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【摘要】本文对火电厂自动化层次结构模型进行了分析，并对分散控制系统（DCS）应用与进展进行了简要探讨。
【关键词】火电厂；自动化控制系统；DCS系统
一、火电厂自动化层次结构模型
大型火电厂CIPS是以过程控制、监控分析、运行优化、性能分析和故障诊断等为主的企业综合自动化系统，提出一种具有五个层次和两个支撑系统的CIPS综合自动化层次结构模型。
（1）现场控制层。该层是电厂的基础自动化系统，直接对电厂的生产过程进行检测和控制，包括各种检测仪表、执行机构等。通过DCS和PI.C等控制装置采集设备运行参数和机组工况，在厂级实时监控信息系统中相关的实时数据复现，并采用相关技术进行性能分析。
（2）过程控制层。按照电网调度中心的发电计划进行机组的协调运行，保证系统安全经济运行。该层主要对电厂的各个工艺过程进行实时控制，包括主厂房DCS内的燃烧控制系统、给水控制系统、蒸汽控制系统等。
（3）机组控制层。该层也称车间控制系统，完成各单元机组和辅助公用系统的控制，处理和执行上层决策信息，如各单元机组DCS、各辅助公用系统PLC、SCADA等，且为上层实时监控信息系统和上层的管理信息系统提供信息。
（4）监控分析层。该层为全厂实时监控信息层，建立在对底层实时运行情况的基础之上，完成全厂的实时监控、性能分析、经济优化运行、全厂机组负荷优化分配等与实时过程和实时信息相关的监控功能。
（5）管理决策层。参与指导或决定前三层中按业务流程需要进行重要决策的事务（如燃料计划以及机组的大、中、小修及技改计划和年度预算等），并根据来自前三层的各种物料流、资金流、控制信息流等信息的汇总，在辅助决策工具t报表工具、OI。AP工具、成本分析工具）的支持下，制定电厂的中、长期发展规划，实现企业利润的最大化。该层为全厂的信息管理层，完成全厂的物资设备管理、财务人事管理、资源管理等非实时性的事务管理和决策功能，是企业领导的“管理驾驶舱”。
二、分散控制系统（DCS）应用与进展
1.通用化、标准化软件包在DCS中的应用
在当今的竞争环境中，要保住较大的市场份额，无非是要提供性能更高、价格更低的产品，并为用户提供更优质的服务。在软件这个领域内，完全依靠一个厂家自己的开发研制能力来达到以上目标已是越来越困难了。这里面不仅有在激烈竞争环境中用户的需求越来越高的因素，特别是通用计算机被广泛采用之后，开放性的要求越来越高，这就迫使DCS厂家更多地考虑自己软件的开放性、标准化的问题。早期的计算机系统，软件都是从属于硬件制造商的，这种状况在20世纪80年代以后开始发生变化，从硬件上看，出现了与IBM、DEC等大公司兼容的外部设备、网络设备等产品，在软件方面，开始出现建立在这些大公司计算机平台上的“第三方软件”。过去各DCS组态语言均按照自己的标准设计。近年来，许多DCS厂家引用了国际电工委员会为可编程控制器（PLC）制定的IECll31—3编程标准。在该标准中，详细规定了四种组态语言，即用于连续控制和逻辑控制的顺序功能图（SFI）、用于运算和回路控制的功能块图（FBI）、用于逻辑控制和用于用户开发控制算法的结构化文本语言（ST）。有的DCS厂家还提供了四种编程语言和混合运用，使编程组态功能更强，易于移植和被用户掌握。DCS厂商将更多地采用商品化的软件产品，例如图形处理软件、电子报表软件、数据库软件、通信软件和多媒体软件等。这些商品化的软件产品具有极好的功能和操作界面，所缺的只是与实时数据库之间的接口，只要解决了这个问题，对于DCS厂家来讲，就可以用最快的速度、最好的功能充实自己的系统。
2.DCS网络进一步开放
所谓开放，就是要求各个厂家的产品具有互操作性、互换性、可替代性、可扩充性和多平台支持（可移植性）。在计算机界，开放的要求已成为一个最基本的要求。不具备开放性的产品将是没有出路的，这已是各个厂家的共识。在讨论“开放”这个概念时，不应笼统地讲“开放”，更不是说哪个厂家自称开放，就可以认为这个厂家的产品具备所有开放的标准了。我们只能说一个厂家的具体产品达到了哪种开放程度。以网络通信为例，所有DCS厂家都具备网络通信能力，如果有两个厂家宣称自己的系统是开放的，那么是否可以认为A厂家的I/O控制站可以和B厂家的操作员站通信呢？这个结论恐怕不能这样简单地做出。我们必须考察这两家的产品开放到什么程度。如果两家的产品都使用以太网实现通信，那么它们的开放程度只到物理通信介质和数据链路层，而如果这两家的产品都使用TCP/IP协议，那么它们的开放程度就达到了传输层。只有在两家的产品在网络上传输的信息结构定义、对信息内容的解释及信息流程定义遵循同一规约，这两种产品才能达到具有互操作性、互换性和可替代性的程度。
