一、概述
目前，DCS系统和远程智能I/O在火力发电厂已获得广泛应用。在大型新建项目和老厂技改中，通常选用成熟可靠和有应用业绩的D田系统作为主控装置，而辅助测点则采用具有成熟应用经验的国产远程智能I/O设备进行监控，并要求与DCS连接通讯，将辅助测点信息传送给DCS系统，在统一的操作员站(OS站)上进行显示、打印和数据管理，大大提高了火电厂的自动化水平。随着国产远程智能I/0设备应用水平以及人们对DCS系统物理分散程度要求的提高，这种设计和应用模式显示出诸多优越性能和旺盛的生命力。可以确信，这种模式将不断地得到推广和发展完善，且采用远程智能I/O的规模和应用范围也将不断加大。因此探讨它们之间的相互连接与通讯，特别是探讨国产远程智能I/O与其他厂家DCS系统一体化问
题具有重大的实用价值和经济意义。
二、远程智能U0在火电厂的若干应用
远程智能I/O系统最显著的特点是废弃了传统的集中并行总线式I/O结构，而采用进一步分散的现场总线结构，有利于提高系统的可靠性和经济性。远程I/0前端采用低功耗集成电路芯片和全密封结构的生产工艺，满足IP55或以上标准，完全适合工业现场环境，靠近测控点安装就近处理各种信号，可节省一次信号电缆60%以上，并大大减小了信号电缆所引入的各种电磁干扰。各智能前端具有独立的隔离电源和接线端子，独立并行工作，前端和网络采用电气浮空技术，能承受较高的共模干扰、差模干扰和强电磁幅射，可保证系统长期安全工作，维护检修也十分方便。另外值得一提的是，远程智能I/O设计充分考虑了让非计算机专业的工程技术人员能够快速地应用于实际工程项目，在应用设计上完全避开了硬件系统和繁锁的汇编语言，从而可在高级语言环境下通过调用驱动程序或直接采用高级组态软件组态生成应用系统。因此，近年来远程智能I/O已在火电厂获得了十分广泛的应用，其中在大型火力发电厂的应用主要包括以下几个方面：
1 发电厂主要设备金属温度群监测系统
300MW以上的大型火电机组，其主体工艺过程目前均采用了成套的DCS系统，这对于保障大型火电机组的安全经济运行以及提高电厂的运行管理水平是非常必要的。但是，由于大型火电机组需要监控的测点很多，如果将所有测点都纳入DCS系统，将使DCS的规模扩大，造成一次投资和二次维扩费用的增加，同时还将增加DCS的负担。因此，对主机和主要辅机的金属温度群包括锅炉管壁温度、汽轮机缸壁温度、发电机线圈和铁芯温度以及主要辅机轴承温度等，以前一般都采用数字温度巡测仪来进行采集和显示，主要目的是为了降低成本，但巡测仪必须安装在控制盘面上，它不但要占据一定的控制空间，也使控制室内台布置很不协调，同时也不能节省电缆，因而采用巡测仪进行辅助温度群测点监视方式将越来越不满足现代化控制室布置的要求。
为了适应现代控制室推行以CRT为监控中心，设备布置整齐、精练，尽量取消模拟仪表和控制盘台的要求，电力规划设计总院在1996年11月29日以电规发(1996)214号文颁发的《单元机组分散控制系统设计若干技术问题规定》中推荐采用远程智能I/O进行辅助测点监视，即“锅炉和汽机的金属温度;发电机的线圈、铁芯、为氢气和冷却水温度;辅机轴承温度等宜采用国内有成功应用的经验的远程I/O通道”。采用远程智能V0进行辅助测点监视，不仅可减少控制盘台数量，缩小控制室面积和空间，使控制室整齐美观，而且可有效地提高监视点的可靠性、测量精度，大幅度减少了信号电缆的数量，节省一次投资、安装费用及二次维护检修费用。湖南湘潭电厂(2X 300MW机组)应用远程智能I/O对锅炉金属温度 的测量中完全省去了信号电缆，据保守估计仅节省电缆的一次投资即在60多万元(仅以此费用即足够组建一个基于远程智能I/O的计算机监视系统!)。
