第一章数据采集与监控系统第一节数据采集系统的基本结构近年来，世界各国的火力发电设备发展方向是采用高参数大容量的单元式机组。

机组容量越大，热力系统越复杂，需要监视的参数和操作的对象也就越多。

特别是在机组的启停和事故处理过程中，机组处于不稳定的状态下工作，各种参数不断迅速变化，在同一瞬间需要同时进行几个参数的监视和操作，甚至有时要求运行人员在几分钟内完成几十个操作动作，稍有贻误就容易造成重大事故。

以一台300MW机组为例，它需要监视的项目在900～1100点左右，如此多的数据如果用常规仪表去监视和测量，无论是在设计还是在运行上都有相当大的困难，一方面将使控制盘的尺寸大幅度增加，另一方面会给运行人员的监盘造成极大困难，劳动强度大，更易造成误操作，直接威协机组的安全运行。

为了改变这一状况，在国内外大型火力发电机组上都广泛采用计算机对生产过程进行监视和测量，该计算机系统一般称为数据采集系统(Data Acquisition System 简称DAS)，或者将其称为计算机安全监视系统、计算机信息处理系统、数据采集监视和处理系统等。

计算机数据采集系统，可采用小型机、单台微型机、或多台微型机构成。

一、小型计算机数据采集系统以小型计算机构成的典型数据采集系统如图6-1所示。

小型计算机数据采集系统采用双总线式结构，即内存总线与I/O总线分开。

系统中所有的过程变量经过程通道连接在I/O总线上，其中包括各种模拟量输入、开关量输入、脉冲量输入、模拟量输出、开关量输出等。

在I/O总线上还挂有专用接口，用以连接其它计算机装置或系统。

在I/O总线上挂有硬盘驱动器，用以存贮操作系统、各种文件及数据。

磁盘由专门的文件管理系统进行管理。

主要人机联系设备有：运行人员操作台、工程师操作台和程序员操作台，亦挂在I/O总线上。

由小型计算机构成的数据采集系统具有以下特点：（1）由于小型机一般设有专门的I/O总线和I/O处理机，所以它与外部或外围设备交换的信息可以由I/O处理机进行处理，这样就可以加快I/O处理的速度和提高外设与主机之间工作的并行程度。

（2） 小型计算机具有较高的运算速度和处理能力，可以进行大量的、复杂的运算和数据处理，因此，规模比较大和运算比较复杂的数据采集系统可以采用小型机构成系统。

（3） 小型计算机具有比较强的外部设备驱动能力，因此可以满足各种不同层次的数据处理要求。

（4） 小型计算机一般配有比较完善的指令系统，而且能够支持多种高级语言，具有更加完善的操作系统和应用软件。

图6-1 小型计算机DAS 系统框图二、 微型计算机数据采集系统以微型计算机构成的数据采集系统如图6-2所示。

微型计算机DAS 系统一般采用单总线结构，目前比较流行的总线有STD 总线、S100总线、MULTIBUS 总线、APPLE Ⅱ总线、IBM-PC 总线等。

所有的过程I/O 都经过相应的模件送入系统，这一点同小型计算机系统差别不大。

但由于没有I/O 处理机，所以一切I/O 操作都要由CPU 去管理。

在这种类型的系统中，常用的人机联系设备有CRT 、键盘和打印机。

另外，系统一般不设程序员操作台，程序员同工程师合用一台终端设备。

在更小的系统中，所有的工作均在运行员用CRT 和键盘上进行。

微型计算机数据采集系统的特点是： 内存CP U 中央处理器I/O 处理器模拟量输入/输出开关量输入/输出脉冲量输入被控过程MonitorCRT和键盘打印机MonitorCRT和功能键盘打印机运行人员操作台工程师/程序员操作台外存I/O总线内存总线（1）系统的结构简单、容易实现，能够满足中、小规模数据采集系统的要求；（2）微型计算机对环境的要求不像小型机那样苛刻，能够在比较恶劣的环境下工作；（3）微型计算机的价格低廉，可降低数据采集系统的投资，即使是比较小的系统，也可以采用它；（4）采用微型计算机的数据采集系统可以作为分布式数据采集系统的一个基本组成部分进一步扩充。

（5）微机的应用有比较坚实的基础，各种I/O 模板及应用软件都比较齐全，便于使用，便于维修。

图6-2 微型计算机DAS 系统框图三、 分布式数据采集系统分布式数据采集系统的结构如图6-3所示。

分布式数据采集系统是计算机网络技术不断发展的产物，它由若干个“站”和通讯网络组成。

“站”一般可分为三类：数据采集站、运行员操作站和工程师操作站。

事实上，一个分布式数据采集系统配上基本控制站以后，就可形成分散控制系统，所以有关分布式数据采集系统中的其他问题，如通信问题、人机接口问题、系统组态问题都与分散控制系统基本相同。

分布式数据采集系统的主要特点是：（1）系统的适应能力强 无论是大规模的系统，还是中小规模的系统，分布式系统都能够适应，因为它可以通过选用适当数量的数据采集站以及适当数量的运行员操作站来达到此目的。

小型计算机和微型计算机DAS 系统就不是这样，一个小型计算机DAS 系统用于小规模的生产过程显得大材小用，而一个微型计算机DAS 系统用于大规模的生产过程则显得力不从心。

（2）系统的可靠性高 由于采用了多个以微处理机为核心的智能装置，所以它不像小ROM 外设接口模拟量输入/输出开关量输入/输出脉冲量输入被控过程MonitorCRT和键盘打印机总线RAM CP U型计算机系统那样，一旦CPU 发生故障，就会造成整个DAS 系统瘫痪。

