一、概述
目前，国内新建的超(超)临界机组均采用了分散控制系统DCS。由于机组的自动化程度越来越高，纳入DCS系统的功能也越来越多，进入DCS的I/O点数已接近或超过10000点，DCS实时数据库的中间点总标签量也达到了近十万点。
随着微处理器和网络技术的迅速发展，与早期的DCS相比，新一代DCS的功能越来越强大。充分发挥出了其功能分散、信息共享和集中监控的特点。尽管如此，要满足类似于百万等级超(超)临界机组控制这样输入/输出点数达万点以上的超大型控制系统的需要，仍必须在设计阶段充分考虑电厂工艺和控制系统本身的特点。合理地确定控制器数量和进行控制器功能的优化分配，对保障整个机组的运行安全和方便控制系统的维护检修都至关重要。
表一列出了国内几台已经投运的超(超)临界机组的I/O总点数、控制器数量以及分配原则。
注：为了便于比对，表中DCS是指不包括电气ECS和公用系统COM的数量。
二、DCS控制器分配的基本原则
八十年代初期，国内进行300MW/600MW火电机组技术引进时，随主辅机设备分别配套引进了相应的控制系统。当时，这些系统均为独立设置，硬件各异。逐步形成了一整套比较完善的大容量单元机组控制模式，控制功能主要包括：
— 数据采集系统(Data Acquisition System，DAS);
— 单元机组协调控制系统(Coordinated Control System，CCS);
— 锅炉炉膛安全监控系统(Furnace Safeguard Supervisory System，FSSS)或称燃烧器管理系统(Burner Management System，BMS);
— 顺序控制系统(Sequence Control System，SCS);
— 汽轮机数字电液控制系统(Digital Electro-Hydraulic Control System，DEH);
— 给水泵汽轮机电液控制系统(Modular Electro-Hydraulic Control System，MEH);
— 汽机旁路控制系统(Turbine By-Pass Control System，BPS);
— 汽轮机监视仪表(Turbine Supervisory Instrumentation，TSI);
— 汽轮机紧急跳闸系统(Emergency Trip System，ETS);
- 机组大联锁系统(Plant Protection System，PPS);
— 辅助车间控制系统(Balance Of Plant，BOP);
九十年代初期，望亭电厂300MW机组等DCS试点项目成功投运之后，DCS开始在国内火电厂逐渐推广应用。纳入DCS的应用功能也从DAS、CCS、FSSS、SCS四功能逐步扩大到ECS、BPS、公用系统和吹灰程控SBC等等。同时，由主机厂成套供货的DEH、MEH和脱硫、脱硝等控制系统也越来越多地采用了和单元机组DCS相同的硬件，纳入到了全厂一体化的DCS中。
随着DCS价格大幅度降低，不少电厂辅助车间(水、煤、灰)控制系统也开始采用与主厂房DCS相同的硬件。这样，DCS已经基本上涵盖了整个全厂主要控制系统和辅助车间控制功能。
后续纳入DCS的其它功能子系统有：
—电气控制系统(Electrical Control System，ECS);
—吹灰程控系统(Soot blower control system，SBC);
—脱硫控制系统(Flue Gas Desulfurization Control，FGD);
—脱硝控制系统(Selective Catalytic Reduction Control，SCR);
—机组自启停控制系统(Automatic Plan System，APS);
—辅助车间控制系统(Balance Of Plant，BOP)
由于历史的原因和考虑到各种安全因素，在各个功能逐步纳入DCS过程中，尽管采用了相同DCS硬件，但在进行DCS控制器分配时仍然沿用了分立仪表和独立系统时的习惯，大多还是按照各个独立控制系统时的模式来进行控制器功能的分配，也就是按照功能来进行控制器分配。
随着工程实践经验的积累和对DCS认识的逐步深入，越来越多的设计院和用户开始认同和要求尽可能地按照单元机组的工艺特点来进行控制器的分配。也就是逐步从在每个单系统功能中按工艺来划分过度到了整个DCS系统都主要依据工艺特点来划分控制器的功能，也就是按工艺特点来进行控制器分配。
这种划分原则的改变也是和电厂热工人员的岗位设置密切相关的。以前，由于系统功能和硬件都相对独立，电厂热工往往设置成机控、炉控、保护和计算机多个班组，以有利于定岗维护。但现在，新建电厂的热工维护人员大多已不再按功能细分，人员也大大减少，点检、维护时必须负责起整个DCS的维护和消缺任务。
