一、引言 电站DCS(分布式控制系统)正在经历着一系列的技术变革，其原因一方面是发电机组的运行与维护要求越来越高，另一方面是计算机、网络与控制理论的快速发展。华能信息产业控股有限公司新近研制成功的新型分布式控制系统PineControl是一种集最新计算机、网络、人机界面、控制和可靠性技术为一体的工业信息化系统。该系统在继承目前国际上DCS先进技术的基础上，建立了以“数据引擎”技术为核心的DCS体系架构，采用离线与在线并举的组态形式，在一种与控制对象无关的统一资源配置的环境中实现DCS的运行和管理。在该系统的开发过程中，我们十分重视借鉴国内外先进的DCS技术，同时也十分注重系统研发的规范性，实现技术先进性和系统可靠性的高度统一。根据我国现行的相关技术规范，我们对该系统进行了严格的第三方测试，并且通过了国家电力公司的技术鉴定。现在，PineContr01分布式控制系统已经在多套发电机组中得到应用，运行业绩很好，得到用户和行业专家的高度评价。
二、技术特点 近年来，DCS技术的最大进步是系统的软硬件平台逐步趋于统一，控制范围覆盖面逐步扩大。PineControl分布式控制系统在结构上按照控制功能、工艺流程和信息分类等特点，划分为若干控制站或子系统。尽管各控制站的控制对象不尽相同，但是控制站的硬件和软件环境却是完全一致的，例如锅炉燃料调节控制站(MCS)和汽轮机数字电调控制站(DEH)在部件结构上并没有任何差别。这使得PineControl各控制站之间可以采用相同的硬件组成、相同的组态软件模式和相同的管理方法。这既可简化系统的培训、运行及维护程序，又可减少备品储备，有效减低了系统运行成本。
PineControl的组态技术由两个部分组成，一是基于控制逻辑设计的PineCAD，二是基于运行操作和系统管理的PineHMI。前者只需采用数量很少的控制元件(一般300—600MW等级的发电机组控制系统只需40种控制元件)的组合即可实现复杂的控制算法；而且PineCAD还具有在线监控的功能，可实现机组运行状态下的无扰动在线组态。后者是在iFIX和VBA技术基础上建立起来的组态环境，同样可实现在线状态下的无扰动组态过程。除了这两种组态方式，DCS用户无需再通过其它复杂的方式或途径管理PineControl。
上述PineControl的特点是以“数据引擎”为技术基础的。“数据引擎”是PineControl最重要的技术特色，它把图形结构的组态形式转化为数据库表结构形式，并且赋予相应的“动力”。控制站中控制算法、管理调度、数据刷新等过程全都嵌入在数据库表中，所以这样的数据库表就像是引擎一样具有数据变化和通信的“活力”。采用“数据引擎”技术还有一个好处是，不同厂家生产的控制站原型都可以应用PineCAD软件，这使得PineControl的硬件选择空间更加宽广，系统更开放。
随着计算机应用技术的快速发展，DCS将逐渐改变软硬件专用的形态而朝着开放和通用IT系统的方向转化。PineControl采用PC十PLC的结构体系，应用Windows平台和WIX、PineCAD软件环境，构成了目前国际上最开放的DCS技术体系。这对于促进DCS尽快融人工业I丁大环境、促进企业信息化和充分利用计算机技术进步资源，有着十分重要的意义。
DCS的可靠性通常会被列在用户所关注问题的首位。因此，我们在设PineControl系统时，着重从三个方面来考虑它的可靠性。一是选择在工业控制领域中可靠性最好的设备类型———可编程控制器PLC；二是严格按照冗余配置原理设计数据服务器、运行操作站、工程师站和网络设备；三是强化系统的自诊断能力和仿真能力。PineContr01分布式控制系统在这三个方面都得到了系统的研究和严格的测试，这使得PineControl的应用具有坚实的理论和技术基础。
