第三章 数据采集系统

第三章数据采集系统(DAS)数据采集系统(Data Acquisition System，DAS)是发电机组自动控制系统中一个重要组成部分，特别是微机分散控制系统的广泛应用，更加强调了数据采集系统的工作。

数据采集经历了模拟显示向数字处理、显示、存储发展的过程，大致可分为小型计算机和微机分散控制系统两个阶段。

由于以微处理器为基础的微型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，使得数据采集系统不仅包括了对现场热工参数的数据处理、显示、存储、打印等基本功能，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发展。

第一节数据采集的基本结构图3-l所示为DAS系统的总体结构示意，图3-2所示为多级网络式结构DAS系统总体示意。

图3-1 DAS系统的总体结构示意数据采集系统通常由数据采集、机组性能计算、顺序事件记录及报警显示等部分组成。

大致有两种不同类型的数据采集系统：一类是小型机集中进行数据处理的，其大致由硬盘系统、打印机、历史数据存储站、工程师工作站以及卡件柜、端子柜、CRT等构成，为提高系统整体可靠性，此类数据采集系统的通信网络、CRT和打印机作冗余配置；另一类是采用微机分散系统构成数据采集系统，其大致由操作站、CRT、工程师工作站、打印机、计算站、历史数据记录站及机柜、端子柜等图3-2 多级网络式结构DAS系统总体示意FS—文件服务器(file server)；OS—操作员站(Operator'sstation)；ES冒工程师站(engineer's station)；HDBS—历史数据站(historicaldatabasestation)；MI—管理信息站(management informationstation)；DBS—数据存取服务器(databaseserver)；DPU—分散处理单元(distribution processing unit)组成，冗余配置包括网络通信设备、重要卡件(组件)、CRT、工程师工作站等。

系统结构决定了数据采集系统的主要功能和技术特点。

对于集中式数据采集系统，由于相对独立于其他系统，其数据共享的能力较差，因而进入系统的数据主要是用于监视的过程量，主要、重要数据也相对独立于其他用于控制的过程量。

所以，这类数据采集系统必须与传统的盘台仪表相互共存。

微机分散控制系统具有高度的数据共享能力，此类数据采集系统，尽管从形式上是独立系统，但不再是独立于其他系统而获取所有数据。

为使数据一致，数据采集系统大量地从其他系统采集各种数据，有的甚至是经过前置处理或计算的中间变量。

第二节数据采集系统的基本功能一、数据采集与处理数据采集就是实时采集发电厂等工业生产过程中的各种参数及状态，经过计算机处理，转换成相应的工程量或状态值，通过CRT显示器、打印机或报警装置等提供给运行值班人员作为监视和操作的依据。

发电厂等工业生产过程中的现场信号有温度、压力、流量、液位、开关等。

对数据采集而言，通常把这些信号分为模拟量信号和开关量信号。

数据采集系统不直接驱动现场执行器动作，即不直接控制生产过程，数据采集中涉及的模拟量输出信号通常只能作为二次参数记录用，涉及的开关量输出信号通常用来点亮某些专用指示灯。

1．模拟量信号的采集计算机对模拟量信号的采集是周期性进行的，对不同的现场信号，采集周期是不同的。

变化过程快或重要的信号，如主蒸汽压力等，采集周期就快，一般为1s；有的小型机由于速度不够，也有用2s作为这类现场信号的采集周期的；对变化过程慢或对监视来讲不很重要的信号，如循环水进水温度等，采集周期就长一些；一般把这类信号的采集周期分为5、10、30s，甚至还有lmin的。

确定模拟量输入采集周期除了根据现场信号的变化快慢和重要性外，采集系统本身的性能和采集信号的多少也是重要因素。

由小型机构成的DAS，由于受计算机性能的限制，通常采集不超过512点模拟量信号，而且把这些信号分成不同的采集周期。

由分散控制系统构成的DAS，通常采集速度快、周期短。

如西屋公司WDPF的DAS系统，对所有模拟量信号的采集周期都是1s。

对采集到的现场信号，要经过一定的加工处理，才提交显示、打印等使用。

对现场信号的加工处理，除了工程量换算外，还进行正确性判断、限值检查、更新数据库等。

(1)正确性判断。

判别采集到的现场信号是否在最大允许范围内。

如果发现某个现场信号超出最大允许范围(由于模拟量输入卡故障或测量元件故障等)，计算机置该现场信号的采集结果为“质量坏”标志。

这样便于及时发现故障和维修处理，也可避免运行人员误判断。

(2)限值检查。

不少现场信号是有报警限值的。

报警限值(如上限值、下限值等)事先存放在计算机中。

DAS采集到某个现场信号并经过工程量换算后，查看该现场信号要不要报警检查。

若要，就把采集到的该现场信号的值与该现场信号的限值进行比较。

大于上限值时，设置该现场信号为“越上限”标志；小于下限值时，设置该现场信号为“越下限”标志；如果某现场信号原先是越上限的，本次检查该信号低于上限值，并且比上限值低出一定数值后，才去掉“越上限”标志。

例如，设主蒸汽温度的上限值为540℃，运行值大于540℃时为越上限，一旦主蒸汽温度越上限后，它必须恢复到539℃及以下才算不越上限，其中，i℃为死区，或称报警死区。