3.DCS引入现场总线及智能仪表技术
目前在仪器仪表行业发展最快的两个部分是智能化仪表和现场总线，二者的关系是密不可分、相輔相成的。前者建立在微电子技术的发展之上，超大规模集成电路、嵌入式系统（EmbeddedSystem）、CPU、存储器、A/D转换器和输入、输出回路等功能集成在一块芯片上的单片机等，使得将模拟信号数字化这一工作从计算机端移到了现场端，现场仪表与计算机之间传送的不是模拟信号，而是数字信号，或更确切地说是信息。在安装于现场的检测或控制执行仪表中，完全有条件装上一小块集成电路芯片及少量外围电路，将传感器的模拟信号直接数字化后再送往计算机，这种方法极大地提高了信号转换精度和可靠性，并且数字信息的传输完全避免了模拟信号传输存在的信号衰减、准确度降低、干扰信号的引入等长期难以解决的问题。随着仪表智能化的发展，现场总线技术也迅速地发展起来了。过去每个模拟信号一对传输线的传统方式将被一对能传输多台智能仪表数字信息的现场总线所代替，现场总线简化了仪表信号线的布线工作，可以节省大量的金属导线，同时，数字信息传输方面完善的纠错技术使得信息传输的误差大大降低了。另外，还可以利用多种传输介质完成信息的传输，如双绞线、光纤、无线电波（RF）、红外线等，大大提高了在不同现场条件下信息传输的适应性。
三、结语
目前的DCS正向着技术的深度和广度发展。在广度方面，向着大j系统和管控一体化的方向发展。从单一过程和单一对象的局部控制，发展到对整个工厂和：企业，甚至对社会经济、国土利用、生态平衡和环境保护等大规模复杂系统进行综合的控制。在深度方面，则向着智能化方向发展。逐步地引入了自适应和自学习等控制方法；模拟生物的视觉、听觉和触觉，自动地识别图像、文字和语言；进一步根据感知的信息进行推理。
参考文献
[1]张波主编.计算机控制技术.中国电力出版社，2010.07.
【关键词】火电厂；自动化控制系统；DCS系统
一、火电厂自动化层次结构模型
大型火电厂CIPS是以过程控制、监控分析、运行优化、性能分析和故障诊断等为主的企业综合自动化系统，提出一种具有五个层次和两个支撑系统的CIPS综合自动化层次结构模型。
（1）现场控制层。该层是电厂的基础自动化系统，直接对电厂的生产过程进行检测和控制，包括各种检测仪表、执行机构等。通过DCS和PI.C等控制装置采集设备运行参数和机组工况，在厂级实时监控信息系统中相关的实时数据复现，并采用相关技术进行性能分析。
（2）过程控制层。按照电网调度中心的发电计划进行机组的协调运行，保证系统安全经济运行。该层主要对电厂的各个工艺过程进行实时控制，包括主厂房DCS内的燃烧控制系统、给水控制系统、蒸汽控制系统等。
（3）机组控制层。该层也称车间控制系统，完成各单元机组和辅助公用系统的控制，处理和执行上层决策信息，如各单元机组DCS、各辅助公用系统PLC、SCADA等，且为上层实时监控信息系统和上层的管理信息系统提供信息。
（4）监控分析层。该层为全厂实时监控信息层，建立在对底层实时运行情况的基础之上，完成全厂的实时监控、性能分析、经济优化运行、全厂机组负荷优化分配等与实时过程和实时信息相关的监控功能。
（5）管理决策层。参与指导或决定前三层中按业务流程需要进行重要决策的事务（如燃料计划以及机组的大、中、小修及技改计划和年度预算等），并根据来自前三层的各种物料流、资金流、控制信息流等信息的汇总，在辅助决策工具t报表工具、OI。AP工具、成本分析工具）的支持下，制定电厂的中、长期发展规划，实现企业利润的最大化。该层为全厂的信息管理层，完成全厂的物资设备管理、财务人事管理、资源管理等非实时性的事务管理和决策功能，是企业领导的“管理驾驶舱”。
二、分散控制系统（DCS）应用与进展
1.通用化、标准化软件包在DCS中的应用
