第二章發(fā)電廠計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的基本分類

1、第二章 發(fā)電廠計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的基本分類 本章主要了解電廠計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的各種分類方法，各自的特征、適用范圍，以及對計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的基本要求。第一節(jié)發(fā)電廠計算機(jī)監(jiān)控的基本類型及其特點 在生產(chǎn)過程自動化領(lǐng)域中，計算機(jī)的應(yīng)用已十分廣泛。從計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的實踐情況來看，其應(yīng)用目的、應(yīng)用方式、實現(xiàn)方式是多種多樣的。因此，計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的分類方法也很多，一般可按系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式、使用計算機(jī)的種類、控制方式、控制規(guī)律、控制犀珩、耳仝各罟磊締的動能兩拯作青卉簍不同晤剛幸圳鋅且休惜柙麗妾?一1 表21中各項自左至右，技術(shù)水平是由低級到高級，或說從當(dāng)前水平到更先進(jìn)的水平；同時各欄之間也可按用戶的不同要求可交叉選

2、用。 一、按計算機(jī)在發(fā)電廠監(jiān)控系統(tǒng)中執(zhí)行的功能分類 按照計算機(jī)在電廠監(jiān)控系統(tǒng)中所執(zhí)行的主要不同功能來分類，計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)有數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)、直接數(shù)字控制系統(tǒng)、操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)、監(jiān)督控制系統(tǒng)、多功能分級控制系統(tǒng)。 (一)計算機(jī)數(shù)據(jù)采集監(jiān)視系統(tǒng)(DAS) 計算機(jī)數(shù)據(jù)采集監(jiān)視系統(tǒng)常稱DAS(Data Acquisition System)。計算機(jī)在數(shù)據(jù)采集處理時，主要對電廠生產(chǎn)過程大量的物理參數(shù)(包括電量和非電量)進(jìn)行巡回檢測、數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)計算、數(shù)據(jù)統(tǒng)計和處理、參數(shù)的越限報警及對大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行積累和實時分析，并將結(jié)果以表格或圖形形式顯示在顯示屏(CRT)上，定時通過打印機(jī)打印一些重要參數(shù)(如圖2

3、1所示)。同時，還可以根據(jù)提取的事故發(fā)生前的運行數(shù)據(jù)，指出機(jī)組運行的發(fā)展趨勢。此外，通過數(shù)據(jù)采集建立起來的數(shù)據(jù)庫還可以進(jìn)行自動操作和作為控制的依據(jù)。 嚴(yán)格地說，DAS不屬于計算機(jī)控制的范疇，這種應(yīng)用方式中，計算機(jī)不直接參與電廠的生產(chǎn)過程控制。但是，任何計算機(jī)控制系統(tǒng)都離不開數(shù)據(jù)的采集和處理，它是計算機(jī)監(jiān) 圖21計算機(jī)數(shù)據(jù)采集監(jiān)視系統(tǒng)控系統(tǒng)的基本功能，應(yīng)用計算機(jī)對生產(chǎn)過程運行參數(shù)進(jìn)行采集和必要的處理，是計算機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)過程中應(yīng)用的一種最初級、最為普遍的形式。DAS是計算機(jī)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)和先決條件。 如圖21所示，DAS系統(tǒng)對電能生產(chǎn)過程中的各種參數(shù)進(jìn)行收集、巡回檢測，并將所測參數(shù)經(jīng)過程輸入通道采

4、入計算機(jī)。然后，計算機(jī)根據(jù)預(yù)定的要求對輸入信息進(jìn)行判斷、處理和運算，需要時以易于接受的形式向運行人員屏幕顯示或打印出各種數(shù)據(jù)和圖表。當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常工況時，系統(tǒng)可發(fā)出聲光報警信號，運行人員可據(jù)此對設(shè)備運行情況集中監(jiān)視，并根據(jù)計算機(jī)提供的信息去調(diào)整和控制生產(chǎn)過程。系統(tǒng)還具備大量參數(shù)的存儲積累和實時分析功能，可保存有關(guān)運行的歷史資料，通過研究各種不同情況下的生產(chǎn)過程，還可以建立或改善電能生產(chǎn)過程的數(shù)學(xué)模型。例如水電廠水情測報、大壩觀測、梯級水電站的經(jīng)濟(jì)調(diào)度等過程，可以通過DAS系統(tǒng)進(jìn)行采集參數(shù)、集中監(jiān)視、邏輯判斷、分析運算、加工處理，最后顯示表達(dá)和儲存，計算機(jī)再根據(jù)所采集到的有關(guān)功率和頻率等信息，按最優(yōu)

5、準(zhǔn)則，實時地計劃應(yīng)開機(jī)組臺數(shù)，提出各臺機(jī)組負(fù)荷最佳分配的數(shù)據(jù)。再如報警，它可根據(jù)有事件發(fā)生前的某一瞬間對運行在一段時間的變化規(guī)律進(jìn)行自動分析，來預(yù)測未來發(fā)展趨勢，提出預(yù)防性措施，如安排停機(jī)檢修等。 計算機(jī)數(shù)據(jù)采集監(jiān)視系統(tǒng)的一個優(yōu)點是比較靈活和安全，它使運行人員能隨時了解電廠生產(chǎn)過程的狀態(tài)，并可根據(jù)自己的判斷對計算機(jī)系統(tǒng)提供的操作信息有選擇地采納，對保證生產(chǎn)過程的安全、經(jīng)濟(jì)運行，簡化儀表系統(tǒng)的設(shè)計與布置，減輕運行人員的勞動強(qiáng)度等有著重要的指導(dǎo)意義，其應(yīng)用極為廣泛。 (二)直接數(shù)字控制系統(tǒng)(DDC) 計算機(jī)直接數(shù)字控制(Direct Digital Control，簡稱DDC)系統(tǒng)，是由計算機(jī)或以

6、微處理為基礎(chǔ)的數(shù)字控制器取代常規(guī)模擬控制器，直接對生產(chǎn)過程進(jìn)行閉環(huán)控制的系統(tǒng)，如圖22所示。 直接數(shù)字控制系統(tǒng)是計算機(jī)在工業(yè)應(yīng)用中最普遍的一種方式。它是以對生產(chǎn)過程的實際測量值與給定值相比較的偏差值作為計算機(jī)的輸入，計算機(jī)按照規(guī)定的控制規(guī)律(inPID控制規(guī)律)所描繪的數(shù)字模型進(jìn)仃運，鼻，計算出控制重后糯出作用仕帆仃7：lq：X2。 在DDC系統(tǒng)中，計算機(jī)不僅可完全取代模擬調(diào)節(jié)器，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的控制，還可以實現(xiàn)最優(yōu)化控制和多回路的PID調(diào)節(jié)，并具有結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點，而且不需要改變硬件，只需通過改變軟件就可以有效地實現(xiàn)較復(fù)雜的控制算法。一般的DDC系統(tǒng)有一個功能齊全的運行操作臺，給定顯示、報警等

7、集中在此控制臺上。例如水電站自動化采用DDC系統(tǒng)可以用來完成如下的功能：作為調(diào)速器，對水輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行有功和頻率的調(diào)節(jié)；作為勵磁調(diào)節(jié)器，對機(jī)組無功和勵磁電流進(jìn)行調(diào)節(jié)；進(jìn)行同期并列操作；對運行設(shè)備進(jìn)行保護(hù)。 為了充分發(fā)揮計算機(jī)的利用率，DDC系統(tǒng)中的計算機(jī)通常用來代替多臺模擬控制器，控制幾個或幾十個控制回路。生產(chǎn)過程的變化速度相對于計算機(jī)的運算速度是很慢的，計算機(jī)在一個運算周期內(nèi)已將各回路的運算工作做完后，生產(chǎn)過程的被控參數(shù)還不會發(fā)生顯著變化，所以各控制回路都可定時地分享計算機(jī)的各種資源。但是，計算機(jī)系統(tǒng)一旦發(fā)生故障，將影響所有控制回路的正常工作，會給生產(chǎn)帶來嚴(yán)重后果。因此，這種系統(tǒng)要求計算機(jī)不

