数据采集系统DAS.docx
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数据采集系统DAS
数据采集系统DAS
采用计算机系统对大容量单元机组进行数据采集处理，开环监
视，是确保机组安全、经济运行的有效措施。
早在20世纪70年代
中期，我国就在国产300MW燃油机组上进行过计算机数据采集功能的开发探讨，并且用国产的DJS-131小型计算机实现了对国产300MW机组的开环监视，取得了宝贵的经验。
到了20世纪80年代中期，引
进的分散控制系统在国产300MV机组上试点成功，极大地推动了我国大型火力发电机组的自动化进程。
300MV以上的火力发电机组上
的数据采集功能作为热工自动化控制技术的基本功能，经过长时间的应用实践，已经比较完善和成熟，为发电机组的安全经济运行发挥了积极作用。
9．1数据采集系统的基本功能
目前，我国300MWI以上发电机组上运行的数据采集系统有国产的，也有进口的，有小型计算机构成的，也有分散控制系统组成的。
其基本功能主要有数据采集与处理、显示、记录、机组性能计算和操作指导等。
（1）数据采集。
输入信号的扫描。
计算机按预定的采样顺序，对反映生产过程信息的模拟量、开关量、脉冲量等输入信号进行巡回检测。
（2）数据处理。
对输入信号的数据处理，主要包括：
①输入信号的线性化处理（如热电势、热电阻、流量等），输入信号的正确性判断（如极值、变化率、相关比较等），工程量变换、数字滤波等；②通过对一次参数的计算，得出二次参数值（如差值、均值、累计、端差、过热度、热耗、汽耗、热效率等）。
（3）显示。
计算机利用数字显示装置和CRT对各类运行参数和开
关状态进行显示，这些被显示的量可以是单个或成组参数、相关参
数、报警参数、开关变量等。
显示方式可采用数值、曲线、各种模拟图、棒形图等形式。
（4）记录。
对运行参数、开关变量状态及数据处理的结果进行打印记录，包括定时及人工召唤制表、CRT画面硬拷贝、事故追忆记录、掉闸顺序记录等。
（5）机组性能计算和操作指导。
性能计算包括锅炉效率、汽轮机效率、发电汽耗率、发电标准煤耗率、厂用电率等。
这些经济性能指标应及时计算，并以明显方式（打印）及时告知运行人员，以指导机组运行操作，保持机组经济运行状态。
9．1．1数据采集数据采集就是实时采集发电机组在运行过程中的各种运行参数及状态，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。
发电机组的现场信号有温度、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。
一、信号的采集和输出
（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，即每隔一定时间，计算机对现场信号采集一遍，即巡回检测。
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1min的。
确定模拟量输人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。
如西屋公司的WDPF的DAS
系统，对所有模拟量信号的采集周期都是ls。
（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、开关的普通开关量，DASS常以1s周期进行采
集；对重要辅机、热工联锁、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巴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）,DASa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）模拟量和开关量的输出。
在DASK模拟量输出仅用于记录仪表的输出。
例如，DAS1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。
二、巡回检测的内容火电机组的数据采集通常都是通过巡回检测完成的。
（1）正常运行时的巡回检测。
