1 前 言
长期以来，电气的控制方式采用常规的手控方式。大机组电气控制的特点是：当机组进入正常运行后，电气上的操作较少;电气量变化极快，多为毫秒级的，对安全可靠性要求很高;电气上的误动或拒动会导致机组发生危险，或大面积故障和停电。因此，在目前单元控制室电气进入机组DCS的同时，继电保护、AVR、同期、厂用电切换、故障录波等功能均未进入机组 DCS，而采用专门的装置，并保留了一定的硬手操。
大家知道，电气元件对安全可靠性的要求特别高。为此，其本身的结构在抗误动或拒动上均花费了大量的设计构思。经过长期的运行实践，在电气一次设备和二次接线均经过了不断的完善和修正，并积累了丰富的经验，已形成和建立了一套严谨规范的做法。但电气进入机组DCS后，常规的操作器具和一些继电器等消失了，其接线方法和思路，只能根据计算机系统的特点作修正或重新构思，或者说，将长期积累的经验和建立的一套严谨规范的做法，要在计算机系统中加以实现，并利用计算机技术使设计更加完美，这是目前工程中需要重点考虑的问题。诚然，如何将计算机系统的优势更好地运用到电气控制系统中，也是值得深入探讨的一个新课题。
2 DCS系统硬件的配置如何考虑安全性和快速性
如上所述，电气系统十分重视安全性和快速性。现将外高桥电厂二期工程I&C岛几家 DCS投标商提供的系统特点，以及对这个问题的考虑简述如下。
(1)系统及其特点，见表1
外高桥电厂二期机组DCS的I/O点数再加上在处理过程中可能产生的中间过程量，其处理点数多，网络的处理速度要求快。特别是在故障的紧急情况下，在短时间内将集中处理大量的信息，若网络配置不恰当或设备配置不高，都会存在瓶颈问题，甚至会死机。
各个DCS系统均有其特点，采用的网络结构和规约也不尽相同。表1中，TCP/IP，存储转发基本属于网络层，运输层及以上协议，以太网，令牌网，FDDI属于物理层协议。
存储转发：通讯内容在一个中转站的缓冲区内暂时存放，然后再发出。
TCP/IP.Transmission Control Protocol/In— ternet Protocol传输控制协议/Internet协议。此为一个协议组，可允许在不同网络系统，不同计算机之间进行通信。它被分解成顺序的，面向连接的协议(TCP)和高效的，端点对端点无连接协议(IP)。IP数据根据地址以及在路由器中的路由选择信息表，被路由器进行转发的数据，可通过不同的路径到达目的地。其中不包括流控，接收应答，错误检查和序列化，以缓解通信拥挤问题。而TCP为面向连接的协议，需要一个路径建立阶段，一个路径切断阶段，一个监督阶段以及流控、应答、序列化、进行校验和检测及重法等通讯开设。为了可靠和高效，可以同时运用TCP和IP。 TCP在系统上进行对话、应答，而使用IP在网络结点间传输数据。
CSMA/CD：Carrier Sense Multiple Access With Collision Detection带有冲突检测的载波监听多路访问协议。IEEE802.3以太网(Eth—ernet)采用CSMA/CD为介质访问控制协议。当两个站同时开始传送数据时，会产生冲突，使用CSMA/CD协议，检测机制监听到冲突时，两个站各自退避一个随机时间后再进行传输尝试。CSMA/CD方法在网上交通很轻时是有效的。当信息量增大时，更多的冲突会发生。工作站一再退避和重发，而网络一直忙。如此继续下去，会导致性能下降。
快速交换以太网：100Mbps的吞吐量，所有线都连到一个中心集线器上，进行点对点交换数据。通讯规约仍为CSMA/CD，由于采用了快速交换方式，极大地弥补了CSMA/CD在数据量大时的弊端。
