数据采集与监控系统

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、APPLEⅡ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：

（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。

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。