计算机数据采集管理系统的结构和功能,计算机数据采集系统简介

从广义上讲它应该称为计算机监视系统(MCS)，习惯上称为数据采集系统(DAS)。 所谓计算机数据采集系统，是以计算机为核心对生产过程进行全工况开环监视的系统，是发 电机组起停、.正常运行和事故工况下的主要监视手段。采用计算机对机组的现场信号进行数 据采集，利用计算机强大的计算和逻辑分析能力实现对机组的监视、提示、记录等，可以为 运行操作提供指导，提高机组安全、经济运行水平。

一、数据采集系统的发展概况

数据采集系统经历了模拟显示向数字处理、显示、存储发展的过程，大致可分为单元仪 表、组合仪表、组件组装仪表、小型计算机、微机分散控制系统5个阶段。在单元仪表阶段 里，数据采集仅仅将现场数据作为独立的参数供运行人员监视；组合仪表可以把多个同类参 数组合到一个显示仪表上显示，虽然大量节省了监视盘、台的空间，但仅限于一些辅助及次 要数据；到了组件组装仪表阶段，已经具备了把多种不同的数据经过简单计算显示出来，但 远未达到数据处理及储存的水平。以小型机为宿主机的计算机系统应用到发电厂数据采集系 统中是革命性的变革，到了这个时期，数据的处理、显示、存储、打印构成了数据采集的基 本功能。利用计算机的高速处理能力完成事故记录并计算机组的效率已经成为可能，但当时 受计算机硬件的限制，数据采集系统的可靠性并不高。加之当时的计算机还仅用于数据显 示，使数据采集系统处于相对独立的地位，现场数据作为机组运行的依据，还远未能实现数 据共享、分布计算的理想。20世纪80年代初，由于以微处理器为基础的微计算机及数据通 信网络的广泛应用，微机分散控制系统进入了机组自动化领域，此时的数据采集系统不仅克 服了小型机的种种不足，而且在运行操作指导、故障分析、统计报表等方面取得了长足的 进步。_

从热控技术的发展上看.计算机技术，特别是微计算机技术和网络技术促进了发电过程 监控系统的发展。同时，电力系统的发展也使分散控制系统有着广阔的应用前景，而作为分 散控制系统组成部分的数据采集系统也将得到更好的发展。

二、数据采集系统的组成和结构

大型火电单元机组采用多级网络式结构的数据采集系统，由分散处理单元、数据高速通 道、操作员站、土程师站等人机接口单元构成，如图11-10所示。

分散处理单元具有数据采集和处理功能，可以通过过程通道从现场采集各种过程变 量，并将采集到的数据先进行初步的数据处理.然后送到数据高速通道。

过程通道是一个在生产过程与数据采集系统之间进行信息交换和传输的电路。过程通道 按信息的传输方向可分为输人通道和输出通道；按信息类型可分为模拟量通道、数字量通道 和脉冲量通道。模拟量是指随事件连续变化的量，如温度、压力、电流、电压等，模拟量通 常要按比例经过量化和编码转换成数字量才能输入计算机；开关量是指只具有两个状态的过 程量，如开关的“断开”与“闭合”，信号的“有”与“无”等，开关量要经过电平转换和 按计算机字长进行分组才能输入计算机；脉冲量是指随着时间的推移周期性重复出现短暂起伏的过程量，如转速表输出的代表转速的一定频率的脉冲信号等，计算机要对单位时间内的 脉冲进行计数才能知道该数值的大小。一般情况下，过程通道包括模拟量输入(AI)通道、 模拟量输出(A0)通道、数字量输入(DI)通道、数字量输出(DO)通道、脉冲量输人 (PI)通道、脉冲量输出(P0)通道6种。

高速数据通道负责分散处理单元和上一级计算机之间的联络通信，是数据采集系统的神 经中枢，也是数据采集系统向分布式发展的基础。

操作员站从高速数据通道上获取全部信息，经复杂的数字处理后经人机接口装置一 CRT、键盘(或鼠标等其他光电输入设备)、记录数据站、打印机等实现显示、打印、备份 等功能，并建立数据库。

工程师站用于系统的组态和修改，也可作为操作员站的后备。

三、数据采集系统的功能

数据采集系统是机组起停、正常运行和事故处理工况下的主要监视手段，通过CRT显示和打印机等人机接口向操作员提供各种实时和历史数据及信息，以指导运行操作。数据采 集系统的主要功能包括数据采集与处理、屏幕显示、打印记录、历史数据存储与检索、性能 计算等。此外，针对火电厂的特点和要求，还可实现设备的寿命管理、能量损耗分析和运行 操作指导等高级处理功能。

1.数据釆集与处理

数据采桌与处理是由计算机对发电机组的各种参数及设备状态按一定周期进行测量和检 查，采入计算机内进行处理，以保证采人参数的正确性和准确性。一旦发生参数越限或设备 状态异常，则以适当的形式报警。经过采集和处理过的数据还可供性能计算、报警分析、机组自起停和控制等方面使用。

