大型火电机组采用成熟可靠的分散控制系统实现高水平的自动控制， 已进入应用的成熟期，一般*的300MW以上机组均可实现单机单人正常运行、全程自动化过程控制、程序化事故处理等。实践证明，大型机组自动化技术不仅能减轻运行人员的劳动强度，更重要的是确保了机组安全、经济、的运行。分散控制系统正确合理的应用，其主控制器的功能分配至关重要。因此，要获得一个自动化水平高、可靠性高的电站控制系统，首先必须有一个可靠成熟的分散控制系统，而分散控制系统应用的成功，则必须有成功的主控制器功能分配和应用。本文结合邹县电厂三期工程2台600MW机组的工程实践，对分散控制系统主控器的功能分配的原则和技巧进行探讨。
一、分散控制系统主控制器功能分配的硬件要求和基本条件
目前在世界范围内分散控制系统有上千种之多，但在中国得到广泛应用的产品厂家大约有10家左右，一般，认可的国外厂家有6家：
Westinghouse（美） WDPF、Ovation
BaileyContr01s（美） Network90、INFl90
Foxboro（美） Spectrum、I／ASeries
Siemens（德） EPERM、PCS
Leeds&Northrup（美） MAXl000
Hatachi（日） Hiacs一3000
由于信息产业的飞速发展，特别是计算机芯片技术、计算机技术和自动化技术的发展，这些厂家目前也纷纷推出其更新换代产品。但不管分散控制系统如何发展，其基本拓扑结构一般分为两种：一种为高速公路型，一种为环形网型。从网络层次分，可分为单层网或多层网。因此，分散控制系统基本层次为：


●例：西屋分散控制系统的DPU冗余结构




根据生产厂家的不同，主控制器又叫分散处理单元DPU、多功能控制器MFP、控制模件、主控模件、主控板、主处理器等。它是分散控制的核心部件，所有的分散系统功能均由它根据功能分配的不同协调实现，它与其它主控器之间相互配合，一对冗余的主控器相互备用，能独立完成赋予的任务，而不必依赖于网络。各对DPU之间通过网络构成一个系统整体，实现信息通讯、功能协调。因此，如何应用好一个现场控制系统，其主控制器的功能分配和设置组态将是至关重要的。
虽然每套分散控制系统的原理基本相同，但具体结构仍然千差万别，主控制器的功能和特性本身又有一定的差别。有些主控制器由于受本身分散控制系统结构的限制或制造技术的限制，其功能的强弱、大小和应用范围也不一样。有的为式主控制器，如数据采集主控制器、顺控主控制器和自动调节主控制器。但随着分散控制技术的发展，这种分散系统正愈来愈少，主控制器正向着全功能化发展，因此对于式主控制器的功能分配，本文不再详述。
全功能主控制器，即分散系统内的主控制器的结构、特点*一样，可以实现自动控制系统所要求的任何一种功能或多功能的组合，对功能的应用不再强化而是任务综合化，可以实现DAS、SCS、CCS、ETS等多项功能，同时赋予设计人员更大的自主权。本文主要讲述此类分散控制系统的主控制器的功能分配原则和技巧。
如何选择一个可靠成熟的分散控制系统是一项十分复杂的工作，不在本文讨论内容之列，此处仅对影响主控制器功能分配的zui根本的硬件要求和基本条件，即物理环境，提出如下原则要求：
●该分散控制系统必须有足够强的通讯速率，以支持所有主控制器完成现场任务所必须的基本通讯保障。
●分散控制系统内的主控制器必须是全功能的，其硬件配置必须可靠和冗余。冗余包括硬件冗余和性能冗余两方面。
●主控制器的数量选择必须符合现场实施任务的要求，且有冗余能力，各项技术指标在控制范围之内。
●分散控制系统的层次和通讯方式应保证简洁可靠，没有通讯瓶颈，多层网的综合通讯应有足够的速率和可靠性。
●分散控制系统的冗余性配置合理可靠，性能价格比比较合理。同样，“冗余性”包括物理配置冗余和性能配置冗余。物理配置冗余：如电源冗余配置（双电源），主控制器冗余配置（1：1热备用），重要I／O冗余配置（三取二或三取中）。性能冗余：如电源容量冗余，高速公路通讯速率冗余配置，主控制器的内存冗余，主控制器CPU速率冗余，主控制器负荷率的冗余，通讯速率的冗余等等。
如在邹县三期分散控制系统的采购中，提出的硬件要求和基本条件如下：
●分散控制系统的通讯网络的负荷率小于40％；
●分散控制系统的可用率>99．9％；
●CRT数据刷新时间少于ls；
●DCS系统手动操作响应时间<2s；
●CRT画面响应时间<1s；
●主控制器负荷率<40％：