在当今的竞争环境中，要保住较大的市场份额，无非是要提供性能更高、价格更低的产品，并为用户提供更优质的服务。在软件这个领域内，完全依靠一个厂家自己的开发研制能力来达到以上目标已是越来越困难了。这里面不仅有在激烈竞争环境中用户的需求越来越高的因素，特别是通用计算机被广泛采用之后，开放性的要求越来越高，这就迫使DCS厂家更多地考虑自己软件的开放性、标准化的问题。早期的计算机系统，软件都是从属于硬件制造商的，这种状况在20世纪80年代以后开始发生变化，从硬件上看，出现了与IBM、DEC等大公司兼容的外部设备、网络设备等产品，在软件方面，开始出现建立在这些大公司计算机平台上的“第三方软件”。过去各DCS组态语言均按照自己的标准设计。近年来，许多DCS厂家引用了国际电工委员会为可编程控制器（PLC）制定的IECll31—3编程标准。在该标准中，详细规定了四种组态语言，即用于连续控制和逻辑控制的顺序功能图（SFI）、用于运算和回路控制的功能块图（FBI）、用于逻辑控制和用于用户开发控制算法的结构化文本语言（ST）。有的DCS厂家还提供了四种编程语言和混合运用，使编程组态功能更强，易于移植和被用户掌握。DCS厂商将更多地采用商品化的软件产品，例如图形处理软件、电子报表软件、数据库软件、通信软件和多媒体软件等。这些商品化的软件产品具有极好的功能和操作界面，所缺的只是与实时数据库之间的接口，只要解决了这个问题，对于DCS厂家来讲，就可以用最快的速度、最好的功能充实自己的系统。
2.DCS网络进一步开放
所谓开放，就是要求各个厂家的产品具有互操作性、互换性、可替代性、可扩充性和多平台支持（可移植性）。在计算机界，开放的要求已成为一个最基本的要求。不具备开放性的产品将是没有出路的，这已是各个厂家的共识。在讨论“开放”这个概念时，不应笼统地讲“开放”，更不是说哪个厂家自称开放，就可以认为这个厂家的产品具备所有开放的标准了。我们只能说一个厂家的具体产品达到了哪种开放程度。以网络通信为例，所有DCS厂家都具备网络通信能力，如果有两个厂家宣称自己的系统是开放的，那么是否可以认为A厂家的I/O控制站可以和B厂家的操作员站通信呢？这个结论恐怕不能这样简单地做出。我们必须考察这两家的产品开放到什么程度。如果两家的产品都使用以太网实现通信，那么它们的开放程度只到物理通信介质和数据链路层，而如果这两家的产品都使用TCP/IP协议，那么它们的开放程度就达到了传输层。只有在两家的产品在网络上传输的信息结构定义、对信息内容的解释及信息流程定义遵循同一规约，这两种产品才能达到具有互操作性、互换性和可替代性的程度。
3.DCS引入现场总线及智能仪表技术
目前在仪器仪表行业发展最快的两个部分是智能化仪表和现场总线，二者的关系是密不可分、相輔相成的。前者建立在微电子技术的发展之上，超大规模集成电路、嵌入式系统（EmbeddedSystem）、CPU、存储器、A/D转换器和输入、输出回路等功能集成在一块芯片上的单片机等，使得将模拟信号数字化这一工作从计算机端移到了现场端，现场仪表与计算机之间传送的不是模拟信号，而是数字信号，或更确切地说是信息。在安装于现场的检测或控制执行仪表中，完全有条件装上一小块集成电路芯片及少量外围电路，将传感器的模拟信号直接数字化后再送往计算机，这种方法极大地提高了信号转换精度和可靠性，并且数字信息的传输完全避免了模拟信号传输存在的信号衰减、准确度降低、干扰信号的引入等长期难以解决的问题。随着仪表智能化的发展，现场总线技术也迅速地发展起来了。过去每个模拟信号一对传输线的传统方式将被一对能传输多台智能仪表数字信息的现场总线所代替，现场总线简化了仪表信号线的布线工作，可以节省大量的金属导线，同时，数字信息传输方面完善的纠错技术使得信息传输的误差大大降低了。另外，还可以利用多种传输介质完成信息的传输，如双绞线、光纤、无线电波（RF）、红外线等，大大提高了在不同现场条件下信息传输的适应性。
三、结语
目前的DCS正向着技术的深度和广度发展。在广度方面，向着大j系统和管控一体化的方向发展。从单一过程和单一对象的局部控制，发展到对整个工厂和：企业，甚至对社会经济、国土利用、生态平衡和环境保护等大规模复杂系统进行综合的控制。在深度方面，则向着智能化方向发展。逐步地引入了自适应和自学习等控制方法；模拟生物的视觉、听觉和触觉，自动地识别图像、文字和语言；进一步根据感知的信息进行推理。
参考文献
[1]张波主编.计算机控制技术.中国电力出版社，2010.07.