8、僅具有良好的實時性、適應(yīng)性，而且還應(yīng)有很高的可靠性。為確保安全生產(chǎn)，可設(shè)置備用計算機(jī)或常規(guī)儀表控制系統(tǒng)，這勢必又會增加系統(tǒng)的復(fù)雜性和系統(tǒng)的投資。 隨著微處理器技術(shù)的高速發(fā)展及其性價比的大幅度提高，用一個微處理器控制一個被控回路已成為現(xiàn)實，這使得DDC系統(tǒng)的危險性得到了分散，系統(tǒng)的可靠性大大提高，促進(jìn)了DI)C系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用。 (三)操作指導(dǎo)控制系統(tǒng) 操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)(Operational Information System，簡稱OIS)又稱計算機(jī)開環(huán)監(jiān)督控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅具有數(shù)據(jù)采集和處理的功能，而且能夠為操作人員提供反映生產(chǎn)過程工況的各種數(shù)據(jù)，并相應(yīng)地給出操作指導(dǎo)信息，供操作人員參考。

9、該控制系統(tǒng)屬于開環(huán)控制結(jié)構(gòu)。計算機(jī)根據(jù)一定的控制算法(數(shù)學(xué)模型)，依賴測量元件測得的信號數(shù)據(jù)，計算出供操作人員選擇的最優(yōu)操作條件及操作方案。操作人員根據(jù)計算機(jī)的輸出信息，如CRT顯示圖形或數(shù)據(jù)、打印輸出等去改變調(diào)節(jié)器的綜合給定值或直接操作執(zhí)行機(jī)構(gòu)。操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)原理框圖如圖23所示。 SCC系統(tǒng)主要實現(xiàn)生產(chǎn)過程的最優(yōu)化。要使生產(chǎn)過程達(dá)到最優(yōu)控制，常常要求某些過程變量的設(shè)定值在一定范圍內(nèi)改變或使生產(chǎn)過程在給定的約束條件下從某一狀態(tài)過渡到另一新狀態(tài)的時間最小。SCC系統(tǒng)控制效果主要取決于數(shù)學(xué)模型的精度。若水電廠生產(chǎn)過程的數(shù)學(xué)模型能使其達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)，則SCC控制方式就能實現(xiàn)最優(yōu)控制。當(dāng)然若數(shù)學(xué)模型

10、不理想，控制效果則會變差。 SCC系統(tǒng)執(zhí)行的控制任務(wù)主要有以下幾方面： (1)正常運行控制。如自動發(fā)電控制(AGC)、自動電壓控制(AVC)，控制發(fā)電機(jī)組的啟動和停機(jī)操作，以及運行方式改變的操作(如發(fā)電轉(zhuǎn)調(diào)相、調(diào)相轉(zhuǎn)發(fā)電等)。 (2)緊急控制。當(dāng)系統(tǒng)和設(shè)備發(fā)生異常情況時，監(jiān)控計算機(jī)能做出判斷，并采取相應(yīng)的處理措施；當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生擾動時，能迅速采取校正對策，以保證運行的穩(wěn)定。 (3)恢復(fù)控制。當(dāng)事故發(fā)生后能盡快地處理，恢復(fù)到正常運行的狀態(tài)，以盡可能地縮小事故的范圍和損失。如調(diào)整機(jī)組的出力、將解列的機(jī)組重新并列等。迅速和正確地恢復(fù)控制對安全和經(jīng)濟(jì)運行都是很必要的。 在有的系統(tǒng)中，SCC系統(tǒng)在執(zhí)行監(jiān)督控

11、制的同時兼有直接數(shù)字控制功能。這樣可進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性，即當(dāng)模擬數(shù)字控制器所在的直接控制級發(fā)生故障時，監(jiān)督計算機(jī)可以代為完成控制任務(wù)。而在監(jiān)督控制級發(fā)生故障時，直接控制級仍可獨立完成控制操作，只不過此時的設(shè)定值不能按優(yōu)化的要求自動修改而已。 【五)多功能分級控制系統(tǒng) 隨著生產(chǎn)的發(fā)展，被控對象不斷趨于復(fù)雜化、大型化，生產(chǎn)中的過程控制、管理和決策任務(wù)日益繁重，且要求也越來越高，現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)已不僅僅滿足于生產(chǎn)過程自動控制的單一自動化方式，而隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、時代進(jìn)步的沖擊、市場競爭的加劇、管理觀點的更新，來自社會、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等環(huán)境的激勵和保障生產(chǎn)體系優(yōu)良運作的客觀需求，迫切需要對一些大型的、復(fù)

12、雜的生產(chǎn)過程的物質(zhì)流、信息流、決策流進(jìn)行全面而有效的控制和協(xié)調(diào)。分級控制系統(tǒng)(Hierarchical Control System，簡稱Hcs)正是適應(yīng)這一要求，在控制、計算機(jī)、通信、CRT顯示等技術(shù)飛速發(fā)展的基礎(chǔ)上應(yīng)運而生的多功能控制系統(tǒng)。多功能分級控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖25所示。 分級控制系統(tǒng)是一個集控制和管理為一體的工程系統(tǒng)。它所要求解決的不僅是局部過程控制的優(yōu)化問題，而且是全局總目標(biāo)和總?cè)蝿?wù)的優(yōu)化問題。分級控制系統(tǒng)采用縱向分層、橫向分散的處理方法，體現(xiàn)了系統(tǒng)工程中“分散”與“協(xié)調(diào)的概念，能有效地解決大型工業(yè)生產(chǎn)過程的控制、管理及其優(yōu)化的問題。 圖2-5所示分級控制系統(tǒng)由四級計算機(jī)系統(tǒng)

13、組成，各級采用不同類型、不同功能的計算機(jī)，構(gòu)成具有一定相對獨立性的子系統(tǒng)，承擔(dān)指定的任務(wù)，各系統(tǒng)之間使用高速通信線路向上連接，相互溝通信息，協(xié)調(diào)一致地工作。直接控制級是分級控制系統(tǒng)的最低層次，一般由DDC系統(tǒng)實現(xiàn)，也可由模擬控制器實現(xiàn)。它與被控生產(chǎn)過程直接相連(如給水泵的調(diào)速機(jī)構(gòu)、送風(fēng)擋板的執(zhí)行機(jī)構(gòu)等)，可對生產(chǎn)過程實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、過程控制(如PID、比值、前饋、串級等控制)、設(shè)備監(jiān)測、系統(tǒng)測試和診斷、報警及冗余切換等功能。 集中操作監(jiān)控級除完成各生產(chǎn)過程的優(yōu)化控制計算和最佳設(shè)定值的設(shè)定外，還負(fù)責(zé) 各直接控制級工作的協(xié)調(diào)管理，以及與上位生產(chǎn)管理級計算機(jī)的聯(lián)系。同時還可實現(xiàn)綜合顯示、操作指導(dǎo)、集中