●主控制器内存平均占用率实际为43．24％（出厂测试）：
●主控制器冗余配置；
●分散控制系统电源均为冗余配置，且一路为交流、一路为直流等等。
实践证明，上述对分散系统硬件要求和基本条件的规定，对保证实现主控制器的功能分配是*的必要条件，是主控制器进行合理功能分配的物质基础，是讨论分散控制器功能分配的前提和先决条件。
二、分散控制系统的规模选择
分散控制系统的规模，即主控制器数量和功能的配置，
1．由控制任务的大小决定－般由两方面的因素决定。
也就是说，根据具体电站控制功能和控制对象的多少而定。控制功能主要是指纳入分散控制系统的功能范围，一般电站分散控制系统具有以下功能：
DAS——数据采集功能（包括电气量）；
SCS——顺序控制（含主、辅机联锁，保护及电气控制等）：
CCS——协调控制；
ETS——事故跳闸系统（热控保护系统）：
FSSS——炉膛安全监控系统；
DEH——汽轮机控制系统：
SOE——事件顺序记录。
由于不同的电站控制系统的配置不同，其功能可能不同,如FSSS.DEH有可能隨主设备单独供货。但是，现在的分散控制系统愈来愈把电站作为一个整体来控制，热控的工作范围也愈来愈把全厂设备作为一个统一的整体进行协调控制。机务、电气、热控专业的划分和概念，也和传统的分工概念有质的不同。因此，控制对象的不同，控制功能要求的不同，决定了分散控制系统的规模和主控制器的数量。
2．由主控制器的功能高低决定
主控制器的负载能力愈强，主要指标如内存、CPU等级、主频、通讯速率、带I／O点的能力，直接决定了分散控制系统的规模及需配置主控制器的数量。因此，300MW以上大型火电机组控制系统主控制器数量的多少，也是反映采用的分散控制系统性能强弱的重要指标。对同一个工程，如采用不同厂家的主控制器，其数量是不一样的，机柜的数量也会不一样，其工程造价、调试、安装、接线等工程量也不一样。在邹县三期2台600MW机组工程中，曾经对2个厂家的分散控制系统做过比较。一个厂家需要40对主控制器实现一台机组控制，约需40个机柜；而另一个厂家只需20对主控制器，即可实现一台机组控制，只需20个机柜。因此，主控制器功能的高低直接影响到控制系统的规模，影响到工程的安装、调试和可靠性等各个方面，这是确定主控制器配置和数量的重要评价因素。
三、分散控制系统主控制器配置的一般顺序
（1）确定具体的分散控制系统厂家及其产品（技术和经济性评价）
（2）确定电站的主要控制功能和控制范围；
（3）确定电站控制系统I／O总点数：
（4）根据主控制器的性能带I／O点的能力确定主控制器数量；
（5）优化主控制器功能分配。
以邹县电厂三期工程为例，邹县电厂选用西屋WDPF系统，FSSS、DEH均由主设备制造厂供货，因此分散控制系统功能主要有DAS、SCS、CCS和SOE，I／O总点数如下：
T／C RTD 4~20mA AO DI DO PI SOE 总计
设计 742 268 792 118 3065 1155 50 285 6475
实际使用684 269 782 116 2627 1107 39 240 5864
实际配置774 296 981 135 2820 1216 50 285 6557
西屋WDPF主控制器性能指标为IN80486，32B—25，ROM／128KB，RAM／128KB。
西屋1只主控制器DPUzui多带4个槽架、12个卡件，总计48个卡件，如带扩展槽可扩至96个卡件（邹县电厂三期工程没有选择扩展）。1只DPU有64x4二256个地址，去掉内部使用13个地址后，只有243个有效地址，而不同的卡件其占用的有效地址数是不一样的。根据前述对分散控制系统的性能指标要求及I／O的地址数，经过复杂计算，zui后决定采用20对DPU主控制器实现全厂的控制功能。
四、分散控制系统主控制器功能分配的原则和技巧
1．主控制器功能分配办法
分散控制系统主控制器功能分配一般有两种办法。
（1）按功能区划分，即式主控制器功能分配。如
DAS控制用主控制器 FSSS控制用主控制器
SCS控制用主控制器 DEH控制用主控制器
CCS控制用主控制器
按功能划分主要是使主控制器功能单一化，组态方便，符合传统控制系统的分工习惯， 但不利于充分发挥主控制器的资源优势，主控制器功能分配负荷均匀性差，数据通讯量大， 主控制器自主性差，信号交叉较多，容易出现通讯错误和阻塞。除非受分散控制系统限制， 一般不推荐采用。