采用远程智能I/O进行大机组金属温度群监视，相对于机组的主控DCS系统来讲，可构成一个小型DAS系统，如图1所示。智能前端可分别就近安装于锅炉、汽机、发电机及辅机监测点旁，所有前端挂接于一根现场通讯总线。前端将现场信号预处理的的结果以数字通讯方式经总线和通讯适配器送人控制室工业PC，进行显示、打印或将信息直接送给DCS系统。
2 辅助车间监控系统
辅助车间的自动化直接关系到大型火电机组运行的安全可靠性，特别是大型火电厂和供热电厂的化学水处理车间处理量大，工艺复杂且要求高。目前大部分新建电厂的辅助车间采用了PLC进行开关量程序控制。但当模拟量也采用PLC处理时，其造价就比较高，所以在一些电厂里仍然沿用传统模拟表安装在控制盘上进行监视和记录，因而造成了控制室布置很不协调。为了降低成本，同时提高辅助车间监视水平和控制室的整体协调性，可采用PLC和远程智能I/O主要完成模拟量的检测与控制，采用PLC来实现对开关量的顺序控制，它们通过各自的通讯网络后在计算机上集中信息，统一处理后在操作管理站上实现画面显示、故障报警;报表打印、数据存储以及各种分析处理。
与温度群测点监视系统(小DAS)一样，辅助车间监控系统在独立设置和运行的前提下，也可以留出与DCS系统或全厂MIS系统的通讯接口，以便将有关运行信息传送到DCS的操作员站和MIS工作站进行显示、打印和数据管理。
3 远程独立设备监控制系统
在火力发电厂中，除了机组附近的辅助设备以外，尚有部分远离机组的辅助设备，如一些供排水处理泵站、除灰除渣站、供热计量站、升压站等，由于它们距离主控室较远，所以其控制难以纳人常规DCS系统，以前都采用独立监控系统或就地控制方式。当采用远程智能I/O时，这些设备的监控信息均可传输到主控室，集中统一管理，不但可实现远程控制操作，还可以将信息送到DCS系统和厂级管理系统，有利于提高发电厂的运行管理及整体自动化水平。
采用远程智能I/O构成远程独立设备监控系统如图3所示。监控系统采用多个远程I/O网络，它们通过各自的通讯适配器与主机进行通讯，也可以采用多主机形式，把信息集中进行处理。如水泵站、除灰除渣系统的监控采用远程采集前端和控制单元(如893—IDCB—5A) 安装在站内就地进行常规监视与控制，控制参数可通过上位机下装，也可在就地面板上设定，其调节状况及泵站运行信息则通过网络传送到主机进行显示和管理。供热站、升压站等主要是进行监视，采用远程I/O前端就地安装并将热能、电能以及有关阀门、开关等运行参数预处理后经总线通讯传输至主机进行统一管理。
采用远程智能I/O监控远程独立设备的显著特点是，既能实现设备的集中统一管理和操作，提高电厂的整体自动化水平，同时也不会大量地增加电缆铺设及维护管理的工作量，具有良好的经济效益和管理效益。同样，独立设备监控系统也可与DCS系统或全厂MIS系统通讯，将有关运行信息传送到DCS的操作员站和MIS工作站进行显示、打印和数据管理。
三、远程智能I/0与DCS系统互连通讯的意义与实现途径
远程智能I/O与DCS系统之间互连通讯的意义，在于实现信息共享，共用操作员站和工程师站，以减少硬件设备的运行操作人员，实现生产控制的综合化和管理一体化。大型火力发电厂中已采用DCS系统作为主控系统，将锅炉、汽轮机、发电机的一部分及主要辅机进行集中控制，在控制室实现了由运行员和值长集中监盘、统一操作。显然，基于远程智能I/O构成的上述金属温度温度群检测系统(小DAS系统)、辅助车间监控系统和远程独立设备监控系统等也应经通讯与DCS系统连接起来，以便共用DCS操作员站的监视器、打印机并由运行人员统尸进行监视和协调操作，并将相关数据信息进行统一管理或汇总送给全厂MIS系统。
