西门子T3000系统概述.docx

1、西门子T3000系统概述SPPA-T3000 系统概述1 概述电力市场的自由化以及对进一步提高电厂发电效率和降低运行维护费用的要求是当今发电行业的焦点问题。与过去相比，现代化电厂必须达到最高可用率和安全级别、符合排放指标、优化电厂效率以及响应短期调度指令。电力行业日益激烈的竞争迫使电厂既要优化发电能力又要优化业务过程。竞争力正在成为电力行业的核心成功要素。从其全世界范围内超过1500 套控制系统装置所获得的知识积累使西门子公司不仅仅是世界发电市场中最有经验的，而且还是最成功的电力和I&C 系统的供应商。西门子公司从超过一个世纪的电厂运行中所吸取的技术为其客户提供了一个更大的优势：为特定的电厂工

2、艺进行精准设计，针对具体需求提供最理想的电气和I&C 系统。西门子具有客户可以信任及依赖的专门技术。多年来，控制系统供应商一直致力于采用新技术以提高发电能力。为了适应日益增长的实时数据的需求，基于开放性及标准的组件被集成到控制系统中。例如： 现场总线 企业管理层与生产过程间数据交换的开放接口 开放的数据库这些集成的结果，DCS 系统已经发展成非常复杂的、难以维护的结构。而且，多重接口、部件、操作系统以及支持工具的激增导致了对可用率的危害和对报废顾虑的增长。西门子公司采取了一个革新的方案：实时数据自由流动的设想、无需将任何内部接口结合到专用的软件体系结构中。根据此设想，并依靠在发电行业中的优势和

3、经验，西门子公司已经开发了世界上第一个真正的基于组件的控制系统SPPA-T3000。所有设计的组件都使SPPA-T3000 可方便地执行电厂过程的所有功能，包括与第三方接口的集成以及与基于WEB 的应用的无缝接口。SPPA-T3000 不仅满足了传统电厂控制任务的要求，而且提供了能提高发电业务过程的实时数据平台。SPPA-T3000 避免了传统控制系统的弱点，用基于组件方法进行系统的设计，成功地用软件解决方案来替代“强制性适配”部件的组合。SPPA-T3000 的解决方案提供了可根据具体需求进行工程设计的强有力的应用环境。它包括了协调与管理业务过程每个方面的能力，以实现出色的运营。这意味着SP

4、PA-T3000 将提供电厂工程设计、启动及运行，以及管理和维护所需的极具竞争力的优势。1.1 主要设计特性基于组件的设计理念嵌入式组件服务ECS，嵌入了所有过程相关数据到每一个单独组件中。此嵌入式组件方式允许所有数据对操作、设计或诊断作为内在使用。一个统一的系统体系结构简化了系统结构，提供一个面向所有任务的单一用户界面，并且消除了传统控制系统中对子系统以及详细接口的需求。SPPA-T3000 使用XML 和Java 技术，其应用不受任何操作系统或硬件平台兼容性的限制。这改进了任务实现能力(如I&C 支持)和主动性(如电厂优化、过程修改和参数调整)。所有这些功能也可以从任何地点远程使用。传统的

5、控制系统包含附带大量通讯接口的隐藏子系统，必须要对所有这些子系统进行工程设计。映射数据交换和子系统通讯使数据一致性成为一项挑战。额外的处理时间、管理负荷及多重软硬件版本可导致多重故障点和更多的维护工作。SPPA-T3000 消除了这些子系统，其统一的系统体系结构保证了内在数据的连贯性和更少的组件，大大减少了管理工作以及故障点。SPPA-T3000 通过提供完全建立在开放标准上的平台和成熟的软硬组件实现上述要求。平台的独立与开放保证了业务应用的简便集成。它保证基础架构能最好地适应业务的需求。信息从最底层的现场设备直达控制室、办公室或企业层，无需通过不同网关或软件接口。SPPA-T3000 提供一

6、个用于工程设计、组态、调试、运行、诊断和服务的单一用户界面。每个对象都嵌入了所有必要信息和接口。无需授权软件：一个标准浏览器即可浏览整个电厂状态并执行所有自动化任务。视窗风格的下拉菜单、自动弹出的窗口、多重视窗、简便搜寻功能、测点信息和大量其它特性使运行人员和工程师的操作非常直观与简便。不受限制的并发工作流程，提供了执行各种任务的灵活性，直至单一对象级。SPPA-T3000 提供进行工程设计的解决方案。它不仅符合不同功能方面的要求，而且还满足不同视图风格设置要求。简便的系统体系结构允许软硬组件的即插即用。例如，新增操作员站可以无需任何附加软件的安装而被方便地连接。软件组件的模块化减少了维护管理