按工艺划分其实是在整个DCS系统范围内对重要设备的监控更进一步考虑按安全可靠、合理分散的原则来布置。因为电厂的许多重要主机设备均采用了冗余或多台配置，不同的工艺系统也具有一定关联特点。在分配时将这类设备分配在不同的控制器中，而且其所有监视、顺控和调节功能也相对集中到了一个控制器内，减少了按功能分配时，回路和联锁之间产生的许多硬接线接口，尽量确保不会因为设备的局部故障，造成停机停炉。
其实无论是按照监控采集、模拟量调节、开关量调节、联锁保护等控制功能来划分控制器，还是按照工艺系统来配置，只是侧重点有所不同，不能把二者完全对立起来，对单元机组而言，无论是采用哪种划分原则，分配结果其实大部分是相近的。在两种分配原则中，安全可靠性因素总是首要的。所以，与保护相关的系统功能都必须是独立配置。如PPS、MFT、ETS等，应该保证与其它控制功能不混淆在一起。ECS、SBC由于专业或工艺较为独立，一般也不会和其它功能混配。二种划分原则之间最主要的差异点其实只是在MCS以及由主机厂单独订货的功能(如DEH、MEH)等是否需要严格地保持功能的独立，不与其它功能相混淆。另外就是DAS系统的I/O是否相对集中。
在进行控制器分配时一般是都按照以下这几个方面进行考虑：
1、DCS系统软硬件结构特点;
2、控制器的负荷率平衡;
3、机组本身的工艺特点;
4、控制功能的可靠性和安全性;
5、机炉电及辅控的集控方式;
三、控制器分配过程中的主要问题
3.1 DCS控制器的数量问题
控制器数量是决定系统配置能否合理的一个首要因素。目前在招标时，根据标书要求的I/O点数和操作员站数，整个DCS价格的可变因素主要就是控制器的数量，这也涵盖了机柜等DCS主要硬件的成本。所以投标厂商当然希望尽可能地减少控制器的数量，确保较低的投标价。
需要特别强调的一个问题是，在实际工程中，控制器的处理能力是不能单单以厂家样本数据为基础进行评估的。那往往只是一个名义值，即从计算机性能或规范角度定义的一个性能极限值，或者只是其带I/O能力和算法处理能力的“或”。在投标时，这些数字对负荷率的估算是意义不大的。从目前实际现场验收试验SAT的统计数据看，一些DCS产品并没有达到规范书要求的负荷率。如果严格按照目前规范书对模拟量和开关量250ms/100ms的处理周期考核，许多机组配置的控制器实际负荷率都远超过100%。控制器数量是否合适，更多要考虑如何确保机组运行的安全和功能的合理分散度。
对超临界和超超临界机组这种大容量机组的DCS项目，合理的控制器总数量是保证整个系统安全、稳定运行的最重要因素。从招投标阶段起，就应该严格把好关，为控制器的合理分配创造条件。
DCS本身是成型产品，大部分有成熟业绩的DCS也各有其特点。由于用户在招标时真正能够把握的，决定到今后系统能否用得好的最关键点就是控制器(包括电源)的数量和每个I/O卡件的合理余量，这基本上决定了中标系统的性价比。投标时不要一味计较一些具体的网速、处理器能力、内存等指标，或在各种DCS之间做无谓的性能对比，最后反而顾此失彼。在项目实施前，最好能根据不同DCS的特点和多多借鉴相似工程的应用情况和成熟经验，在标书中确定好不同DCS系统的控制器数量要求。
3.2 DCS控制器的负荷率
DCS控制器的处理能力可以从软、硬件两个方面综合进行考量：I/O分配数量和机柜布置，控制器算法的处理负荷、I/O总线负荷和通讯网络负荷。
从整个系统看，由于控制器CPU性能和I/O总线能力的提高，单从I/O分配的角度看，各种DCS带I/O的能力都完全够满足分配的要求，许多DCS系统的控制器在结构上可以支持多个I/O扩展柜。但考虑I/O物理上的合理分散，无论是按照功能来划分还是按照工艺来划分，为了方便系统安装接线和日常维护，一般整个控制器包括扩展I/O柜所带的总点数不应超过450~500点(如果安装控制器，空间相对较小，点数一般在200～300点)，并留有必要的裕量。
在控制器分配完毕之后，都会对控制器安排一定的安装位置和编号。这时主要考虑的原则是尽量将继电器柜、MFT跳闸柜、电源柜等安排在相对独立的位置，不要对控制器柜造成干扰，并尽量靠近功能对应的机柜处。按功能划分时，每个控制系统的编号会排在一起，按工艺划分时，还可以按照电子设备间中电缆的走向分别按照锅炉、汽轮机、电气和公用来对机柜编号和进行布置。
在硬件分配时需要注意的一个问题是I/O电源的布置和容量，目前常遇到的一个问题是，招标时DCS厂家提供的整个系统电源需求往往过大，造成全厂UPS设计容量偏大。而在其内部开关电源尤其是I/O供电电源配置时，厂家从成本考虑，设计计算出的配置量又往往取最小值。这对今后的正常运行维护造成了很大的隐患。在进行系统配置时应当认真校核，确保DCS电源模块的容量和分散度满足应用要求。
从DCS控制器本身的性能看，由于计算机处理能力的飞速提高，早期DCS和现在的产品对负荷率评估的侧重点发生了