远程智能I/O与DCS系统的互连通讯与一般计算机系统互连通讯具有相同的原理。原则上，互连途径有二个，一是采用现在的网络互连设备，二是通过DCS系统提供的标准接口经二次开发进行系统互连。所谓现在的互连设备是指针对具体的远程智能I/O和DCS产品开发的通讯接口，它实现远程智能I/O网络系统与DCS系统通讯协议酌相互转换，如893—IDCB—0C短卡，可实现“893—网络”与西门子TELEPERM—ME系统过程控制站的互连通讯。当采用现在设备不能联网或由于某种原因不宜采用现成联网设备时，可以通过DCS系统提供的对外标准接口进行系统互连。目前的DCS系统，在过程控制站或操作员站上都提供了串行接口RS—232C或RS—422/485和并行接口PC<1)，而局域网上一般都提供了PC(1)总线接口，通过这些标准接口可以开发网桥或网(信)关等(串口或并口)进行连接。
(一) 基于标准串口的系统互连
标准串口通常指RS—232C或RS—422/485串行通讯接口，(近来许多计算机系统还提供了通用串行总线——USB接口)，它们仅是一个包含物理层协议的低级通讯标准，它规定了接口的机械结构、插针形式和逻辑信号电平及几种通讯速率约定。因此只要具有相同串行接口的两个系统就能实现物理层次的相互连接，即两个系统之间的物理信号兼容，但信号的需要两个相互进行约定。一般说来，通过标准串行接口连接两个系统，其通讯规约可采用三层协议形式，即规定通过物理层互连信号传输数据的基本字符编码和信息帧格式，并直接面向与系统进程相关的系统通讯软件(应用层)进行解释，构咸通讯协议中扩展的数据链路层，如图4所示。
由此可见;基于标准串行接白的系统互连关键在于字符编码和数据帧格式的相互约定。根据不同行业或应用领域的需要，可进行不同的约定，但是对于需要经常联网的系统或设备宜采用标准化规定，以便于快速;高效地实现联网，减少工作量且有利于提高工作的可靠性。
(二) 基于PC(I)并行总线的系统互连
随着PC机的广泛深人应用，PC(I)总线已成为举世公认的标准并行总线。为了适应PC及其兼容机在工业控制系统中应用的大趋势，目前许多DCS系统都对K机实行了开放，其中大部分在局域网络上提供了PC(1)总线接口，使PC机可以直接作为DCS系统的工作站运行，(现已有许多中小型DCS系统直接采用工业PC机作为工业站);另外一部分系统则在原来的工作站上提供PC(I)总线的接口卡(槽)，以容许与PC机兼容的设备参与系统的测量控制及数据处理。而几乎所有远程智能I/O产品均有PC(1)总线适配器(卡)。因此，PC(I)总线作为DCS系统和远程智能I/O系统相互确认的工作站也可用以实现系统间的互连，此时PC机既可以作为DCS系统一个数据处理装置;在通讯上也可以看作为异种系统连接的网(信)关。
PC机作为网信关实现系统互连时，通讯协议的转换可以在PC机上直接由软件实现，如图5所示。PC机通过设备或网络的的扩展驱动程序(Driver)的连接和解释实现对系统A和系统B的操作并经各自的通讯程序实现对PC机内共用实时数据库的存取，从而实现两个系统的数据;信息交换。由于进入实时数据库的数据同时也可以被其它处理进程调用，因而采用PC机进行远程智能I/O和DCS踢系统互连时，PC机即可用于处理远程智能I/O系统的涉及的数据及有关计算任务，将处理结果信息再传送给DCS系统，以减轻系统中其它工作站的工作量。
当然，同采用标准串行接口实现系统互连一样，采用PC“)总线接口进行系统相连时，也需要互连系统的相关厂家紧密配合，相互约定或提供本系统对PC(1)总线的基本数据存取方法或扩展的设备驱动程序Driver，以便工程实庞过程中对互连通讯软件的开发编制和系统投运后的维护梭修。
四、远程智能I/0与DCS系统互连通讯的工程设计与约定
1 互连接口与硬件结构
工程应用设计时，远程智能I/O与DCS系统互连通讯可考虑以下几个主要途径：