机组在正常运行工况下，计算机对描述生产过程的模拟量和开关量定期采集，并将这些参数与计算机内所存储的给定值进行比较。
如果巡检到某一参数越限或设备工作不正常时，就发出报警信号，以声光、显示、打印等形式通知运行人员。
（2）异常工况下的巡回检测。
当机组处于异常工况时（如机组超负荷、参数越限等），运行设备处于不利状态，必须对机组加强监视。
为此计算机对异常的参数及与此相关的参数进行不定期（或变周
期）的快速巡回检测，对异常参数采用趋势报警措施，并进行记录打印，直到运行人员排除故障，生产过程恢复正常为止。
（3）启停过程的巡回检测。
机组在启停过程中，大多数参数往往处于变化状态。
某些监视点的参数（如汽机差胀、振动、锅炉汽压、汽温、水位等）对机组升温、升压、升速、升负荷都具有重要的意义。
在启停过程中对许多辅助设备的状态监视（如水泵、风机、油泵等是否正常运行）也是很重要的。
为此，在启停过程中对安全启停有重要意义的参数及设备状态，必须进行快速巡回检测。
其中，模拟量信号经适当数据处理后，与存在机内的随启停工况进展而实时给出的控制限值进行比较，判断是否越限；而对开关量信号则应与上一巡测周期的相应信号进行比较，判断设备是否误动作或确定操作成功与否。
（4）事故工况下的巡回检测。
当机组发生事故时，为防止事故扩大并帮助运行人员进行及时、正确的处理，以及为便于事后对事故进行分析，计算机应对与事故有关的重要监控参数进行定期巡测，并将测量值存储于计算机内。
当事故发生后，打印记录设备就将事故发生前及事故发生后一段时间内的参数值追忆打印出来，便于运行人员根据事故情况及时作出分析处理。
三、巡回检测的控制指标对于单元机组安全运行的监督可分为上限监督、下限监督、上下限监督、差值监督和速度变动率监督等。
上限监督如汽机转速不能超过3300r/min;下限监督如汽机真空不能低于规定值；上下限监督如锅炉的汽压、汽温不能超过或低于允许值；差值监督如加热器端差、烟道左右烟温偏差等；速率监督如汽机升速率、升负荷率、升温率等。
9．1．2．数据处理大型机组的检测点达几千个，不同类型的参数由巡回检测装置采集到计算机后，必须经过一定的加工处理，才能提交显示、打印等使用。
首先必须判断参数的可信度。
只有确认了所采集的参数是正确可信的，计算机才进行下一步工作。
其次，被采集的参数有着不同的数值量纲（单位），当输入计算机时均采用统一的标准电压信号，再经模拟量输人通道（A/D转换）变为二进制数码。
怎样使经计算机采集并处理后所显示的数据能还原为与现场实际参数具有相同的数值与量纲的形式呢?
这就要靠标度转换来实现另外对于一些测量元件，如热电偶、热电阻等，具有非线性特性，在使用时必须进行非线性修正。
有些参数（如流量、水位等）则必须进行参数补偿修正。
而对一些波动剧烈的参数则要进行平滑处理。
一、一次参数的正确性判断采用计算机巡回检测首先必须判断采集的参数是否正确可信。
若计算机判定某输入信号有误，即自行剔除不予输入；当两次判断该输入信号均有错误时，应予以报警；对具有上下限值的参数必须在判断正确性后，再进行上下限比较。
检查一次参数是否正确可信的方法有以下几种。
（1）相关参数校核。
机组的各参数之间有程度不同的相关性，如发电机周波与汽机转速；汽机真空与排汽温度；汽机监视段压力与发电机功率等，利用这些相关量互相校核。
（2）重复性校核。
对于一些重要参数，为了确保其输入信号的正确性，可在同一测点安装三套同样的测量装置，采用三取二信号。
例如汽包水位等。
（3）两次采样比较校核。
由于机组的热工参数具有热惯性，同一参数在前后两次巡测周期中，采样信号的变化不可能很大，如采样得到的参数差值超过可能允许的变化值，则可认为该点测得的参数值不可信。
一次参数的正确性判断方法很多，这里不一一列举。
二、参数的精确性处理
（1）热电偶的冷端温度补偿。
热电偶冷端温度补偿的方法有：
冷端补偿器、冷端恒温器、采用嵌装热电偶及计算机补偿等。
所谓计算机补偿是指对于成组的热电偶，把它们的冷端接至同一公用端子箱内，而冷端温度由一个专用的冷端补偿用热电偶测量，其信号送入计算机，计算机根据测得的冷端温度对这组热电偶进行数字补偿。
（2）热电偶的非线性修正。
热电偶的毫伏一温度特性是非线性的，可采用分段线性逼近的方法作数学处理。
对于铜热电阻，其电阻与温度的关系基本上是线性的，只要适当选择桥路参数，便可使非线性误差小于允许范围。