14、操作、歷史數(shù)據(jù)存儲、定時報表打印、控制回路組態(tài)和參數(shù)修改、故障報告和處理等功能。在火力發(fā)電廠的控制中，監(jiān)督控制級往往對應(yīng)著某一單元機(jī)組或某一主要熱力設(shè)備。 生產(chǎn)管理級負(fù)責(zé)全廠的生產(chǎn)協(xié)調(diào)、指揮和控制生產(chǎn)的全局。包括制定生產(chǎn)計劃、實現(xiàn)生產(chǎn)調(diào)度、協(xié)調(diào)生產(chǎn)運行、安排設(shè)備檢修、組織備品備件、收集生產(chǎn)信息、監(jiān)督生產(chǎn)工況、調(diào)整生產(chǎn)策略、分析生產(chǎn)數(shù)據(jù)、進(jìn)行生產(chǎn)評估等。它還可以與上一級控制層相互傳遞數(shù)據(jù)，接受上級生產(chǎn)指令，報告全廠生產(chǎn)狀況。 經(jīng)營管理級負(fù)責(zé)企業(yè)的經(jīng)營方向和決策，它全面收集來自各方面、各部門以及用戶、市場和相關(guān)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)信息和技術(shù)、管理要求，按照經(jīng)濟(jì)規(guī)律、組織原則、整體優(yōu)化和全面協(xié)調(diào)的要求以及實際

15、具備的能力，進(jìn)行全方位大范圍的綜合決策，并及時將決策結(jié)果通知它的上一級管理計算機(jī)，必要時也可向上級主管部門傳輸有關(guān)信息。經(jīng)營管理級涉及范圍很廣，它包括工程技術(shù)、生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)、資源、商務(wù)、質(zhì)量、后勤、人事、教育、檔案、環(huán)境等許多方面，是企業(yè)的最高管理層次。 應(yīng)當(dāng)指出，分級控制系統(tǒng)并非全是以上固定模式，它的層數(shù)以及各層的功能，是根據(jù)生產(chǎn)實際需要和實際條件而設(shè)置的。 (六)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(Fieldbus Control System，簡稱FCS)，是新一代分布式控制結(jié)構(gòu)，目前還處在發(fā)展階段，各種不同的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)層出不窮，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形態(tài)各異，有的是按照現(xiàn)場總線體系結(jié)構(gòu)的概念設(shè)

16、計的新型控制系統(tǒng)，有的是在現(xiàn)有的DCS系統(tǒng)上擴(kuò)充了現(xiàn)場總線的功能。如果重點放在監(jiān)控級、控制級和現(xiàn)場級，而監(jiān)控級之上的管理級、決策級等暫不予考慮，則可將FCS分為三類：一類是由現(xiàn)場設(shè)備和人一機(jī)接口組成的二層結(jié)構(gòu)的FCS；一類是由現(xiàn)場設(shè)備、控制站和人一機(jī)接口組成的三層結(jié)構(gòu)的FCS；另一類是由DGS擴(kuò)充了現(xiàn)場總線接口模件所構(gòu)成的FCS。 這里以具有二層結(jié)構(gòu)的FCS為例，如圖2-6所示。它是由現(xiàn)場設(shè)備和人機(jī)接口兩部 (七)以太控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 一劂卉望；：墨姜三竺奎芒掣鬯絡(luò)技術(shù)的多總線集成控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)。目前，以太控制璧喜蘭；宴。挈化翟磬凳攔型警域得到了迅猛的發(fā)展。以太網(wǎng)與其他箍箱高菇箱琵翼砉箍茗竺喜

17、：囂簍筍：=紊用公要曹孽準(zhǔn)和協(xié)議；平臺-無J關(guān)性可以選蕃采高J二蒙：菜鬲奚茹荔凳名望型譬爹乎璧：!鼉二-=嬖堡供E_mail、v、州、F巾等多種信息服務(wù)；鹵菇用j募二磊=差好、規(guī)范化、易學(xué)易用；多現(xiàn)場總線的集成能力、多系統(tǒng)集成能力、多囊某藁轟晶另_磯 、從二、按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類矧萬!?？只j型委至簍譬構(gòu)布局可以將系統(tǒng)劃分為集中式計算機(jī)控制系統(tǒng)，分散式控制系爹，2布式監(jiān)控系統(tǒng)，全開放、全分布式監(jiān)控系統(tǒng)等幾種結(jié)輻喪妄-”“扒扎江 (一)集中式計算機(jī)控制系統(tǒng)泊 蓑要簍警?!苧衛(wèi)百個控制回路以及上千個過程變量的控制、顯示、操作等集中在蘭：竺薯芝竺上簍孑：竺套_=9計算機(jī)上實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、藪磊毒器!主

18、磊蓋茁基凳警掣黎報甍、蝥譬竽型、生產(chǎn)調(diào)度、生產(chǎn)協(xié)調(diào)、生產(chǎn)管理等蓉；荔篚：“某荔警罌累孝籮妻。耋，工弋!譬機(jī)控制系統(tǒng)在計算機(jī)控制的早期階段應(yīng)鬲蓑多，。薹莩吾莒耋竺竺簍塞之三簍王蘭生亍尊譬已基本上不采用這類結(jié)構(gòu)的控尚未。磊篇茹丟；薹j、耋星產(chǎn)過程或生產(chǎn)設(shè)備的控制，這類系統(tǒng)仍可應(yīng)用。 ?！币?。工 (二)分散式控制系統(tǒng) 分散式計算機(jī)控制系統(tǒng)(DistributedcOntrol SystelTI，簡稱Dcs)，是由以徵處理器為核心的基本控制單元、數(shù)據(jù)采集站、高速數(shù)據(jù)通道、上位監(jiān)控和管理計算機(jī)以及CRT(陰極射線顯示器)顯示操作站等組成，對生產(chǎn)過程進(jìn)行分散控制、集中操作、分級管理、分而自治和綜合協(xié)調(diào)的系

19、統(tǒng)。系統(tǒng)的基本構(gòu)成如圖2-9所不。 分散式控制系統(tǒng)是指以功能分散為主要特征，使控制系統(tǒng)實現(xiàn)負(fù)載分散、危險分散、功能分散、地域分散。就電廠生產(chǎn)過程些過響照信乜黜觥帙一一一一件數(shù)關(guān)黝一一一一王個 廠膏節(jié)全艚一糯一僦市勺孽子撇艄觶鼢一捌溉燃黻y亂舢蟬盼稚鼢階徠一師附某年一控能集大監(jiān)功于較黑嘉莖簍篇然的一種工業(yè)控制欖開放系統(tǒng)概念的形成經(jīng)歷過這是近年來發(fā)展并得到廣泛采用的一種工業(yè)控制糸筑。升取系軌僦忌H。眵從工川u不少階段，計算機(jī)硬件的飛速發(fā)展，致使應(yīng)用系統(tǒng)面臨淘汰的危險。為此，廣大計算機(jī)用戶提出了全新的開放系統(tǒng)觀念，即：應(yīng)用軟件可移植性；不同系統(tǒng)之間的相互操作性；用戶的可移植性。這種新系統(tǒng)是圍繞著應(yīng)用

20、軟件接口標(biāo)準(zhǔn)、網(wǎng)絡(luò)通信接口標(biāo)準(zhǔn)和用戶操作接口標(biāo)準(zhǔn)，遵循國際組織IEEE、ISO、IEC等的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)組成一個開放式的總線網(wǎng)絡(luò)，采用以UNIX操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)的操作系統(tǒng)；根據(jù)分布控制對象而設(shè)置的現(xiàn)地控制單兀(LCU)，也可按標(biāo)準(zhǔn)通用規(guī)約接入總線網(wǎng)絡(luò)。這樣形成的系統(tǒng)，除了具有上述各類模式的優(yōu)點外，最大的特點是具有開放性，同時系統(tǒng)擴(kuò)展、升級更新都非常方便，其應(yīng)用軟件司以在新設(shè)備、新環(huán)境下運行，保護(hù)了用戶的利益，實現(xiàn)了應(yīng)用軟件的移植。第二節(jié)發(fā)電廠計算機(jī)監(jiān)控的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式的劃分，主要與其控制方式或者說布局有關(guān)。在電廠計算機(jī)監(jiān)控涉及的因素很多，諸如電站的裝機(jī)容量和機(jī)組臺數(shù)、電站在電力系統(tǒng)中