FDDI：Fiber Distributed Data Interface光纤分布式数据接口。是由ANSI的X3T9.5制定的以100Mbps的传输率，最大长度100km的双环拓扑结构的光缆标准。冗余的双环，具有很高的容错特性，对安全性来说，得到了很好的保证。图1为FDDI双环网在某节点发生故障时的数据流状况。
当网上某站点发生故障时，其上下两个站点将此故障站点隔离，再与其它正常站点重新构成一个环网。安全可靠性大大提高。
另外，FDDI采用IEEE802.5令牌环网传送访问方法。一个令牌帧沿着网络从一个站到另一个站。一个站获得一个令牌后，开始传送数据，传送完后将令牌放回环。有一个时限机制用来防止一个站长时间占用令牌。它可以分为异步，同步，基于连接的几种。西屋公司的 Ovation就利用了FDDI双环网的冗余，同步确定性，令牌的优势。日立公司的HITACS也是利用FDDI网，实时数据传输通过令牌来实规，各站在规定时间内将数据传输给其它站，任一站可以在周期时间内传输数据，其稳定的系统负荷率也是通过周期性的存储传输来实现的。
FDDI网络，在正常运行和异常运行时，均可得到稳定的负荷率。当发生故障时，不会因为事件太多而引起通讯交通堵塞。而Ethernet网为突发冲突检测，当事件太多时，问题也多，特别是负荷率。因此在诸如电厂这样的工矿企业，故障时，即信息量大时，更要保证时间性的情况下，定时定量的固定传送信息方式反而占有很大优势。
由上可见，一些厂家提供的DCS系统还包括一个与打印机等相连的网络，这种做法，可以大大减轻实时控制系统的负荷压力。
(2)各DCS系统中，均采用冗余的控制器配置方式，主备控制器之间无扰切换，控制器配置见表2
几个DCS厂家提供的控制器中，有几家采用多CPU方式，采用专用的接口卡件，专用的主、备切换跟踪硬件配置等，可让主CPU集中处理工程数据，而无需花费时段处理计算机系统上的事物。对于控制器硬件配置较低的方案来说，这种做法可以适当弥补控制器主CPU工作效率低的缺陷。
(3)I/O在速度上的设计见表3
由表3可见，在一般DCS的配置中，AI和 DI的扫描周期比较长。如果想针对电气参数，作谐波分析或显示波形图，或者试图进行同期判断等，显然是不行的。除非采用专门的模块和控制器。就目前一些故障录波器和变电站监控系统参数(采用交流采样)来看，要想达到12位以上的模数转换，9次谐波的分析能力， 0.5%以上的波形采样精度，采样频率至少 lkHz，及lms采样一次，一周波采样20个点。
3 外高桥电厂二期电气进DCS监控模式
现以外高桥电厂二期工程为例，简述了目前国际上几家DCS厂家在中国推行的DCS系统的大致特点。在外高桥电厂二期工程中，考虑到电气安全性和快速性，而目前一般的DCS系统并未针对电气这个特点，来设计其系统及适合电气系统用的各种组件，模块，因此电气的保护，AVR，自动同期装置，厂用电切换装置等均采用专门的装置。此外，发变组，厂用电，电动机等均进入机组DCS监控。
与以往工程不同的是，本工程除了每台机组设置一套DCS系统外，还增加了一个公用DCS系统。电气的发变组，机组厂用电等进入机组DCS监控，而公用厂用电系统进入公用 DCS监控，其公用DCS还具有与灰渣，化水，油，煤等PLC系统的双向通讯的功能。这样可以保证机组DCS系统并未调试完成和投入运行之前，或者机组停运检修时，公用厂用电系统通过公用DCS系统进行监控。从系统上看，将机组厂用电系统的监控与公用厂用电系统的监控划分在两个DCS上，也是有很多优点的。以前工程中曾就公用厂用电系统是进入#1机组DCS还是#2机组DC$展开过讨论。结果如果进入某个DCS，则在此DCS检修时，公用厂用电系统的监控要切换至另一个DCS，产生许多麻烦。如果两个DCS均接，则现场要有两套信号，使现场接线非常复杂。如果设置公用DCS，则系统分明，操作安全，更有利于许多公用辅助系统可接入公用DCS统一监控。