对铂热电阻，电阻值与温度的关系是非线性的，计算机根据其非线性关系式进行数字处理。
（3）随机误差校正。
当计算机进行离散测量时，由于各种原因，可能存在随机误差，可利用计算机的快速采样和运算能力对同一
参数连续多次采样，然后进行平滑处理，如取算术平均值、均
方根值、取中位值、几何平均值等，以提高离散测量的精度。
（4）参数补偿修正。
在流量、汽包水位的测量中，当被测介质的温度、压力与设计值不符时，会产生测量误差。
为此应按照被测介质的实际温度、压力参数对采集到的流量、水位信号进行修正。
（5）测量系统误差修正。
计算机的信号输入过程，是由许多环节组成的，从一次元件经变送器、放大器至模数转换器输入计算机。
其中每一环节都可能存在误差，这一系列误差形成了系统误差。
必要时可通过试验得到校正曲线，在计算过程中予以补偿。
（6）平滑处理（数字滤波）。
热工参数一般变化较慢、频率低，但其测量信号中常常混入频率较高的干扰成分。
计算机可按数字滤波公式对测量信号进行数字滤波，去掉其中的高频干扰成分。
三、标度变换标度变换就是将经计算机处理后的数码转换成运行人员所熟悉的参数指示值。
计算机通过每个参数的标度变换公式计算完成该参数的标度变换，参数经标度变换后可进行上下限比较、越限报警、显示、打印等。
四、更新数据库每个信号的名称、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，经过正确性判断、精确性处理、标度变换等一系列处理后，就更新数据库。
9．1．3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。
屏幕显示系统是计算机的一种外部设备，它能将计算机的输出信息用图形或字符（文字和数字）的方式在CRT或LCD屏幕上显示出来，使输出的信息直观又形象，同时又有效地压缩了运行操
作台的尺寸。
屏幕显示系统带有专门的键盘，可作为人机联系的工具。
运行人员可以借助键盘选择所需要的显示内容，并对其进行增加、删除或修改。
DAS的显示功能主要有：
系统模拟图显示、系统参数显示、报警显示、趋势曲线显示、设备状态量显示、历史数据显示和其他一些显示。
所有这些功能在屏幕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，有时称其为画面的底图；前景是画面上周期性变化的部分，如模拟量参数值的变化，阀门图形颜色变化表示其状态的变化，这种周期性变化称为“更新”。
屏幕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；屏幕显示的背景（底图）只有在显示另一幅画面时才被更新。
屏幕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，让人们知道DAS^身在正常地运行。
一、系统模拟图显示系统模拟图有发电机组总系统画面；有发电机组各局部系统的画面,如汽水系统、给水系统、风烟系统、制粉系统、加热器系统、发电机主接线系统等；还有更局部更细的系统图。
这样的系统模拟图,往往有30〜40幅。
系统模拟图简洁形象地展示出发电机组的局部系统，系统中各类设备的状态、阀门或挡板的位置状态以及相应点的主要实时参数都显示在图上的相应的部位。
模拟图的显示使运行人员能对机组各部分的运行情况得到全面的了解和监视。
一幅系统模拟图在显示的过程中，底图是不变的，而现场信号的数值或状态是及时变化的，数值或状态的显示还配以颜色的变化。
如果某个现场模拟信号报警了，系统模拟图上显示的该测点的实际运行数值则变为红色；如果现场信号不报警或恢复正常，实际运行数值用绿色显示；如果现场信号质量坏，显示的数值变为白色，并且闪烁。
对电动机、电动隔绝门、风门挡板等开关量，系统图上显示出表示这些设备的相应的图形符号。
它们在运行过程中的状态是用颜色表示的。
如电动机的图形符号为红色表示投运、绿色表示停运。
有些电动门有开、关、中间（即已开，但未开足），系统图上显示状态时，用红色表示开，绿色表示关，黄色表示中问，白色表示计算机信号出错。
这样的系统模拟图可醒目地显示出：
是否有模拟参数报警，是什么参数报警，现场开关量设备运行状态是否正常等。