① 通过DCS局域网提供的PC机接口，(目前几乎所有DCS系统都提供有PC机接口)，采用上述第二种联网方式，采用PC机将远程智能I/O和DCS系统连接起来，PC机作为远程智能I/O系统(如小DAS系统)的主机，同时也作为DCS系统的一个工作站，直接挂在DCS系统的高速数据公路(DATA HIGHWAY)上采用这种方式，DCS操作管理站(OS)能快速响应远程智能I/O系统所处理的测点信号。
② 当DCS系统的操作管理站(OS)采用PC总线计算机时，(目前许多DCS系统的帕
站采用PC机)。通过远程智能I/O的PC通讯适配器(卡)可直接将远程智能I/O系统接人，将辅助测点信号声接送入DCS系统的操作管理站进行处理，此时把该操作员站亦作为远程智能L/O系统的主机。
③ 通过标准串行接口如RS—232C或RS—422/485实现远程智能I/0系统与DCS的连接。在DCS的过程控制站(DPU)上，一般都提供有标准的串行接口，(有的是专门的串行接口模件，有的附属在控制主模件上，如INFI—90系统的MFP和MAX—1000系统的DPU等都具有RS—232接口)，通过标准串行接口与远程智能VO系统进行联网。由于DCS系统的组态软件对这种联网方式具有很好的开放性和可组态性，因而实现起来更加容易，现已在许多工程实践中获得了成功应用。通过串行接口的连接方式，通讯速率受到一定限制，但对连接辅助测点的小型监控系统来说也足以满足要求。
④ 通过现成接口连.接远程智能I/O与DCS系统。如893—IDCB—OC短卡实现“893—网络”与西门子公司的TEEPERM—ME型DCS系统的连接。这种方式把远程智能IYO作为DCS系统的一部分，或者说DCS系统已具有远程智能VO功能，所以它实现了两个系统的统一和融合，因此在DCS操作管理站上可快速响应远程智能I/O系统的数据信息。
在工程设计中需要根据具体情况确定互连接口与硬件结构。就目前的实际工程应用，远程智能I/O与DCS系统联网的目的，主要是希望在tICS系统的操作员站(OS)上能够显示和打印远程智能I/O系统的串口相连。远程智能I/O系统的串行接口可采用适配器形式，如“893—网络”的11)CB—OF(如图6(A)所示)。适配器OF可放人DCS系统的DPU柜内，以满足RS—232接口的近距离通讯要求;也可以采用PC机的串口，将PC机置入DPU的串口时，最好将PC机外置并配置CRT如图6(B)所示，以便远程智能I/O所涉及的所有测点信号的处理和有关性能计算在PC机上完成，最终只将其结果传送给DCS，一方面可减少DCS系统的处理负担，另一方面也可通过PC机对远程智能I/O进行管理和诊断，以便于维护检修。当PC机外置时，往往距离DPU柜较远，故应采用一对MODEM对通讯信号进行调制解调，确保传输数据的可靠性。
2 数据传输方式
通讯系统的数据传输方式有单工、半双工和全双工三种方式。数据的单工传输是指在任何时刻数据只能单向地从一个系统传送到另一个系统;半双工传输是指数据可以在两个系统之间互相传送，但在不同的时间段内数据只能单向传输;全双工方式则是指数据可以在两个系统之间同时互相传送。显然，全双工方式对两个系统之间有大量数据需要相互交换的情况最为高效迅速，但实现起来也最为复杂;半双工方式简单一些，它通过分时单向传输实现两个系统的数据交换;单工方式最简单，它适合于数据只需要从一个系统传送到另一个系统的应用场合。
对于远程智能I/O与DCS系统联网的情况，可以分三种情况来考虑：
① 远程智能I/O只作为数据采集系统，且不要求通过DCS系统对远程智能I/O进行在线组态。此时，数据只需从远程智能I/O系统单向地传送至DCS系统，因而可选用单工传输方式。
② 远程智能I/O作为数据采集系统，且要求通过DCS系统对远程智能I/O进行在线组态。这种情况下，正常运行时的大量数据由远程智能I/O传送给DCS系统，而通过DCS系统的工程师站对远程智能I/O进行组态的少量数据信息由DCS系统发送给远程智能I/0系统，此时可选择半双工传输方式。