报警死区的设置可以避免现场信号实际运行在限值附近时，“报警”、“恢复”来回翻变。

对报警下限也设置报警死区。

(3)更新数据库。

每个模拟量信号的名称、是否报警的标志、报警上下限值、报警状态、当前运行值、信号质量等都存放在数据库中。

更新数据库，是指更新数据库中现场信号的当前运行值、报警状态、信号质量等。

对现场信号采集后，经过工程量换算、正确性判断、限值检查等一系列处理后，就更新数据库。

2．开关量信号的采集计算机对开关量信号的采集方式为周期性采集和随机采集两类。

对一般的电动门、开关等普通开关量，DAS通常以ls周期进行采集；对重要辅机、热工连锁、保护等动作时，计算机立即响应并进行采集处理，即随机采集。

DAS把采集到的开关量状态存放在数据库，并进行报警检查。

如热工保护动作，即开关量状态值翻变(由0变1或由1变0)，DAS立即把该设备的报警标志送进数据库中，供报警打印、显示用。

3．模拟量和开关量输出在DAS中，模拟量输出仅用于记录仪表的输出。

例如，DAS自动选择汽机轴瓦温度最高的一点信号通过记录仪记录下来。

开关量输出仅用于“点灯”，以表示某些重要报警或重要设备运行状态等。

模拟量输出是周期性进行的。

开关量输出往往是随机进行的，即一旦某些重要信号报警，应立即“点灯”或驱动音响告诉运行值班人员。

二、显示显示是运行人员监视发电机组运行情况的最主要手段，也是DAS用于发电机组安全监视的主要功能。

DAS的显示功能主要有系统参数显示、报警显示、趋势曲线显示、历史数据显示和其他一些显示。

所有这些功能在CRT上显示时都分为背景和前景两部分。

背景是显示画面上不变的部分，如炉膛的形状、各种管道等，有时称它们为画面的底图；前景是画面上周期性变化的部分，如模拟量参数数值的变化，阀门图形颜色变化表示它们的状态变化，把这种周期性变化称为“更新”。

CRT上显示的前景部分是周期性更新的，更新周期通常为1s，更新的内容都取自DAS的数据库；CRT上显示的背景(即底图)只有在显示另一幅画面时才被更新。

CRT屏上显示的所有画面的左上角或右上角一般都有日期或时钟显示。

这时钟一秒一秒的变化，可以让人知道DAS本身在正常地运行。

1．系统参数显示系统参数是指接人DAS的现场模拟量参数和开关量参数。

在DAS中，可以单独选择某点参数显示，即单点显示，也可以选择一组参数同时显示，即成组显示。

(1)单点显示。

单点显示可以显示出一个现场参数的运行值或运行状态，还可以显示出它在数据库中有关的情况，如是否报警、报警的上、下限限值、报警优先级、数据转换类型、单位等。

单点显示既供运行值班人员使用；也供维护DAS数据库的工作人员使用。

(2)成组显示。

按参数的相关性，把现场参数分成很多组。

选择其中一组显示时，组内参数按统一规定的格式在CRT上显示出来。

一组参数通常有16～24点。

显示格式有如下两种。

1)CRT屏上每行显示一个模拟量参数或一个开关量参数。

模拟量参数显示出名称、实际运行数值、单位等。

实际运行数值的显示还有颜色变化：红色表示报警；绿色表示不报警；白色闪烁(或其他方式，如用汉字显示)表示该参数质量坏。

开关量参数显示出名称、实际运行状态等。

实际运行状态用“开”或“关”，“合闸”或“分闸”等表示。

2)CRT屏分为两列，无论是左边一列还是右边一列，也每行显示一个模拟量参数或开关量参数。

成组显示也叫相关画面显示。

在同一个DAS中，每组相关画面的格式是统一的，成组显示的组数多则近百组，少则30～40幅。

2．报警显示DAS的报警显示方式有报警一览显示、报警历史显示、按优先级报警显示、按系统报警显示等。

在CRT屏上，每行显示一个现场参数的报警内容，包括该参数的名称、报警时刻、报警发生时的运行值或状态，若是模拟量参数，还显示报警限值、单位名称等。

在有的DAS中，报警显示按现场参数的报警优先级，显示不同的颜色。

如WDPF的DAS中，把现场参数的报警优先级分为4级，每级配一种颜色。

若报警优先级最高的一个现场参数报警显示，则整行内容全部用红色显示，若报警优先级最低的现场参数报警显示，整行内容都用白色显示等。

(1)报警一览显示。

它显示出当前处于报警状态的所有参数。

如果一幅CRT画面显示不下，可以通过操作键盘上的“翻页”键翻看下面的报警内容。

如果原先报警的参数恢复了正常，报警一览中自动消失该参数的报警显示。

(2)报警历史显示。

报警历史显示格式与报警一览相似，但报警显示的内容不一样。

报警一览显示的是当前仍处于报警状态的参数，而报警历史显示的是过去曾经报警过的参数，而且当报警参数恢复正常时，报警历史也显示一行(内容包括恢复时刻、参数名称、恢复时参数的运行值或状态等)。

所以在报警历史显示中，常看到某个参数多次报警，多次恢复的情况。

报警历史保存的内容往往多达300行。

如果超过最大允许行数，就把最早的历史报警覆盖掉。

(3)按报警优先级显示。

现场参数的报警优先级是按参数的重要性事先确定的。

重要参数的优先级高，次要参数优先级低。

在DAS运行过程中，运行值班人员可以设置允许报警显示的优先级，使报警优先级高于设定优先级的参数时报警可以在CRT上显示，报警优先级低于设定优先级的参数时报警不能在CRT上作报警显示。

如果现场报警较多，可以通过设置允许报警优先级，以保证运行值班人员更好地监视重要参数的报警。

设置报警优先级仅仅可以使次要参数报警时不进行报警显示,而系统参数显示中，仍能以颜色表示一个参数是否处于报警状态中，即与报警优先级无关。