7、工作。2 系统体系结构2.1 介绍体系结构SPPA-T3000 过程控制系统是以现代电厂需求为基础开发的，具有集成系统体系结构，面向所有自动化任务，从工程设计和调试到运行和诊断。它通过基于对象的设计以及嵌入式组件服务(ECS)实现。相关任一过程对象的所有数据被嵌入到一个高度可用、独立的组件中。与过程对象的任何交互，无论是运行、过程控制、诊断、或者只是查看数据，都由此组件来完成。此方法实现了一个统一的系统体系结构，它简化了系统结构并消除了传统控制系统使用子系统的需求。传统控制系统以客户机/服务器结构为基础，有一个与自动化层的实时链接，在自动化层处理所有自动化功能。不同的功能例如操作与监视、存档、

8、报表、诊断和工程设计在不同的专用PC 机或工作站中执行。它造成了不同的操作系统、软件包和数据库通过复杂中间软件和通讯机制进行所谓集成的现象。现在，新技术实现了最有力和最简单的实现方法嵌入式组件服务(ECS)。传统的人机界面、工程设计系统和诊断系统的分割现象已不复存在。人机界面、工程设计、诊断等等都成为了系统的不同视图。电厂过程控制系统也受到自动化市场中新趋势的影响。政府规章制度和客户的需求变化正在影响发电行业的需求。可通过使用新技术或使之与已有技术相结合的方法来满足这些需求。传统分层结构分为现场级、过程控制级、机组控制级以及企业级来自当今业务过程的功能结构。未来的技术趋势导致了另外一个方向：把

9、DCS 只分成两个级别，即现场级和IT 级。此种简化通过两方面完成：一方面将互联网技术发展到企业级、机组级和过程控制级；另一方面持续发展现场设备的智能化。IT 级的特征是使用标准IT 中间件，以TCP/IP 为通讯媒介，所有应用彼此直接通讯。现场级只包含智能传感器和执行器。越来越多的信息和功能将设置到智能设备中，例如：设备基本数据，执行性的操作功能，短期文档和服务界面。SPPA-T3000 已经在其体系结构中采用了大量新技术，例如嵌入式互联网技术，TCP/IP 通讯和基于组件的设计。新体系结构的优势体现在： 标准IT 技术的使用提供了与公司信息管理一起来开发I&C 结构的可能性 DCS 开发的

10、进程将会适应整体IT 的开发2.2 硬件体系结构主要组件SPPA-T3000 将成熟的实时过程控制器的可靠性与新技术结合在一起来建立一个简单、强大的平台。SPPA-T3000 由如下组件层构成：用户接口人机接口站是过程的窗口，显示工程设计、运行和诊断信息，它是运行WEB浏览器的标准工控计算机。电力服务应用服务器和自动处理器用来处理数据及执行控制算法，具有极高的可用率。网络所有组件间高可用率的内部连接，由采用TCP/IP 协议的标准工业以太网实现。对过程的访问及过程与电力服务器的连接通过PROFIBUS DP。过程接口过程接口通过I/O 模件提供信号处理和指令输出。SPPA-T3000 的用户接

11、口：人机接口站显示所有与设计、运行和诊断有关的信息。人机接口站可以使用任何计算机通过互联网或公司内部局域网用Web 浏览器访问Web 应用，而无需安装应用软件。以Web 为基础的人机接口站允许使用不同硬件，例如标准PC、工作站、笔记本电脑、PDA，以及其它可运行标准浏览器的设备。另外，现有的IT 设备也可用做人机接口。处理数据和控制算法是电力服务的主要任务。另外电力服务还提供存档、组态和工程设计以及报警和诊断服务。所有电力服务的硬件平台是可提供极高可用率的应用服务器和自动处理器。通讯功能由连接不同组件的网络提供。主要通讯由采用TCP/IP 协议的标准以太网实现。连接到过程接口的通讯由PROFI

12、BUS DP 现场总线建立。其它标准例如MODBUS 或者以太网TCP/IP网络即将实现。现场总线PROFIBUS DP 直接连接到自动处理器的运行容器。过程接口通过I/O 模件或智能现场设备进行信号采处理和指令输出。SPPA-T3000 体系结构以提供一个从操作到自动化的集成系统体系结构为特色，使用单一编程语言(Java)。其优势是系统不复杂和模块化软件设计。2.3 软件体系结构在传统的DCS 中，单个、特定的任务通常要使用不同工具、软件或子系统，通过或多或少的复杂的中间件耦合在一起，使不同任务之间达到同步。SPPA-T3000 使用嵌入式组件服务方式(ECS)。每一个过程对象都装载有对象自