系统模拟图上显示的模拟量参数的颜色，开关量设备状态对应的颜
色，在不同的DA防可能有些差别。
二、系统参数显示
系统参数是指接人DAS勺现场模拟量参数和开关量参数。
在DASK可以单独选择某点参数显示，即单点显示，同时也可以选择一组参数同时显示，即成组显示。
（一）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。
（二）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屏幕上显示出来。
一组参数通常有16〜24点。
显示格式有如下两种。
（1）屏幕上每行显示一个模拟量参数或开关量参数。
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）屏幕分为两列，无论是左边还是右边一列，每行显示一个模拟量或开关量参数。
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。
三、报警显示
DAS勺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。
在显示屏上，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WDP的DA时，把现场参数的报警优先级分为四级，每级配一种颜色。
若报警优先级最高的一个现场参数报警，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，则整行内容全部用白色显示等。
（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。
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。
如果报
警超过最大允许行数，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，次要参数的优先级低。
在DAS§行
中，运行值班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报警可以在屏幕上显示，报警优先级低于设定优先级的参数报警不能在屏幕上作报警显示。
如果现场报警较多，可以通过设置允许报警优先级，以保证运行值班员更好地监视重要参数的报警。
设置允许报警优先级仅仅使次要参数报警时不进行报警显示，而系统模拟图显示和系统参数显示中，仍能以颜色表示一个参数是否处于报警状态中，与报警优先级无关。
（4）按系统报警显示。
为了便于监视和操作，一台发电机组的DAS可以根据操作员岗位设置和显示屏的多少分工监视画面，将报警显
示功能按系统划分。
如把现场参数分为机、炉两大系统，可以在大系统中再划分小系统。
每一个现场参数用8位英文字母表示它属于哪个系统。
这8位英文字母叫做该参数的系统归属字（或系统过滤字）。
在DA笼行过程中，运行值班员可以在自己的操作员台上设置允许在本机屏幕上报警显示的系统归属字。
如设置允许报警显示归属字为T,则现场参数中凡是系统归属字第一个字母为T的参数都可以在
该屏幕进行报警显示。
四、趋势曲线显示
趋势曲线显示是DA區示功能的主要内容之一。
在屏幕上用曲线方式显示模拟量参数的变化比数字显示更直观。
如机组启动过程中的升温、升压、升速、升负荷曲线可在屏幕上用不同颜色的连续曲线显示出来，使运行人员一目了然。
趋势曲线显示画面上，一般允许8条
曲线（代表8个现场参数）同时显示，用8种不同的颜色以示区分。
还有两条坐标线：
横向表示时间，纵向表示数值。
现场参数的名称和显示量程也显示在曲线旁边。
（1）时间坐标。
曲线是由点组成的，点由两个坐标确定。
时间坐标表示横向最多允许显示多少坐标点，还表示两点之间的实际时间间
隔。
例如：
WDP的DASI势曲线显示规定时间坐标为60个坐标点（相当于60个刻度），若进行10min趋势曲线显示，则曲线上相邻两点之间的时间间隔为10s，若进行60min趋势曲线显示，则曲线上相邻两点之间的时间间隔为lmin。
（2）数值坐标。
数值坐标表示纵向最多允许显示多少坐标点，还表
示两坐标点之间的实际数值。
例如，数值坐标规定为50个坐标点，