21、的地位、計算機(jī)在電站自動化中的功能、選用的計算機(jī)機(jī)型及性能等，都會對監(jiān)控系統(tǒng)的布局方式產(chǎn)生影響。因此，計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布局的具體實現(xiàn)，必須充分考慮多方面的因素，進(jìn)行科學(xué)的分秒i論證，以保證系統(tǒng)運行的安全經(jīng)濟(jì)、管理維護(hù)方便。 從國內(nèi)外電廠計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)幾十年應(yīng)用過程的實際情況看，計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)歷了一個從簡單到復(fù)雜、從低級到高級、從單項到全面、從簡陋到完善的發(fā)展過程，如從集中式控制向分布式發(fā)展、從單計算機(jī)系統(tǒng)向多計算機(jī)系統(tǒng)發(fā)展、從單層網(wǎng)絡(luò)向多層網(wǎng)絡(luò)發(fā)展等，以F分別進(jìn)行討論。 一、集中式計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng) (一)概況 在集中式計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中，一般是將采集到的數(shù)據(jù)全部集中到計算機(jī)來進(jìn)行處理，然后根據(jù)

22、計算機(jī)計算和處理的結(jié)果傳送到各測控點進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。通常采用的計算機(jī)系統(tǒng)配置有如F幾種： (1)單計算機(jī)系統(tǒng)； (2)g5計算機(jī)系統(tǒng)； (3)雙主計算機(jī)帶雙前置計算機(jī)系統(tǒng)； (4)以數(shù)據(jù)庫為核心的多計算機(jī)系統(tǒng)。 以上四種計算機(jī)系統(tǒng)配置的列舉順序反映了集中式監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展歷程。 (二)集中式監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展 早期使用的集中式監(jiān)控系統(tǒng)是指整個電站依賴一臺計算機(jī)實現(xiàn)整個電站的各項自動化功能；幾乎電廠的全部運行參數(shù)和狀態(tài)信號、被控回路及執(zhí)行繼電器等都集中到計算機(jī)及其外圍設(shè)備的輸入偷出接口；全廠的數(shù)據(jù)采集和處理、運行參數(shù)和狀態(tài)的監(jiān)控、機(jī)組啟停和負(fù)荷調(diào)整、運行狀態(tài)的顯示和記錄、異常狀態(tài)報警等任務(wù)均由計算機(jī)分

23、時執(zhí)行。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較簡單，較易于實現(xiàn)。我國電廠在應(yīng)用計算機(jī)的初期曾使用單計算機(jī)系統(tǒng)，這是因為當(dāng)時計算機(jī)價格昂貴，計算機(jī)在水電廠監(jiān)控中的功能還處于研究和探索階段，充分發(fā)揮一臺計算機(jī)的潛力，要把其能力用盡是當(dāng)時較流行的設(shè)計思想。 20世紀(jì)70年代中期，雙計算機(jī)系統(tǒng)和雙主計算機(jī)帶雙前置計算機(jī)系統(tǒng)在瑞士BBC公司提供的產(chǎn)品中曾經(jīng)使用過，而以數(shù)據(jù)庫為核心的多計算機(jī)系統(tǒng)曾在加拿大CAE公司為委內(nèi)瑞拉的古里電廠提供的監(jiān)控系統(tǒng)中使用過。隨后，大規(guī)模集成電路工藝中用多個處理器來滿足系統(tǒng)性能的要求，它的出現(xiàn)改進(jìn)了系統(tǒng)的性能、提高了系統(tǒng)的可靠性、改善了系統(tǒng)的實時響應(yīng)特性，還能加入模件化的方式來擴(kuò)充系統(tǒng)能力。 20

24、世紀(jì)80年代后，歷經(jīng)二三十年的發(fā)展，集中式控制系統(tǒng)采用多臺小型計算機(jī)方案。以ABB、L&G、Bailey、SNCLAVAN(N G姬)等公司的產(chǎn)品最為代表的，其主要特點是采用多臺小型機(jī)、微型機(jī)或工作站來構(gòu)成一個多機(jī)系統(tǒng)。多機(jī)集中監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)點是：微型機(jī)的生產(chǎn)成本和維護(hù)費用比以往要小得多，所以多級系統(tǒng)比單機(jī)具有很高的性能價格比；多機(jī)系統(tǒng)包含有大量同類型計算機(jī)，因而具有很高的冗余度，系統(tǒng)維護(hù)方便，從整體上提高了系統(tǒng)的可維護(hù)性和可用性；多機(jī)系統(tǒng)的多臺處理器能同時工作，這樣的并行工作方式能成倍地提高整個系統(tǒng)的運算速度和吞吐量；每臺處理機(jī)構(gòu)成一個模塊，整個系統(tǒng)的模塊化大大改善系統(tǒng)的性能。 二、分散式處理

25、計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng) 分散式控制系統(tǒng)是繼直接作用式氣動儀表、氣動單元組合儀表、電動單元組合儀表和組件組裝式儀表之后的新一代控制系統(tǒng)。分散式控制系統(tǒng)是以大型工業(yè)生產(chǎn)過程及其相互關(guān)系日益復(fù)雜的控制對象為前提，從生產(chǎn)過程綜合自動化的角度出發(fā)，按照系統(tǒng)工程中分解與協(xié)調(diào)的原則研制開發(fā)出來的新型控制系統(tǒng)。 “分散控制系統(tǒng)”一詞，是人們根據(jù)外國公司的產(chǎn)品名稱意譯而得的。由于產(chǎn)品生產(chǎn)廠家眾多，系統(tǒng)設(shè)計不盡相同，功能和特點各具千秋，所以對產(chǎn)品的命名也各顯特色。國內(nèi)在翻譯時，也有不同的稱呼，最常見的有：分散式控制系統(tǒng)(Distrmuted Control Systern，簡稱DCS)；集散式控制系統(tǒng)(Total Dis

26、tributed Control System，簡稱TDCS或TIX；)；分布式計算機(jī)控制系統(tǒng)(Distributed Computer Control System，簡稱DCCS)。 名稱的不同只是命名意圖和翻譯上的差異，其系統(tǒng)本質(zhì)基本相同，內(nèi)在含義是一致的。我國電力行業(yè)習(xí)慣稱其為分散控制系統(tǒng)。 (一)分散式控制系統(tǒng)的定義 分散式控制系統(tǒng)的含義著重體現(xiàn)在“分散”上，而“分散”的含義有兩個方面：一是強(qiáng)調(diào)各種被控的生產(chǎn)設(shè)備的地理位置是分散的，系統(tǒng)相應(yīng)的控制設(shè)備也在地理位置上分散布置；二是指控制系統(tǒng)所具有的功能是分散的，即計算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、過程控制、運行顯示、監(jiān)控操作等按功能進(jìn)行分散，這種