2.屏幕显示

数据采集系统主要是利用CRT显示屏幕进行图形显示(如可显示模拟图、趋势图、奪 状图、曲线图、成组图等)、参数显示(如一览表显示、选点显示等)以及人机会话内容的 显示，每个CRT屏幕均可将全部过程变量的实时数据和运行设备的状态，以适应运行人员 监视的方式显示出来，屏幕上显示的内容统称为画面。一套系统一般包含若干台CRT显示器，可同时显示几个不同的画面。CRT屏幕显示己成为实现集中监视的重要工具和人机联 系的主要手段，它可以采用多种生动明确的表现形式来显示生产过程中参数的变化和祅态。

3.打印记录

记录的打印输出是数据采集系统的基本功能之一，通过汉字打印可准确、及时地打印各种记录报表。用计算机制表打印代替手工抄表大大减轻了运行人员的劳动强度，并为生产过 程的管理提供准确的文字资料，以便今后分析、研究和查证。

4.历史数据存储与检索

历史数据是机组运行管理的重要依据，对历史数据进行存储是计算机数据采集系统主要功能之一。存储历史数据的方式有本机存储、异机存储和分布存储等。

5.性能计算

机组的在线性能计算功能是利用DCS数据共享的优势，再根据热力系统正、反平衡的 方法计算出机组主辅设备的性能，并将结果用于显示、打印、存储、归档等。通过对单项设 备乃至全厂效率的监视，为运行人员和管理人员提供操作和运行管理信息。借助于机组性能 的连续监视，通过运行人员的调整，可使整个机组处于最佳运行工况，实现整个机组的经济运行。

机组性能计算的主要内容包括厂用电、汽耗、机组热耗率、锅炉效率、汽轮机效率、发电机效率、机组效率、锅炉给水泵效率、锅炉给水栗小汽轮机效率、凝汽器效率、高压加热 器效率、空气预热器效率、汽轮机寿命管理等。

6.事件顺序记录

机组运行中的事件顺序记录(SOE)功能是指利用事件顺序记录仪(SER)，运行人员 可以方便、迅速地确定事故发生的直接或间接原因，及时采取措施消除机组的故障或事故。 SER可分为组件式和独立式两种形式，组件式必须依赖DCS运行，独立式则可脱离DCS单 独运行。

SOE可按信号的重要程度，用不同的分辨率进行事件记录。对于主燃料跳闸(MFT)、 锅炉跳闸、汽轮机跳闸、电气跳闸、控制电源丧失等一些直接导致机组故障停机的事件，不 但需要完整地反映出事件发生前的所有可能的因素，还要完整地记录下事件发生后的操作情况，以便检验执行事故程序的正确性。

四、显示画面

电厂的所有显示画面都存储在每一个操作终端的本机磁盘存储器内，操作终端具有完整 的人机接口功能。通过终端总线.操作终端能访问存储在所有的短期文档或长期文档内的数 据，从而可以完成电厂中所有的操作和监视任务。

人机接口通过功能软件为全厂提供统一的全图形用户界面，具有先进的窗口平台显示方 式，它可以通过不同的显示方式来满足运行人员的监视要求。

1.显示画面的结构

CRT屏幕(包括大屏幕)显示画面从总体上可以划分为两个区域，即主要显示区域和 屏幕边框(屏幕头标和屏幕脚注)。

(1)主要显示区域。主要显示区域位于CRT屏幕中央，是显示被监控设备运行工况的 区域，其显示内容可根据操作人员的要求或运行设备的工况而变化，在主要显示区域内可以 选择一种基本显示以及选择显示一个或若干个窗口。

(2)屏幕边框。屏幕边框由屏幕头标和屏幕脚注组成。显示形式通常是固定不变的而且不会被基本显示的内容或窗口所覆盖。屏幕边框的内容包括了显示日期、时间和某些操作按键。按键用于选择或取消某项功能或启动某个操作，由代表操作功能的字母或符号组成= 按键有两种状态，即可操作状态和不可操作状态。在屏幕顶部所看到的按键总是可操作的，当登录后就可使用。屏幕脚注中的各键通常总是可见的，但并不总是可操作的。

2.电厂显示

通过管道和测量图，电厂显示系统将电厂的情况全部或部分地显示出来，显示形式包括 状态信息、数字、棒图、颜色等(如温度、压力的显示及报警显示)。为了对全厂进行操作监视和故障分析，各种电厂显示被操作员广泛地采用。电厂显示可用于电厂生产过程全貌、 过程操作、过程监控和过程控制信息、故障原因分析。

3.过程显示

过程显示以曲线、条形图(棒图)或特性曲线等形式将运行过程当前的或历史的状态显示出来。过程显示通常采用基本显示的形式，过程显示的分层组织与电厂显示类似。

4.报警顺序显示

报警顺序显示按时间先后顺序列出了系统中出现的报警情况。最新出现的报警优先显示 在报警画面的顶部或底部，每一个报警点可有6个不同的优先级，每个优先级用不同的颜色 显示该点的标签来加以区分。操作员可确切跟踪以时间排序的报警显示来分析故障。

在操作员站，通过一次击键可调用多页的报警一览表。报警一览的信息以表格的形式显 示，主要内容包括点的标识号、用途描述、带工程单位的当前值、带工程单位的报警限值、 报警状态(高、低)及报警发生的时间。

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