目前一般的DCS对电气系统的控制仅限于正常运行时的开/关操作等，对时间性要求并不太高，但对安全性要求还是很高。上面阐述了对网络，控制器等，各家DCS厂家均采用了冗余配置。那么对I/O卡件呢?鉴于断路器的误操作及逻辑判断错误会引起严重后果，因此在外高桥电厂二期工程中，将主要断路器的控制开、关命令输出，开位置输入、关位置输入进行了冗余配置。顺便指出，热控专业对特别重要的参数进行了3取2的配置，对一般重要参数进行了冗余配置。
鉴于热控专业对控制器和I/O卡件的设计思路，基本是从安全角度出发，根据不同系统功能进行配置的。而电气专业在厂用电配置上，根据系统的不同以及安全性的考虑，也是有系统划分的。因此，在与各家厂商进行了讨论之后，在硬件配置上，电气系统作了如下划分
(1)考虑检修方便的原因，在I&C设备检修时，电气不能停，因此电气系统在电源，控制器，相关通讯，模块及组屏上考虑独立性。
(2)厂用电分A、B制，为保证系统A出问题时，不影响B系统，因此厂用电按A、B系统;在电源，控制器，相关通讯，模块及组屏上考虑相互独立性。
(3)因机组停机时，厂用电还需继续运行，因此发变组，厂用电在电源，控制器，相关通讯，模块及组屏上考虑相互独立。
(4)根据双重化的要求，在电源，控制器，相关通讯，模块及组屏上也需考虑双重化。
4 展望和建议
一般的机组DCS系统，热工专业的网络处理点数量很大，而且有逐渐上升的趋势。其常规I/O模块也是根据热工参数的特性来设计的。鉴于现有的常规DCS设备，电气进入机组DCS的规模只能局限于监视和正常运行时的简单操作，即仅仅将原有的硬操盘上的东西搬到计算机系统内实现。而其它功能如：故障录波器，保护，AVR，同期装置，厂用电切换装置等，仍然采用专用的装置。
在电气系统的计算机监控方面，变电所和电厂升压站的计算机监控系统先走了一步。它是立足于电气系统的特点来设计和制造的。一般情况下，变电所或升压站计算机监控系统网络点数有限，网络规模不大，但网络层次完备，设备样样俱全。通常采用分布式的结构，智能化的I/O站，外加操作员站，工程师站，网络打印机，前置机(可根据工程需要取舍)等，可以实现交流采样，同期，闭锁，谐波分析，CRT操作，记录，存档，开操作票等功能。与保护装置等，也可采用通讯方式进行交流。由于采用了交流采样，通过数学换算，可以明确波形，进行谐波分析等一系列对电气专业来说十分有价值的工作;也可以在智能I/O站内进行同期检定。
因此，如果将单元控制室电气进入机组 DCS系统，由于热工DCS本身处理点数很多，在其固有的规模上加上电气系统的简单监控，当然还是可行的。同时在设备选型统一考虑的基础上，可以将录波器，保护，自动装置等，作为专门独立工作的一个站挂在网络上，然后与网上的其它站或操作员站，工程师站等进行通讯联系。然而，如果想基于热工DCS系统，加强电气特性的功能，则必须进一步完善其控制器和I/O模块等。如果选用电气专用DCS的方案，则可以沿用变电所或电厂升压站计算机监控系统的经验，统一协调电气系统各个功能，并可进一步发展专家系统，在状态分析，故障分析，状态处理，故障处理，防误，培训，仿真等方面，真正做到以人为本，真正实现电气自动化系统的完美功能。