27、功能上的分散同時意味著整個系統(tǒng)的危險性分散。功能分散是分散式控制系統(tǒng)的主要內(nèi)涵。在功能分散的基礎(chǔ)上，分散式控制系統(tǒng)又可將運行的操作與顯示集中起來，即操作管理集中，所以又稱它為集散式控制系統(tǒng)。 分散式控制系統(tǒng)一個比較完整的定義： (1)以回路控制為主要功能的系統(tǒng)。 (2)除變送和執(zhí)行單元外，各種控制功能及通信、人機(jī)界面均采用數(shù)字技術(shù)。 (3)以計算機(jī)的CRT、鍵盤、鼠標(biāo)和軌跡球代替儀表盤形成系統(tǒng)人機(jī)界面。 (4)回路控制功能由現(xiàn)場控制站完成，系統(tǒng)可有多臺現(xiàn)場控制站，每臺控制一回路。 (5)人機(jī)界面由操作員站實現(xiàn)，系統(tǒng)可有多臺操作員站。 (6)系統(tǒng)中所有的現(xiàn)場控制站、操作員站均通過數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)

28、連接。 上述定義的前三項與DDC系統(tǒng)無異，而后三項則描述了DCS的特點，也是DCS之間最根本的不同。 (二)分散式控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 分散式控制系統(tǒng)是縱向分層、橫向分散的大型綜合控制系統(tǒng)。它以多層計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為依托，將分布在全廠范圍內(nèi)的各種控制設(shè)備和數(shù)據(jù)處理設(shè)備連接在一起，實現(xiàn)各部分的信息共享和協(xié)調(diào)工作，共同完成各種控制、管理及決策功能。 分散式控制系統(tǒng)是一種能對機(jī)組運行進(jìn)行集中監(jiān)視和管理，控制功能分離，物理位置分散，以微型計算機(jī)為基礎(chǔ)，用數(shù)據(jù)通信相連的新型自動控制系統(tǒng)。它是計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)、CRT顯示技術(shù)競相發(fā)展并緊密結(jié)合的產(chǎn)物，各種類型的分散式控制系統(tǒng)盡管形式不同，但都采用了分級分

29、散式的體系結(jié)構(gòu)，包括以下幾個部分：具有不同功能的基本控制站；具有管理功能的人機(jī)接El裝置，通常是以CRT為基礎(chǔ)的操作員站、連接設(shè)備站的數(shù)據(jù)高速公路以及通信接口和擴(kuò)展接口。 分散式控制系統(tǒng)的典型配置如圖21l所示。以微處理器為核心的控制站，采用模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化的硬、軟件，實現(xiàn)復(fù)雜的控制。每個站只控制少量或單個回路，一旦發(fā)生故障，只影響少數(shù)控制回路，使危險分散。顯示操作集中，采用CRT顯示和鍵盤操作技術(shù)，可實現(xiàn)多種畫面、參數(shù)和變量的顯示，運行人員在CRT上既能監(jiān)視又能對任一回路進(jìn)行操作。有高速通信系統(tǒng)，各站之間信息傳遞速度高且安全可靠，可實現(xiàn)整體化運行控制，系統(tǒng)易擴(kuò)展。軟件可以生成采用面向用戶的圖形

30、語言，通過工程站的鍵盤在CRT畫面上畫上系統(tǒng)方框圖，或以梯形圖的方式、或以填表和回答問題的方式生成所需要的應(yīng)用軟件。采用了冗余或容錯冗余技術(shù)，有自診斷功能，系統(tǒng)可靠性高。 1基本控制單元 基本控制單元簡稱工作站，主要設(shè)備是以微處理器為核心的控制器。掛在高速數(shù)據(jù) 26公路上具有不同功能的工作站，通過IO模件采集的過程信息，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的控制?？刂普居袉位芈返囊灿卸嗷芈返?，一般是把閉環(huán)控制和邏輯順序控制結(jié)合在一起，完成所要求的控制功能?？刂品桨傅膶崿F(xiàn)則利用程序軟件。 2通信網(wǎng)絡(luò) 通信網(wǎng)絡(luò)稱之為數(shù)據(jù)高速公路，把分散的控制站、輸入偷出模件、人機(jī)接口和系統(tǒng)外設(shè)聯(lián)為一體，以適當(dāng)?shù)耐ㄐ欧绞奖ＷC信息可靠高速

31、地傳遞。通信網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)主要有三種：總線型結(jié)構(gòu)、環(huán)型結(jié)構(gòu)和星型結(jié)構(gòu)。大型分散控制系統(tǒng)常把幾種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)合理地用于一個系統(tǒng)中，以充分利用各網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點。各系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信的存取控制方式主要有兩種類型：存儲轉(zhuǎn)發(fā)式和廣播式。廣播式又分為自由競爭、令牌和時間片等幾種方式，用得較多的是令牌和自由競爭廣播式。通信介質(zhì)多采用雙絞線、同軸電纜或光導(dǎo)纖維。 3人機(jī)接口 人機(jī)接口包括以CRT即鍵盤組成的操作員站、手動自動操作器和工程師站。操作員站用來完成各種操作命令，并至標(biāo)準(zhǔn)畫面或用戶組態(tài)畫面上會集和顯示有關(guān)運行信息，供運行人員對機(jī)組的運行工況進(jìn)行監(jiān)視和控制。它可以通過工程師站對控制器進(jìn)行組態(tài)，調(diào)整回路參數(shù)，通過數(shù)據(jù)高速公

32、路與其他各站交換信息。操作員站由實時處理器、圖形處理器、應(yīng)用處理器三部分組成。它是維護(hù)數(shù)據(jù)庫，給圖形處理器和應(yīng)用處理器提供數(shù)據(jù)，用做數(shù)據(jù)管理。應(yīng)用處理器是收集長期的歷史數(shù)據(jù)，用做信息管理。圖形處理器用做操作管理。實時處理器加上圖形處理器組成操作員站，加上應(yīng)用處理器組成工程師站。工程師站用于程序開發(fā)、系統(tǒng)診斷、控制系統(tǒng)組態(tài)、數(shù)據(jù)庫和畫面的編譯修改。手動診斷操作器是控制系統(tǒng)的后備控制裝置。 (三)分散式控制系統(tǒng)的特點 分散式控制系統(tǒng)采用了標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、系統(tǒng)化、分散化的現(xiàn)代計算機(jī)控制體系，是技術(shù)先進(jìn)、功能全面、應(yīng)用廣泛、結(jié)構(gòu)分散的現(xiàn)代化計算機(jī)控制體系。與常規(guī)的模擬儀表控制系統(tǒng)和集中式計算機(jī)控制系統(tǒng)

33、相比，分散式控制系統(tǒng)具有控制分散、功能全面、危險分散、綜合管理集中、調(diào)試方便的特點。 1控制分散、管理集中 分散式控制系統(tǒng)采用是一種金字塔式的分級遞階結(jié)構(gòu)。生產(chǎn)過程的控制是通過一系列承擔(dān)指定任務(wù)的數(shù)字化功能組件予以實現(xiàn)的，其中包括微處理器為核心的控制與信息模件、IO模件、電源模件、通信接VI模件等。它既能代替常規(guī)模擬儀表完成規(guī)定的控制任務(wù)，又能實現(xiàn)更為高級復(fù)雜的控制規(guī)律。這種新一代數(shù)字式儀表控制系統(tǒng)，相對于模擬式組裝儀表和集中式計算機(jī)控制，不僅實現(xiàn)了更為高級復(fù)雜的控制規(guī)律，而且提高了各功能模件的相對獨立性和自主性，保證局部故障時不危及整個系統(tǒng)，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。分散系統(tǒng)利用系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)