③ 远程智能I/O作为测控系统，既要通过远程智能VO采集现场数据又要输出控制信号，远程智能I/O系统与DCS系统之间的数据传输必须是双向的。当控制算法在远程智能I/0系统内实现，而控制给定由DCS系统提供时，系统接口传输的大量数据仍然是单向地从远程智能I/O到DCS，因此可采用半双工传输方式。反之，当控制算法在DCS系统内实现，远程智能I/O仅作为输入输出通道使用时，通过系统接口双向传输的数据量都很大，且实时性、快速性要求也很高，此时应采用全双工传输方式。
3 数据编码及传输格式
对于串行异步传输，必须协调并明确远程智能I/O与DCS系统通讯时的数据的编
码方式和数据帧格式包括传输开始与停止信号约定、传输数据的分组清单、通讯校验方式、出错标志及重发次数规定等等。其中有许多技术细节，一般均可由远程智能I/O厂家和DCS厂家针对具体工程情况相互自行约定，但是设计院或用户应给出适当原则并予以确认。
4 数据传送周期
数据传输周期取决于生产工艺及其控制要求，不同的参数传送周期也不同。对重要的、变化速度快参数应选择较短的传输周期，反之对次要的、变化缓慢的工艺参数可选择较长的传输周期。目前，远程智能I/O在大型火电厂中较多的是用于对炉、机、电及主要辅机的金属温度群监视，由于温度变化比较缓慢，且不参与调节控制，所以这些数据的传送周期都较长，一般可选择5-30(60)秒;当有开关量信号时，开关数据的传输周期应不大于1秒。
5 传输速率
数据传输速率的确定主要取决于传输数据量的大小和工艺数据对传送周期的要求，对串行和传输还与数据编码格式、通讯校验方式、同步传输或异步传输等有关。假设某工程中远程智能I/O系统中有400个模拟量和100个开关量数据要传送到DCS系统，要求通过RS—232串行接口传送，采用异步单工方式，模拟量传送周期5秒，开关量传送周期1秒。约定一个模拟量占用2个字节，8个开关量占用一个字节，则模拟量共有800字节，每秒应传送模拟量160字节，加上开关量共有13字节，共173字节;采用奇偶校验，传送一字数据奇偶位占1位，起始位、停止位各占1位，则传输一字节有效数据需要传输11位数据，因此传输率应大于173X11秒=1903位/秒，因此可选用RS—232接口的2.4KBPS档波特率进行传送。
6 传输数据类型
传输数据的类型是指传输的级别或界面，主要涉及数据预处理功能层次的划分。为了尽可能减轻DCS系统的负担，应最大程度地发挥远智能I/O的数据处理功能，因此当远程智能I/O向DCS系统传送数据时，应尽可能传送接近OS站可使用的结果数据;而DCS系统向远程智能I/O传送的数据应尽量原始、简化，使其经远程智能I/O系统进一步处理后再输出给现场应用。这方面国产远程智能I/O产品具有无可比拟的优越性，如“893—远程智能I/O”本身已具有十分丰富的数据采集、滤波、变换、运算以及构成回路控制调节的功能，当其与DCS联网时，可将现场采集数据变换为DCS系统的实用数据;送给DCS系统后可直接进行存储、显示或打印;而DCS系统通过传送简单的指令即可实现对远程智能I/O的控制，如传送PID算法的不同整定值就可实现对工艺过程的不同定值控制，而PID算法本身则由远程智能I/O来实现。因此，在考虑采用远程智能I/O时，可优先采用具有成就应用经验的国产远程智能I/O产品。
远程智能I/O与DCS系统联网具有许多优越性，实现的途径也很多。从目前的工程应用情况看，主要是采用串行连接方式，物理接口采用RS—232或RS—422/485形式，但数据编码和传输格式上还很不统一，给工程设计和应用维护带来—不便，以利于设计标准化，联网规范化，维护简单化，并提高互连通讯的可靠性，进一步扩大远程智能I/O的应用范围，促进DCS系统的发展和完善。