某个数据采集站发生故障，只影响一部分参数的监测，而不会对系统其它部分造成任何影响。

（3）系统的实用响应性好 系统中各个微处理机之间是真正“并行”工作的，所以系统的实时影响特性比较好，这一点对于数据采集这类应用来说还并不显得特别重要，但对于控制系统来说，则是一个很突出的优点。

（4）对系统硬件的要求比较低 由于分布式数据采集系统采用了多机并行处理方式，所以每一个微处理机仅完成数量十分有限的数据采集和处理任务，因此，它对硬件的要求比较低，可以用廉价的硬件组成高性能的系统。

这是其它方案所不可比拟的。

图6-3 分布式DAS 系统框图第二节 数据采集系统的基本功能计算机数据采集系统应具备的基本功能一般有：数据采集、输入信号预处理、报警、开关量变态处理、事故顺序记录、CRT 显示、打印制表与拷贝、操作请求与操作指导、事故追忆、二次参数计算、性能计算和经济分析、人机联系等。

以下以润金电厂350MW 超临界机组的数据采集系统为例，说明数据采集系统的基本功能。

一、 350MW 超临界机组DAS 概述该机组数据采集系统（DAS ）作为DCS 的一部分，应连续采集和处理所有与机组有关的重要测点信号及设备状态信号，以便及时向操作人员提供有关的运行信息，实现机组安全经济运行。

一旦机组发生任何异常工况，应及时报警，提高机组的可利用率。

运行员操作站数据采集站被控过程Monitor CRT和专用键盘打印机工程师操作站Monitor CRT和键盘打印机数据采集站数据采集站DAS的基本功能包括：（1）显示：包括模拟图显示、操作显示、成组显示、棒状图显示、报警显示等。

（2）制表记录：包括定期记录、事故追忆记录、事件顺序(SOE)记录等。

（3）历史数据存储和检索（4）性能计算二、350MW超临界机组DAS的功能（一）数据采集功能(1）按规定的扫描周期，连续地采集全部模拟量。

扫描周期视模拟量参数重要性及变化速度而定。

(2）在1秒种内，对全部的开关量进行一遍采集更新。

(3) 对于重要的开关量变态，需要进行事件顺序记录，系统能够在采集过程中区分先后秩序，精度为1～5毫秒。

（4）具有采集脉冲量的功能，通过系统内部计数器，接受发电量，用电量等的脉冲信号，应用软件按一定周期读入计数值。

（二）输入信号预处理功能（1）对所有模拟量输入信息，通过极值、变化率、相关比较等办法作正确性判断和误差检查，包括对变送器信号故障的检查和处理，对不正确的或误差超限的信号进行自动显示报警。

（2）对波动较大的模拟信号进行数字滤波，以消除噪声（如汽包水位、主汽和给水流量、炉膛负压等）。

（3）对热电偶、差压流量等非线性模拟量输入信号进行线性化处理。

（4）具有热电偶冷端温度补偿和开路检查功能。

（5）实现信号的工程单位变换，包括标度变换、标准校正、漂移测试、增益优化、偏移校正等。

（6）对开关量输出信号进行有效性检查。

（7）对脉冲量信号进行累积，并具有自清零和溢出指示。

（三）CRT显示功能每个CRT均可将全部过程变量的实时数据和运行设备的状态，以适合于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。

1、画面显示的基本要求（1）采用最新的窗口显示技术，提供的显示应具有诸如多窗口显示、滚动画面显示、图像缩放显示、菜单驱动显示等功能。

（2）操作和监视显示应按层组织（例如分为概貌显示、区域显示和功能组显示）。

以使运行人员方便地翻页，获得操作所必需的细节和对特定的工况进行分析。

（3）应提供快捷切换显示的手段（如导航窗口、下拉菜单），使运行人员无须对画面的切换步骤有过多的记忆；同时还应提供热键，允许运行人员一次击键即能调出由于监视或控制的其它显示画面。

（4）每个LCD应能综合显示字符和图象信息，机组运行人员通过LCD实现对机组运行过程的操作和监视。

（5）应可显示DCS系统内所有的过程点，包括模拟量输入、模拟量输出、数字量输入、数字量输出、中间变量和计算值。

对显示的每一个过程点，应能显示其标识号、英文说明、数值、性质、工程单位、高低限值等。

2、机组模拟图显示用于表示炉、机、电等各局部工艺系统流程的画面。

每幅画面能显示过程变量的实时数据和运行设备的状态（包括中间计算值和调节阀门／挡板的位置），这些数据和状态应每秒更新一次。

显示的颜色或图形应随过程状态的变化而变化。

棒状图和趋势图应能显示在任意一个画面的任何一个部位上。

运行人员可通过点击画面中的任何可操图例或实时显示数据，对被控装置进行手动控制或对数据内容进行查询。

画面上的设备正处于自动顺控状态时，模拟图上应反映出运行设备的最新状态及自动程序目前进行至哪一步。

若自动顺序失败，则应有报警并显示故障出现在顺序的哪一步，且可切换到自动顺序逻辑原理图，显示条件满足情况。

用户可在工程师站和操作员站上，使用该站的画面生成程序自己制作和修改画面。

3、操作显示操作显示可按不同类型（如调节、顺控）分层（概貌、功能组显示等）设计。

对机组和设备运行时的操作指导由LCD的图像和文字显示出来。

操作指导划分为四个部分：起动方式、正常方式、停机和跳闸方式。

所有的操作许可、联锁、闭锁条件和正在执行的控制逻辑都可通过梯形图或类似的画面在线看到。

运行人员或工程师可通过各种主控和功能组操作显示画面，对控制方式、控制回路和参数进行操作或调整。

4、标准画面显示标准画面显示包括报警显示、趋势显示、成组显示、棒状图显示等标准画面显示。