34、、存儲設(shè)備和軟件系統(tǒng)等，可實現(xiàn)整個系統(tǒng)的監(jiān)視和操作集中以及綜合信息集中，有利于全面了解和有效操縱生產(chǎn)過程以及系統(tǒng)的運行。 2功能全面、算法多樣 分散式控制系統(tǒng)是一個多功能分級控制系統(tǒng)，按功能可以分為經(jīng)營管理、生產(chǎn)管理、過程管理、直接控制等四個層次，從而滿足生產(chǎn)過程的各種控制要求。分散式控制系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成，其中軟件系統(tǒng)包括操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、功能軟件、管理軟件、應(yīng)用軟件以及開發(fā)軟件等。軟件系統(tǒng)是任何計算機(jī)系統(tǒng)的靈魂，分散式控制系統(tǒng)通過軟件的開發(fā)，吸收眾多控制算法，從而實現(xiàn)了許多如前饋、解耦等復(fù)雜的控制方式和最優(yōu)、智能化等更高級更先進(jìn)的控制技術(shù)。硬件系統(tǒng)是任何計算機(jī)系統(tǒng)的骨干，分散

35、式控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)包括所有的應(yīng)用模件、功能單元、物理設(shè)備等。DCS硬件系統(tǒng)設(shè)計靈活、組合分散、功能全面，從而實現(xiàn)了全面、豐富的控制功能。 3自治性和協(xié)調(diào)性兼顧 DCS的自治性是指系統(tǒng)中的各臺計算機(jī)均可獨立地工作，例如，過程控制站能自主地進(jìn)行信號輸入、運算、控制和輸出；操作員站能自主地實現(xiàn)監(jiān)視、操作和管理；工程師站的組態(tài)功能更為獨立，既可在線組態(tài)也可離線組態(tài)，甚至可以在與組態(tài)軟件兼容的其他計算機(jī)上組態(tài)，形成組態(tài)文件后再裝入DCS運行。 DCS的協(xié)調(diào)性是指系統(tǒng)中的各臺計算機(jī)用通信網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)在一起，相互傳送信息、相互協(xié)調(diào)工作，以實現(xiàn)系統(tǒng)的總體功能。DCS的分散和集中、自治和協(xié)調(diào)不是互相對立，而是互相

36、補(bǔ)充的。DCS的分散是相互協(xié)調(diào)的分散，各臺分散的自主設(shè)備是在統(tǒng)一集中管理和協(xié)調(diào)下各自分散獨立地工作，構(gòu)成統(tǒng)一的有機(jī)整體。正因為有了這種分散和集中的設(shè)計思想及自治和協(xié)調(diào)的設(shè)計原則，才使DCS獲得進(jìn)一步發(fā)展，并得到廣泛的應(yīng)用。 2R 4靈活性和擴(kuò)展性好 DCS硬件采用積木式結(jié)構(gòu)，類似兒童積木那樣，可靈活地配置成大、中、小各類系統(tǒng)；另外，還可根據(jù)企業(yè)的財力或生產(chǎn)要求，逐步擴(kuò)展系統(tǒng)，改變系統(tǒng)的配置。IX；S軟件采用模塊式結(jié)構(gòu)，提供各類功能模塊，可靈活地組態(tài)，構(gòu)成簡單、復(fù)雜的各類控制系統(tǒng)；另外，還可根據(jù)生產(chǎn)工藝和流程的改變，隨時修改控制方案。在系統(tǒng)容量允許的范圍內(nèi)，只需通過組態(tài)就可以構(gòu)成新的控制方案，而

37、不需要改變硬件配置。 5先進(jìn)性和繼承性兼顧 DCS綜合了“4c”(計算機(jī)、控制、通信和屏幕顯示)技術(shù)，隨著這“4c”技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展。也就是說，DCS硬件上采用先進(jìn)的計算機(jī)、通信網(wǎng)絡(luò)和屏幕顯示；軟件上采用先進(jìn)的操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)管理和算法語言；算法上采用自適應(yīng)、預(yù)測、推理、優(yōu)化等先進(jìn)控制算法，建立生產(chǎn)過程數(shù)學(xué)模型和專家系統(tǒng)。 DCS自問世以來，更新?lián)Q代比較快。當(dāng)出現(xiàn)新型DCS時，老DCS作為新DCS的一個子系統(tǒng)繼續(xù)工作，新、老DCS之間還可互相傳遞信息。這種DCS的繼承性，給用戶消除了后顧之憂，不會因為新、老DCS之間的不兼容而給用戶帶來經(jīng)濟(jì)上的損失。 6可靠性和適應(yīng)性高 DGS的分散性帶

38、來系統(tǒng)的危險分散，提高了系統(tǒng)的可靠性。DGS采用了一系列冗余技術(shù)，如控制站主機(jī)、IO板、通信網(wǎng)絡(luò)和電源等均可雙重化，而且采用熱備份工作方式，自動檢查故障，一旦出現(xiàn)故障立即自動切換。DCS安裝了一系列故障診斷與維護(hù)軟件，實時檢查系統(tǒng)的硬件故障和軟件故障，并采用故障屏蔽技術(shù)，使故障影響盡可能小。 DCS采用高性能的電子元器件、先進(jìn)的生產(chǎn)工藝和各項抗干擾技術(shù)，使DCS能夠適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境。DCS設(shè)備的安裝位置可適應(yīng)生產(chǎn)裝置的地理位置，盡可能滿足生產(chǎn)的需要。DGS的各項功能可適應(yīng)現(xiàn)代化大生產(chǎn)的控制和管理需求。 7友好性和新穎性 DCS為操作人員提供了友好的人機(jī)界面(MMI)。操作員站采用彩色CRT和

39、交互式圖形畫面。常用的畫面有總貌、組、點、趨勢、報警、操作指導(dǎo)和流程圖畫面等。由于采用圖形窗VI、專用鍵盤、鼠標(biāo)或球標(biāo)器等，操作簡便。DCS的新穎性主要表現(xiàn)在人機(jī)界面，采用動態(tài)畫面、工業(yè)電視、合成語音等多媒體技術(shù)，圖文并茂，形象直觀，使操作人員有如身臨其境之感。三、分布式計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng) 分布式計算機(jī)控制系統(tǒng)(Distributed Computer Control System，簡稱DCCS)發(fā)展初期的基本思想是：用當(dāng)時新開發(fā)的性能價格比極高，但絕對性能還嫌不足的微小型處理器來完成大型計算機(jī)所具有的功能。為此，要求把硬件和相應(yīng)的軟件，在大量重復(fù)的大規(guī)模集成電路芯片之間分布開來，構(gòu)成統(tǒng)一的計算機(jī)

40、系統(tǒng)。這就是20世紀(jì)80年代特別引起重視的分布式處理系統(tǒng)。 (一)分布系統(tǒng)的定義 一個分布數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)必須同時滿足下列5個條件： (1)包含有多個通用的資源文件，這里可以是指物理資源或邏輯資源。 ，9 (2)這些物理資料或邏輯資源是在物理上分布的，并經(jīng)過一個通信網(wǎng)絡(luò)相互作用。 (3)有一個高級操作系統(tǒng)，對各個分布的資源進(jìn)行統(tǒng)一和整體的控制。 (4)系統(tǒng)對用戶是透明的，即用戶發(fā)出使用請求時，無須具體指明要哪些資源為其服務(wù)。 (5)所有資源，不論是物理資源或是邏輯資源，都必須高度自治地工作，而又相互配合，即系統(tǒng)內(nèi)部不存在層次控制。 以上定義分別在一些條件的規(guī)定上各有其自己嚴(yán)格的一面，而其共同點或說

