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