三、结构特征 图1是PineControl的标准结构体系示意图。整个Pinecontrol的结构呈现统一硬件的技术特征。Pc类型部件用于数据处理、数据信息显示和运行指令输入；控制站(PLC)用于执行DCS的控制算法；网络部件用于执行数据交换任务。Pc和网络部件是广大用户所熟知的DCS组成部分。控制站是DCS的核心部件，是反映DCS结构特征和技术原理的关键部件。
我们选择AB、OMRON和Schneider这三个著名的PLC制造商提供的产品作为PineControl的控制站，其目的是要保证该DCS的可靠性、实时性和规范性。PineControl可以根据设计要求，将系统划分为包含CCS、DEH、FSSS、SCS等子系统或者控制站。这些子系统和控制站都具有相同的硬件结构和软件结构，它们之间只存在组态数据的差别。这样的结构设计有不少好处，如可减少DCS的备件存量、可降低DCS的管理成本、减轻DCS维护人员的工作强度。在此基础上，我们还提出了电站一体化DCS的概念，即将PineControl系统的控制范围扩展到包括输煤、化水和除灰在内的所有生产过程，使得电厂的生产过程能够在统一的技术环境中得到科学的管理。
目前，PLC通常采用基于IECll31标准的编程环境，这仅适合于规模较小或者控制要求比较简单的控制项目，从而难以构成DCS中的控制站。为了克服这个障碍，我们在PLC指令体系的基础上开发了以“数据引擎”为核心的计算平台，打破了PLC以继电器模型为主体的应用模式，既保证了控制站的高可靠性，又满足了控制站的实时性和规范性的要求。PineControl的用户不必采用传统的梯形图方式来组态，而是采用DCS特有的形式来组态。PineControl将自动识别组态图形，并将相关信息输入到控制站的数据引擎，使控制站能够按照预定的要求进行生产过程的测量、管理和控制。
以PLC为DCS的控制站，有利于推动现场总线技术在DCS中的应用。在PineControl系统中，我们采用多种现场总线的协议构造了适合远程测量与控制的体系结构。远程站点和标准控制站没有本质上的差别，DCS用户可以在工程师站上采用标准的技术直接管理现场总线的远程站点。此外，华能信息产业正在研制一种基于分布式数据引擎技术的“智能转化器”，利用该装置可以使普通的传感器和执行机构也能够与现场总线系统相连接。
四、网络原理 PineControl系统的通信主要由标准工业以太网和专业网络组成。以TCP／IP为基础的以太网框架主要实现运行操作站、工程师站、Web服务与控制站之间的数据交换功能。这种通信模式已经被国际上主要DCS制造商所采纳，也是DCS成为通用IT系统的重要技术基础。PineControl中所有以太网站点均按照双网热备的方式配置，以保证系统通信的可靠性。 专业网络则是采用诸如ControlLink、ControlNet和DeviceNet等专业厂家生产的通信模式来实现PineControl的关键通信任务。例如，我们采用ControlLink网络实现了各个控制站之间的数据共享，实现了远程控制站的通信。在以太网和专业网之间，PineControl系统还能够实现它们的实时切换，以保证网络系统的高可靠性能。
采用以太网和专业网并存的多层网络架构，有利于DCS数据的分类通行，有效克服DCS系统常见的网络阻塞问题。在通信机理方面，PineControl采用写入优先和定时周期交换的技术，确保了控制指令的实时性和通信负荷的稳定性，从根本上避免了机组发生异常扰动时DCS通信负荷就要剧增的这种DCS的常见问题。
PineContr01分布式控制系统还具有Web服务功能。作为一种选项，PineControl能够提供不同等级的Web服务，主要包括运行操作界面的实时监视、各种运行记录(如SOE、报警历史和运行操作记录等)以邮件方式自动投递、个性化的信息访问、历史数据查询等等。这些Web服务功能使得DCS能够打破时空的局限，成为名符其实的IT系统，对于电力公司加强生产过程的管理与提高企业竞争力有着十分重要的意义。