13、身所需的所有数据。所有的服务，例如电厂画面、工程设计、报警等都提供来自于这个数据池的视图或者直接管理这些数据。没有中央数据库来存储或编辑数据，因此不会引起性能或容量的瓶颈。整个系统由这些单个对象组成，形成一个组合单元进行数据的无缝集成及交换，以提供由各个单件构成的整体的完整概貌。SPPA-T3000 软件体系结构由于采用Java编程方法，原则上可在不同的硬件平台上分配其组件。典型的SPPA-T3000 配置包括SPPAT3000人机接口、应用服务器和自动处理器。自动化逻辑以按照所需顺序和处理周期所设计的自动化功能而建立，并按实时要求在具备实时运行环境的SPPA-T3000 自动处理器中执行所确

14、定的控制任务。如果对时间精确性无过高要求，自动化逻辑也可以在应用服务器中执行。自动化功能与在应用服务器中运行的其他组件交换信息。任何人机交互操作都通过人机接口站的单一用户界面进行。自动化和电厂画面的设置更改会影响各个中枢对象，并且由其所有其它组件自动继承，从而无需在其它组件中重复修改。另一个重要优点是客户机与所有应用和控制逻辑完全独立。控制策略的任何重新定义或者甚至是自动化逻辑的彻底更改都不会影响客户机软件设置。人机接口站仍然通过网络浏览器访问数据，仅仅接收由各个控制对象提供的逻辑或计算结果。因此，人机接口站可以采用标准PC、笔记本电脑或甚至移动PAD，无需安装任何系统软件。模块化软件设计提供

15、了一个全新的灵活性，它可以： 自由适应用户控制功能要求 可灵活选择软件包和选项的客户化系统扩展 电厂画面、功能图和操作面板的风格灵活设置SPPA-T3000 软件体系结构的主要优势为： 全集成o 任何时间的一致性视图o 唯一的数据管理地点o 集成的I&C，电厂画面、报警、诊断和工程设计o 无子系统，如工程设计、操作与监视或诊断系统o 功能型共享，无子系统界定o 集成汽轮机控制系统 硬件平台无关性o 保障投资 开放性o 通过应用容纳与第三方产品方便地集成o 系统内外的开放XML 界面o 现场设备的灵活集成o 方便灵活的更新与升级o 减少管理工作在自动化行业里，DCS 已经成为了企业软件系统的一个

16、组成部分。SPPA-T3000 体系结构以创新的网络技术为基础，方便地用任何形式在一个广阔的计算平台范围内提供信息，因此可以集成到企业环境中。3 功能与任务3.1 介绍SPPA-T3000 是先进的分散控制系统，提供电厂控制系统的完美功能。灵活和优秀的系统功能性、嵌入式组件服务ECS的体系结构及标准化通讯，所有这些保证了SPPA-T3000 完全满足电厂控制系统的所有需求： 简单可靠的过程控制 面向所有功能的单一用户界面，如操作、工程设计、诊断、维护、服务等 强大、快速、统一的全系统范围的工程设计 提供电厂所有常规控制和运行的大范围的功能块库 所有级别的系统开放性 系统规模和附加功能性可设计

17、与IT 系统的直接连接SPPA-T3000 提供不同的服务以完成电厂DCS 的功能性。所有功能均通过模块化和独立的方法提供。设计独特的格局以达到最好的应用解决方案。一个称为操作平台的单一用户界面提供中央交互点，允许操作员和工程师访问所有信息、运行电厂、执行所需的组态和工程设计任务。只要定义用户角色便可提供不同的视图，工程设计、自动和控制子系统已不复存在。所有视图在视窗中显示，多个视窗可以被安置在一个操作平台中：为不同任务，如运行、工程设计、服务等，提供的功能和视图可以单独客户化设计，但是所有交互通过相同的单一用户界面处理。其优势如下： 所有信息都在指尖 无需在不同用户站或独立操作应用之间切换