（2）按控制对象划分。采用全功能式主控制器功能分配，主控制器既可以用于数据采集,又可以用于顺控、协调控制，主控制器对同一对象实现全过程全功能控制。主控制器的功能划分*按照控制对象系统的不同进行，而同一主控制器按控制对象的要求实现全部控制功能，即前述全功能主控制器。 ·
2．全功能主控制器功能分配的原则和技巧
（1）应按照被控对象的分类和关系进行划分，尽量减少系统间的交叉和通讯，以保证同一主控制器控制范围内的控制自主性和整体性。具体讲，对热力系统而言，锅炉系统、汽机 系统、电气系统三段式布置，以克服不同专业的信号交叉和干扰，保证电缆布置顺畅和以后运行维护方便。
（2）对热力对象而言，同一类相互备用或支持的系统分散放在不同的主控制器内，以分散风险，保证zui小的故障率。如A、B侧送引风系统，A、B侧一次风机系统，A、B小汽轮机控制等等，两侧系统分散在不同组的主控制器内进行控制。
（3）每一组主控制器应保证有足够的冗余度。对主控制器每一机柜均要求有硬件冗余，每种I／O点均有10％以上的冗余配置，以保证运行中的修改和优化的需要。对于主控制器的性能冗余，要保证主控制器的实时响应可靠性，如主控制器内存占用率不大于50％，主控制器负荷率不大于40％等等。对于组态I／O点数要进行控制和优化，以保证主控制器有足够的物理和性能冗余，出厂时要进行严格的试验验证，否则应进行调整或重新进行主控制器的功能分配。
（4）主控制器的功能划分应均匀，负荷率不应过高，应基本一致，切忌过低或过高造成浪费或瓶颈。某一组主控制器功能的过分集中将影响系统整体的可靠性，一旦故障，其事故扩大的风险就高。
（5）主控制器重要的控制信号应由本组主控制器直接采用，如联锁保护用信号和协调控制系统用信号，并且要有三取二或三取中冗余配置。
（6）对分散控制系统内特别重要的信号，不同主控制器可采用备用交叉采集，如主汽温度信号给水系统要用、减温水系统也要用，结合原则（5）可独立采用，或者另设一点进入另外一组主控制器，以防止某一组主控制器故障造成失去重要信号的监视和控制。
（7）特别重要的保护、控制系统，应随被控制系统对象分散，控制功能分在不同的主控制器内，以防止危险集中。如主控制器数量不足，应根据优化情况适当增加主控制器的数量分散完成。这在具体组态中要认真详细的研究，以确定*的主控制器功能分配。
（8）同一组主控制器内要注意开关量和模拟量信号均衡优化配置，以保证zui大限度的利用主控制器的处理能力。如在机组启、停过程中设备启停频繁，此时开关量信号处理就较多;在正常运行中参数调节变化多，调节量处理就较多，而DAS信号贯穿于机组运行的过程中，相对比较稳定。开关量与模拟量的比例在同一组主控制器内要适当。
邹县电厂2台600MW机组20只主控制器DPU功能分配方案如下：
DPUl／51—11／61为锅炉侧控制用主控制器，共11只
DPUl2／62一19／29为汽轮机侧控制用主控制器，共8只
DPU20／80为电气量和其它DAS用主控制器，1只
五、使用全功能式主控制器功能分配的优缺点
1．使用全功能式主控制器功能分配的优点
（1）主控制器任务明确，基本以某一系统或某一主、辅机为单元实现对系统的全部控制，对应性强，自主性强，整体性强，便于分工维护。
（2）充分发挥了分散控制系统的特点，可以充分利用计算机资源，功能分散，控制分散，风险分散，某一系统出问题只影响局部系统，基本不影响机组的整体运行。
（3）由于每个主控制器自主性强，减少了主控制器间的相互依赖和对网络的依赖，减少信号交叉，减少通讯负荷量，防止通讯阻塞。
（4）程序间交叉少，但可以进行优化合理、方便的信息交换。
（5）主控制器负荷和运算次数合理均匀，减少计算高峰，均匀负荷分配，使主控制器在机组运行的全过程中空间和工作时间相对均匀。出厂检验时，邹县电厂三期工程WDPF系统负荷率较低，平均为8．18％，zui高为13．8％。
（6）电缆敷设方便、清晰，电缆顺向布置合理，交叉少。
2．使用全功能式主控制器功能分配的缺点
（1）同一组主控制器实现了相关设备或系统的控制、监视、联锁、保护、报警等功能，对维修人员素质要求很高，要求知识全面。
（2）对优化I／O的冗余上有较高的要求，由于控制、监视等信号进入同一组主控制器因此对某些重要信号应考虑一定的I／O冗余或其它主控制器组态方式。
·（3）对设计人员要求高，要求必须按系统的不同进行认真分析，优化主控制器的功能，合理分配主控制器的功能。