41、最基本的要求是：多個分布的資源；統(tǒng)一的操作系統(tǒng)；資源獨立而又相互作用。 (二)分布式計算機(jī)控制系統(tǒng)的特點 分布式計算機(jī)控制系統(tǒng)具有如下的特點： (1)具有多個分布的資源。這里的分布是指物理上的分布和地理上的分布，這里的資源是指計算機(jī)硬件、外部設(shè)備、各種程序以及數(shù)據(jù)庫等。 (2)具有統(tǒng)一的操作系統(tǒng)。全系統(tǒng)要求有一個高級操作系統(tǒng)，對整個分布式計算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一的控制和管理，指導(dǎo)各分布資源完成共同的任務(wù)。整個系統(tǒng)以盡可能少地使用系統(tǒng)集中資源的方式工作，從而有一個統(tǒng)一的操作系統(tǒng)管理。 (3)分布的資源獨立而又相互作用。分布的各資源獨立地完成其被指定的功能，同時相互間又以一定的方式配合，相互間協(xié)調(diào)地工作

42、。 (4)在分布式系統(tǒng)中沒有明顯的主從關(guān)系，各資源之間以較平等的方式工作，系統(tǒng)內(nèi)部不存在層次控制。 在此還須補(bǔ)充說明的是，以上討論的集中式、分散式和分布式三種概念僅是就計算機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)而言，并未涉及控制方式。從電廠值班員的角度看，三種方式中控制地點在地理上都是集中的。 (三)分布式系統(tǒng)的類型 分布式系統(tǒng)大體上可以分為三種類型，即按功能分布、對象分布以及按上述兩種方式的結(jié)合分布。 按功能分布的結(jié)構(gòu)目前多用于電廠監(jiān)控系統(tǒng)的全廠級設(shè)備或上位機(jī)部分，它一般有一臺或兩臺計算機(jī)(或工作站)構(gòu)成單個或冗余系統(tǒng)，完成指定的功能，例如操作員工作站(或稱為Console，即控制臺)、通信工作站以及在某些情況下配置

43、的事件順序記錄工作站等。在這些功能群的內(nèi)部，可以單機(jī)獨立運行、雙機(jī)冗余運行或三機(jī)冗余運行的方式工作，而在這些功能群之間一般是相對獨立的，在功能上不能替代。但也有例外，如操作員工作站故障時，可用工程師工作站來頂替其工作，使監(jiān)控系統(tǒng)仍維持正常運行。 按對象分布的系統(tǒng)，特別強(qiáng)調(diào)在產(chǎn)生數(shù)據(jù)的地方，就近分析和處理數(shù)據(jù)，其目的是減少通信傳送的信息量，充分利用現(xiàn)場能采集到的各種信息進(jìn)行綜臺分析后，再向上級傳送最終結(jié)果或中間結(jié)果，即所謂“熟數(shù)據(jù)”。這種方式通常適用于機(jī)組級控制終端，其具備的功能含有綜合的特征，如包括數(shù)據(jù)采集、分析處理、事件分辨、機(jī)組順控、有功功率和無功功率調(diào)節(jié)以及與上位機(jī)之間進(jìn)行通信等。按被控

44、對象分布的優(yōu)點是：各控制終端相互獨立，一個現(xiàn)地子系統(tǒng)或控制終端(LCU)故障只影響一臺發(fā)電機(jī)組，從而提高了全系統(tǒng)的可用性及可靠性。此外，由于現(xiàn)地子系統(tǒng)或控制終端具有相當(dāng)大的獨立性，本身又具備較 30 完整的處理功能，即使上位機(jī)部分或全部故障，它亦能維持被控對象的安全運行，也很適合于水電廠機(jī)組分期安裝的情況。 復(fù)合型分布處理有如下兩種情況。一種可說是上述兩種分布方式的結(jié)合，即上位機(jī)采用按功能分布的方式，下位機(jī)采用按被控對象分布的方式，這樣結(jié)合起來的系統(tǒng)就是復(fù)合型分布式系統(tǒng)，實際上這種系統(tǒng)在電廠的應(yīng)用是比較多的；另一種是在電廠級控制中心和機(jī)組級控制終端均采用按功能分布處理的結(jié)構(gòu)，即指LCU也采用了

45、多微機(jī)(多單片機(jī)或嵌入式微機(jī))的按功能分布結(jié)構(gòu)，而上位機(jī)也采用了遠(yuǎn)程值守站、Y-K、總工終端等配置，因此整個系統(tǒng)可以說既是按被控對象分布、又是按功能分布。 在開放系統(tǒng)出現(xiàn)以后，又出現(xiàn)了“全分布”的概念。這可以解釋成以往在談分布的時候，往往是著重在“處理”上的分布；而開放系統(tǒng)出現(xiàn)的同時也強(qiáng)調(diào)了“數(shù)據(jù)庫”等的分布，可以說這是一種更完全的分布，而這些正是符合前述的分布系統(tǒng)定義的。 分散式計算機(jī)控制系統(tǒng)與分布式計算機(jī)控制系統(tǒng)兩者的主要區(qū)別是，分散式計算機(jī)控制系統(tǒng)也是在多計算機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)后得到應(yīng)用的一種系統(tǒng)。其控制對象的特點是：地理上分散在一定的范圍內(nèi)；相互之間的聯(lián)系較薄弱，很少存在處理或計算上的因果關(guān)系

46、，即某子系統(tǒng)A的計算P要等另一子系統(tǒng)B的計算Q的結(jié)果出來后才能進(jìn)行處理。在討論“分散”的時候，是相對于“集中”而言的，主要是強(qiáng)調(diào)了位置上的分散，而并未強(qiáng)調(diào)前節(jié)所述關(guān)于“分布”所必須具備的各種條件(定義)。這可以說就是“分散式系統(tǒng)”與“分布式系統(tǒng)”的主要區(qū)別。 四、分層控制系統(tǒng) 分層控制(Distributed System)理論也是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的一種新理論，它是控制系統(tǒng)理論的一個分支，是從控制論的角度來研究多個互相影響的系統(tǒng)的控制方法。它把“中央的控制中心”對“各子系統(tǒng)的控制中心”的監(jiān)視，以及確定“各子系統(tǒng)控制中心”的控制方向問題提高到理論上來，這種理論可用于電力系統(tǒng)問題的分析和調(diào)

47、度控制中。對于大型發(fā)電廠，其發(fā)電、輸電生產(chǎn)是一個綜合復(fù)雜的過程，從控制論的角度，按其命令的產(chǎn)生、命令執(zhí)行結(jié)果、信息的反饋流向、被采集的信息上送關(guān)系、各級的操作權(quán)限等來看，是一個典型的正置三角形的中央一地方式的、帶有一定程度中央集權(quán)性質(zhì)的系統(tǒng)，因此將電廠的監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成一個分層控制結(jié)構(gòu)是合理的。從電廠必須執(zhí)行的操作，如執(zhí)行網(wǎng)調(diào)的調(diào)度命令、正常及事故時電廠操作員的操作控制、全廠各臺機(jī)組的成組控制以及現(xiàn)地閉環(huán)控制等來看，采用分層控制結(jié)構(gòu)是符合電廠的生產(chǎn)特點的。與電廠控制相應(yīng)的層次可以分為梯級調(diào)度層、廠站監(jiān)控層、機(jī)組操作層、輔設(shè)控制層等，其中梯級調(diào)度層僅適用于梯級電廠，一般電廠僅有后三個層次。 從以上分

48、析可知，“分層”與“分布”實際上說的是一個事物的兩個方面。從計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來分析，強(qiáng)調(diào)了一個“分布”的概念；從控制理論的角度，是強(qiáng)調(diào)一個“分層”的概念。兩者完美地在電廠計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)這個實體中結(jié)合起來了。例如，在上述實現(xiàn)“分層”控制的電廠計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中，其中控室的控制臺、計算機(jī)室的廠級計算機(jī)或服務(wù)器、工程師工作站以及作為現(xiàn)場控制節(jié)點的機(jī)組控制工作站等就構(gòu)成了分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 這就是為什么“分層”和“分布”這兩個看來相互矛盾的概念能用來共同說明電廠計算 31 機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式的原因。 采用分層結(jié)構(gòu)后使多臺計算機(jī)便于管理，不同層次不同任務(wù)的計算機(jī)的容量、規(guī)?？膳渲玫帽容^合理，如在全廠控制一級常