量程为0〜500C的现场参数进行曲线显示时，纵向两个相邻坐标点之间表示10C;量程为520〜570C的现场参数进行曲线显示时，纵向两个相邻坐标点之间表示1C。
在进行趋势曲线显示时，可以对8个现场参数分别设置各自的量程，使趋势曲线的变化更清晰。
进行10min趋势曲线显示而且已经显示了10min，即现场参数的曲线已横跨整个时间坐标。
若继续进行趋势曲线显示，则曲线上最老的点去掉，曲线上其他点都后退一个坐标点。
当前数值显示在曲线的最前面。
所以，进行10min趋势曲线显示超过10min后，屏幕上始终保持最新的10min的趋势曲线。
60min趋势曲线显示亦然。
在趋势曲线显示过程中，如果现场参数的实际运行值超出了设置的量程，则以设置的上限量程（或下限量程）当作该参数的值。
五、历史数据显示历史数据显示在事故分析中非常有用。
历史数据显示也是进行趋势曲线显示，即显示指定时间内现场参数的变化过程。
这个“指定时间”是指已经过去的某段时间。
例如，WDPF的DAS历史数据显示可
以同时指定8个现场参数，可以设置从某一时刻天、时、分、秒开始，可以选择显示1min，或10min、1h、10h、24h作为显示的时间范围。
还可以使趋势曲线前移或后移等。
除了上述显示功能外，还有窗口显示、菜单显示等。
（1）窗口显示。
窗口显示功能能在当前显示的画面上开辟一个局部的图形显示区域。
这种局部的图形显示，即窗口显示，它不破坏当前显示着的主画面。
例如，屏幕正在显示给水系统的画面，运行值班人员还可以在当前显示的这幅画面上再加上一个窗口显示，如这个窗口中显示出给水流量、功率等参数的趋势曲线等。
窗口显示的局部区域的位置可以通过运行操作键盘在屏幕上移动。
显示的窗口移动后，或窗口显示撤消后，主画面上被窗口覆盖的内容自动地恢复显示。
⑵菜单显示。
DAS往往有较多的菜单显示。
如：
系统模拟图菜单，它显示出DAS中全部系统模拟图的名称等；成组显示菜单，它显示出DAS中全部成组画面的名称；还有操作提示菜单，像如何进行历史数据检索的操作提示菜单等。
9．1．4记录
记录提供事后对安全经济运行进行分析的依据，是DAS用于发电机
组安全经济运行的重要功能。
DAS的主要记录功能有：
跳闸打印记
录、事件顺序记录、报警打印记录、硬拷贝打印记录、历史数据记录和历史数据的检索打印等。
DAS的记录有两种。
①用打字机打印记录，如定期打印记录等；②用外存储器（磁盘或磁带）保存，如历史数据记录。
一、定期打印记录定期打印记录即周期性打印记录。
在发电机组正常工况下，用于定时制表、运行交接班制表打印；在启停工况下，可以人工指定某些现场测点，指定时间间隔进行周期性打印记录。
定时制表的作用与运行值班员的抄表记录基本相同。
每逢正点时刻，
DAS按事先规定的格式进行正点制表打印。
人工抄表记录的是抄表时眼睛看到的现场测点值，DAS定时制表虽然也是正点打印，但打印的是现场测点在一个小时内的平均运行值。
运行交接班制表打印是运行交接班时打印出来的有关统计值。
这些统计值可以事先指定，如现场测点的班平均运行值、现场测点的班最大运行值及到达最大运行值的时刻、现场测点的班最小运行值及到达最小运行值的时刻、有关现场测点的班累计值，还有性能计算的班运行结果。
另外，还有月平均、月累计打印记录。
定时打印记录的格式在不同的dasK随设计者的想法、现场的意见不同而不同，选择哪些现场测点进行定期打印记录也有些差别。
二、跳闸打印记录
发电生产过程中，部分重要设备或保护动作，称为“跳闸”，如锅炉跳闸、汽机跳闸、发电机跳闸、给水泵跳闸等。
跳闸发生后，DAS进行跳闸打印记录。
一个跳闸记录，包括跳闸记录的名称、跳闸动作的名称、与这个跳闸动作有关的现场测点的名称和这些现场测点的时间间隔，另外，还包括这些现场测点在跳闸前、后记录多少时间或记录多少次数据。
一个跳闸记录一般只包含一个跳闸动作，也有包含两个甚至多个跳闸动作的。
对有多个跳闸动作的跳闸记录，只要其中一个跳闸动作发生，就触发这个跳闸记录进行打印。
例如：
某DA防，一个跳闸记录最多允许12个跳闸动作；最多允许12个相关的现场测点；记录
测点的时间间隔为10s;跳闸动作发生前、后每个测点
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