送入 各机架。每层机架根据需要可有多路电源输入，每路均配有崭波器及保险。24VDC电源进入各FUM模件后又由各块模件形成自身所需的工件电源、报警电源、通道输出电源等，因此互不影响，保证了电源的可靠供应。

AC220V各路为各个PU、PU/SU、OT、OSM及主时钟供电。PU,PU/SU及OT还带有自己独立的UPS，保证重要数据不丢失。当UPS的交流电源供应故障达到一定时间后，PU、PU/SU及OT能自动保存重要数据，进行保护性关机。

十三、 计算机柜

本项目DCS系统的单元机组及公用系统均配置了计算机柜，其中放置了终端总线的网络连接器OSM及所有的PU、PU/SU及其UPS。其示意图参见本卷附件15的图10。

十四、 系统组态，调试及维护

TELEPERM XP系统的设计工作可以在TELEPERM XP系统尚未形成时开始，即系统设计可 以根据用户的技术规范书，I/O测点清单和P&ID图进行基础设计和详细设计。在此阶段硬件设计方面将完成系统拓朴结构图，AS机柜配置图及各类模件的参数设定，软件设计方面将完成基础设计，系统功能概貌图，功能区概貌图及单项逻辑图。

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与此同时，在用户的配合下完成电厂画面及动态联接，即将画面上的动态图符，包括数据显示和控制操作，与实际对象联系起来，以及将用户画面及系统画面的层次对象关系建立起来，与用户一起讨论确认设计的正确合理性后进行系统检查及代码生成。

当硬件加工完成，在工厂系统集成完成并验证系统运行正常后，下载代码并完成系统正确性调试以及逻辑正确性调试，在用户参与的情况下完成出厂验收。其验收方法及验收内容都事先经用户确认。

在现场调试验收阶段，首先是“冷调试”，即恢复系统运行正常后进行现场I/O点与系统标识点的一一对应验证，其次是“温调试”，即测试开闭环控制的正确性，最后是“热调试”，即测试协调控制，顺序控制的正确性及合理性。

其后，用户将在经验积累的基础上，在系统正式运行的过程中利用ES680进行系统维护及优化。

十五、 人机界面

TELEPERM XP系统运行的人机界面均以画面的形式表达，其中有电厂画面――电厂生产 流程图，过程画面――棒图，曲线，特性曲线，功能图――电厂各变量（包括参数和设备）之间的逻辑关系，以及操作画面和信息画面（这些画面均以窗口形式显示）。

TELEPERM XP系统工程设计的人机界面也是画面，以电厂技术人员所熟悉的图符表示， 用连接的方式建立逻辑关系，以及开窗填写数据的方式进行参数设定。极其简单，不需具有专门的计算机编程知识。

十六、 现场设备与DCS的连接方式

对于现场受控设备以及信息采集仪表，TELEPERM XP均以标准的接线方式进行连 接，并以标准的类型标识符号进行定义。用户只要对所用的设备或仪表进行类型定义即可。系统将自动生成电缆连接表，给出各端点的信号标识名称。现场设备的电缆根据电缆连接表接至端子柜现场端口及中间继电器柜现场端口即可。 标准接线原理图范例见本卷附件15图14a.b.c.d.页。

十七、 接地与屏蔽

1.接地:

TELEPERM XP分散控制系统的接地方式可以有两种，即单点接地和多点接地。

单点接地：

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A：屏蔽条

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各个电子柜的屏蔽条A，DC24V的M，它们通过电源电缆线汇总到ZEP条后接地，见下图：

AMAMAML+ 1M1A1AM：DC24V地 E：大地

L+ 2M2A2ME注:集中条截面积70mm2的铜条或120mm2的钢条。E条至少要有三根铜条（70mm2）以放射形方向及最短距离接至室内地网（无室内地网接室外地网）。两电源柜的接地方式相同。

多点接地：

各个电子机柜就近接入室内地网，如下图：

2 m2 m 为室内网为截面积70mm2的铜条或120mm2的钢条(地网条)为机柜群机柜地就近接入地网条 第 11 页 共 13 页 西门子电站自动化有限公司 

室内地网与室外地网：

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当不能独立为电子室接入大地（<1）时,可借用室外地网，其方法见下图：

室外地网楼房室内网建筑物地接地拄 2.屏蔽：

a.热电偶,热电阻和开关等现场信号线在集线箱侧或端子柜侧单端接屏蔽条。

b.集线箱与端子柜之间的信号线双侧接屏蔽条。

c.端子柜到AS柜的信号线在AS侧接屏蔽条。

d.AS柜到控制屏/台，AS侧接屏蔽条。

e.AS柜到FAE（操作系统前置器）的信号电缆，两端接机柜/外壳地。

f.计算机等通讯电缆，两端接机柜/外壳地。

十八、公用系统及其与单元机组网络的互联

本方案为公用系统单独设置了一个独立的AP机柜和其扩展柜，其供电也与单元机组独立。公用系统具有独立的总线系统，通过网桥与#1、#2机的终端总线连接。参见附件15的图1。

通过在单元机组和公用系统的的终端总线之间架设网桥，可以实现#1机、#2机与公用系统的互联，对公用系统的操作和监视可以分别通过#1机或#2机的操作员终端OT，经由网桥进行。可以由值长口令或软件屏蔽实现#1机与#2机之间的操作互锁。

十九、控制台

符合人机工程学的控制台设置使得操作员能将视线及注意力集中于CRT操作员站和显屏上的信息显示，属于欧洲流行的集控室布置方案。(见本卷附件15的图11)。

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二十、电气设备监控系统(ECS)

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随着DCS系统在电站应用的日益广泛和深入，为了使单元机组的机炉电控制水平协调发展，便于机炉电的统一集中监控，将电气控制在DCS系统中实现愈来愈受到广泛的关注。由于电气监控的安全性和快速响应性要求非常高，DCS厂家对电气监控进入DCS系统均做了很多卓有成效的尝试。

西门子公司在国外项目中电气监控进入DCS是很平常的。在国内项目中，华能福州二期2×350MW、阳城发电厂6×350MW、邯峰发电厂2×600MW、华能德州三期2×660MW、扬州第二发电厂2×600MW等，西门子均为DCS的承包商，并且电气监控都已纳入DCS。

我方在国内诸多项目中对电气设备监控进入DCS已经积累了丰富的经验。经过调研得知，到目前为止，扬州第二发电厂工程电气监控纳入DCS的范围在全国所有电厂应用中是最全面、最深入的。

根据技术规范书的要求，本项目中电气设备监控系统已经进入DCS。

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