五、软件环境 为了方便DCS用户的使用，降低运行管理成本，PineControl将用户级软件环境建立在Windows的基础上。用户需要掌握的软件工具包括PineHMI和PineCAD，前者是为人机界面的设计而配置的，后者是为控制组态的编辑、编译和监控而配置的。两者都集中在工程师站上，构成完整的PineControl的软件平台。
在PineHMI中，我们采用iFix技术和以VBA为基础开发的DCS控件(例如报警窗口、趋势显示窗口和执行机构操作窗口等)组成“所见即所得”的人机界面设计应用平台。DCS工程师所设计的界面，在测试合格后能够自动在线传送到各个运行操作站，及时刷新人机界面的设计。人机界面的相关文件贮存在各运行操作站上，有利于减少网络通信量，提高PineControl的工作效率。PineHMI的画面数量没有限制，数据标签上限可达到100000，画 面切换时间和数据刷新时间均小于1秒，可满足 DCS的运行要求。
PineCAD是PineContr01分布式控制系统的核心技术。在PineCAD中，我们用Windows风格的应用软件形式，开发了DCS控制站软件工程的设置、图形编辑、图形语法分析、逻辑链接、输入输出注释与检索、实时数据库管理、控制元件属性管理、用户权限管理、离线与在线逻辑传送、实时监控等多项组态功能。图2是PineCAD的工作原理示意图。PineCAD作为工程师站上的一个应用软件，它把工程师的组态要求以图形结构的方式记录下来(参见图3)，并转化为相应的数据库表，以便于数据引擎的应用。在工程师站和控制站上分别储存有相应的控制组态数据，每台控制站至少可编辑4000个控制元件(数量完全取决于用户选择的控制站类型和数据内存的大小)。PineControl利用PineCAD软件可以实现在发电机组运行状态下的在线组态数据传送，同时也可以通过工程师站或者运行操作站实时监视控制逻辑的执行过程，还可以根据需要对控制元件进行强制，给运行人员的操作过程提供了良好的指导环境与超控手段。在PineCAD的监控画面上，动态数据能够用周期刷新和实时趋势显示等方式来表示，形象直观。
六、PineControl的应用 自PineContr01分布式控制系统投放市场以来，已经应用于华能福州电厂2台350MW燃煤发电机组的DCS技术改造和山东白杨河电厂2台135MW循环流化床锅炉供热发电机组的DCS，以及电厂除灰控制系统和电气控制系统(ECS)等，取得了很好的应用效果，并获得了用户的高度赞扬。2002年，由西安热工研究院专家组成的第三方测试小组对PineControl系统进行了深入细致的测试，包括制造厂内的系统测试和机组运行中的系统测试。测试结果显示，PineControl系统的控制精度、控制算法速度、控制范围覆盖程度、网络通信性能、在线维护性能等方面均能够达到和超过有关技术标准。普通控制站计算周期在50—100ms的范围内，DEH的计算周期则小于50ms；网络负载在最大通信量状态下(通常是指所有监控窗口同时开启时)不大于30％。在此基础上，国家电力公司组织有关方面的DCS专家对PineControl系统进行了技术鉴定，得出结论：“PineControl性能已经达到国内先进水平，其中PineCAD组态技术已经达到国际先进水平，可以在大型发电机组中应用。
在已经应用PineControl系统的发电机组中，发电过程的控制品质均能达到设计要求。在两年多的运行实践中，PineControl系统从未发生过因DCS故障造成机组非计划停机的事件，控制模块也没有因为质量问题导致损坏。 所有应用PineControl的发电机组都实现了一次点火成功、一次并网成功和一次带负荷成功的良好业绩。工程实践表明，与进口DCS相比，在技术条件相同的状况下，PineControl的一次投入只有进口产品的50％左右，而运行成本则不到进口DCS的10％。我们相信， 随着相关研究和应用的深入进行，PineContr01分布式控制系统必将在未来的电力行业中发挥越来越重要的作用。