49、采用規(guī)模相對較大一些的計算機(jī)，而在控制第一線的計算機(jī)可采用規(guī)模相對較小，但抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高的微機(jī)等。五、開放系統(tǒng) (一)開放系統(tǒng)的產(chǎn)生 由于計算機(jī)技術(shù)的更新?lián)Q代速度越來越快，特別是硬件產(chǎn)品的生命周期越來越短，往往一個技術(shù)剛出現(xiàn)不久就有更先進(jìn)的技術(shù)出現(xiàn)。計算機(jī)生產(chǎn)廠家也在不斷變更，一個新技術(shù)的出現(xiàn)，往往會造就一批有實力的新公司，淘汰一批老的技術(shù)落后的廠家。為了保護(hù)用戶的利益，在新技術(shù)、新系統(tǒng)出現(xiàn)時，不損失原來的巨額投資，開放系統(tǒng)的概念應(yīng)運而生。 (二)開放系統(tǒng)的發(fā)展 為了解決上述問題，就出現(xiàn)了這樣的設(shè)想：不同品牌、型號的計算機(jī)能否使用相同的指令系統(tǒng)，使用戶能像開汽車一樣，學(xué)會駕駛富康車以后

50、，不用培訓(xùn)就會開捷達(dá)、桑塔納，甚至進(jìn)El的福特、卡迪拉克；又如能否將已開發(fā)的應(yīng)用程序用較簡單的方法，在較短的時間移植到新上市的計算機(jī)上，使原先開發(fā)的軟件成果能在最先進(jìn)的計算機(jī)上發(fā)揮作用等。 在這方面實際上做了不少探索，如20世紀(jì)80年代提出的“系列計算機(jī)”、“向上兼容計算機(jī)”、“計算機(jī)優(yōu)選系列”就是例子，如電力部門用得較多的VAX系列就是在這種思想下產(chǎn)生的。這樣做的結(jié)果是使上述思想在某一廠商的某一系列計算機(jī)上發(fā)揮了作用，但這還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到“開放”的要求。另一項有意義的探索是在IBM公司，它在20世紀(jì)80年代初公開了個人計算機(jī)的BIOS技術(shù)，使用MSDOS操作系統(tǒng)，于是出現(xiàn)了一大批各種各樣的兼容

51、機(jī)，為它們的用戶提供了一個基本一致的標(biāo)準(zhǔn)運行環(huán)境，在一定程度上實現(xiàn)了程序的可移植性，其結(jié)果應(yīng)該說是向“開放”又邁進(jìn)了一步。 20世紀(jì)80年代中期以來，計算機(jī)硬件發(fā)展極其迅速，短短幾年，計算機(jī)產(chǎn)品無論是處理能力、運算速度，還是存儲量、集成度，都呈現(xiàn)出幾何級數(shù)的增長趨勢，特別是RISC指令系統(tǒng)的出現(xiàn)，更加速了硬件的發(fā)展，于是各廠家、各型號的計算機(jī)產(chǎn)品層出不窮，同時軟件技術(shù)也得到很大的發(fā)展。這里應(yīng)特別提到1969年在美國Bell實驗室問世的UNIX操作系統(tǒng)，經(jīng)過7年的潛心研究，到1976年才首次公開發(fā)表了第六個版本的UNIX操作系統(tǒng)，首次由UNIX操作系統(tǒng)支持的商業(yè)配置是根據(jù)1978年的第七版設(shè)計的

52、，真正具有可移植性的操作系統(tǒng)初貌是1983年發(fā)表的UNIX V版，而真正具有開放性的是1989年發(fā)表的UNIX V40版等。 (三)開放系統(tǒng)的定義 根據(jù)用戶的需要，國際上一些著名的計算機(jī)公司組成了UI(UNIX International)組織，以UXIN System V為藍(lán)本制定了非強(qiáng)制性的標(biāo)準(zhǔn)。1984年成立的IEEE的PL003委員會對開放系統(tǒng)下了嚴(yán)格的定義，即開放系統(tǒng)是“按照開放的接111、服務(wù)和支持格式規(guī)范而實現(xiàn)的系統(tǒng)”。它使應(yīng)用軟件能以最少修改，實現(xiàn)在不同系統(tǒng)中的移植；能同本地的或遠(yuǎn)程系統(tǒng)中的應(yīng)用實現(xiàn)互操作；能以方便用戶遷移的方式實現(xiàn)用戶問的交互。即開放系統(tǒng)是指一個綜合性的有關(guān)信

53、息方面的國際標(biāo)準(zhǔn)集，考慮數(shù)據(jù)、人員互操作性及可移植性而描述的對接VI、格式、功能所作的規(guī)定。PL003委員會稱這種操作系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)為POSIX(Portable Operating System InterfaceX)，其具體標(biāo)準(zhǔn)包括系統(tǒng)接口服務(wù)、命令語言和實用程序、測試和驗證、實時擴(kuò)充、語言裝配、安全擴(kuò)充、系統(tǒng)管理和文件傳送訪問。開放的計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖212所示。 XOPEN集團(tuán)給出了另一個開放系統(tǒng)的定義：指建立在“正式的標(biāo)準(zhǔn)”和“事實上的標(biāo)準(zhǔn)”基礎(chǔ)之上的有關(guān)計算機(jī)和通信系統(tǒng)的公用協(xié)議。它不為某個生產(chǎn)廠家所獨有，能提供互操作性。 (四)操作系統(tǒng)和接口標(biāo)準(zhǔn) 由于上述的POSIX是一種并不存在的操

54、作系統(tǒng)，而與該標(biāo)準(zhǔn)最接近的是UNIX，它可以在不同的硬件環(huán)境上實現(xiàn)，適應(yīng)性強(qiáng)，因此UNIX成為事實上的開放環(huán)境操作系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。 開放系統(tǒng)所具有的特性使電廠用戶享受實惠，這些特性是由開放系統(tǒng)所遵循的標(biāo)準(zhǔn)來保證的。由于應(yīng)用程序、網(wǎng)絡(luò)通信、人機(jī)界面都有按UNIX標(biāo)準(zhǔn)定義的接El，因而完全可以實現(xiàn)上述開放系統(tǒng)的可移植性、可集成性以及可互操作性等性能。 操作系統(tǒng)與其他計算機(jī)系統(tǒng)的接口標(biāo)準(zhǔn)，實際上就是計算機(jī)之間的網(wǎng)絡(luò)接口標(biāo)準(zhǔn)。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO(International Standard Organization)提出了一個“開放系統(tǒng)互連”osI(Open System Interconnection)的參考模型，共分7個層次。目前只在物理層和數(shù)據(jù)鏈路層兩個基本層次上具有普遍的約束力，而在較高層次協(xié)議上存在著以幾個廠家為主導(dǎo)的不具普遍約束力的標(biāo)準(zhǔn)，如DEC的DNA、IBM的SNA和TCPIP。目前應(yīng)用比較廣泛的是TCPIP協(xié)議，該協(xié)議采用的4層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議基本上被認(rèn)為是計算機(jī)開放系統(tǒng)互連的標(biāo)準(zhǔn)。 (五)開放系統(tǒng)人機(jī)界面 目前人機(jī)界面廣泛使用的軟件是XWindow和Motif，XWindow是由美國麻省理工學(xué)院(MIT)開發(fā)的一個窗口系統(tǒng)，后來成為XOPEN(以美國SUN公司為代表)和開放軟件基金會OS