18、日常应用程序与SPPA-T3000 可在同一台PC 中使用 不同视图间的轻松导航 根据用户要求进行客户化设计，包括视图风格设置下列章节将详细描述SPPA-T3000 的功能： 控制 运行 工程设计 诊断 通讯3.2 控制现代化的电厂管理和有效的生产管理要求自动化控制手段满足特殊的需求。基本功能，如信号采集、处理和指令输出，是实现高级机组控制的基础，从启停机程控直至电厂整个过程的全自动化运行。SPPA-T3000 控制解决方案的概念完全基于软件，与具体硬件类型无关。系统可用率和性能的要求决定了SPPA-T3000 的硬件选型。软硬组件的规模可配置性使其可灵活适应过程和场地条件的要求，它具备如下重

19、要特性： 即插即用 可组态的软硬件结构 在电厂运行时可扩展软硬组件 可在线替换 客户化的功能性 适用于所有电厂应用类型的统一结构亮点： 所有功能具有灵活的控制水平(从手动模式到100%自动模式) 在PC 硬件中基于对象的体系结构(为高级调试工具而准备) 由于无子系统软件，集中更新便于维护SPPA-T3000 的系统规模可随项目实施阶段配置，使电厂初始投资最小化。SPPA-T3000 服务被分配到相关的电力服务器中。所需的自动处理器的数量和类型主要取决于I/O 信号的数量。电厂的工艺结构可以分配给不同的运行容器。因此，可适应不同的要求，例如： 自主的/自治的系统(如水处理) 中央系统(如机组控制

20、) 多机组控制(如#1 机组、#2 机组、.) 对处理速度更高/更低的要求(设备保护/温度测量)，等等每个代表控制功能软件运行环境的运行容器都可以自治运行，即可以独立启/停和独立设置运行周期。3.2.1 控制功能利用提供的功能，一个辅助设备的开环控制和一个复杂的机组控制可以同样简便地定义。电厂报警机制、复杂的启/停程序和过程管理任务可根据统一的原则解决。一般使用下列基础组件： 硬件代理管理对过程的访问、通过相关输入/输出模件执行信号采集和指令输出，因此可以被认为是为相关硬件的专用软件驱动器。 开环控制任务和闭环控制任务由互连的自动化功能定义 管理代理监视并控制内部系统过程 运行和诊断信息连续向

21、操作员显示 所有信号变化和操作可被存档3.2.2 自动化功能自动化功能包括： 模拟量处理功能 开关量处理功能 信号监控与选择 闭环控制功能 开环控制功能 过程功能作为被专门组态和优化的解决方案应用于工艺过程相关的过程中相应的应用场合，如寿命计算3.2.3 硬件代理与现场具体设备或子层系统的通讯由硬件代理描述。硬件代理可用来连接： PROFIBUS DP 设备 Ethernet TCP/IP 设备3.2.4 管理代理管理代理协调SPPA-T3000 系统的所有软件组件和服务。管理代理可用于： SPPA-T3000 服务 操作系统 服务器模块 网络通讯 现场设备通讯3.2.5 运行容器运行容器负责

22、自动化功能、硬件代理及其相互之间的连接的确定性执行。基于统一组件体系结构，运行容器提供与自动化功能模件相同的接口和特性。3.2.6 电厂扩展电力服务器、用户接口和网络组件可在任何时间进行扩展，并可在运行过程中进行。因此对于SPPA-T3000 来说，可以毫无问题地在一个长时间段内，逐步地安装一个复杂系统，而不会危害系统的运行。3.3 操作SPPA-T3000 操作员界面是一个以用户为中心的过程控制的新奇解决方案。通过成熟的报警性能和诊断信息，使它不仅仅作为一个“过程窗口”。通过高分辨率的过程图表，如电厂画面、报警一览表、动态功能图或诊断视图，图形化地显示实时数据，简化了对实时数据和历史过程数据

23、的审查与分析。提供全面测点信息的测点图有效地支持了信息的搜寻。用户指南和直接导航(实况链接)使所有信息置于指尖。单一的数据来源 多重视图可单独组态的操作员工作站保证了控制室和工作站的优化组态： 显示器数量和组态的灵活性 从一个工作站访问所有电厂数据，仅受制于访问权限 客户化的菜单栏、视窗布置和内容 用户自定义启动视图、视窗组态、收藏夹、筛选器，可存储用户设置和视窗组态并在登录后作为默认设置 所有数据类型的可客户化设定显示方式，如过程数据、诊断、存档数据和报警 客户可自由定义用户角色和授权级别SPPA-T3000 操作平台用户环境提供一个对于组态、运行和诊断的统一用户界面。视窗技术用来浏览细节画

24、面并用于被控设备的控制和运行。操作员可以同时浏览不同的电厂画面，并且在需要更多细节信息时缩放到某个视窗。有下述控制功能： 快速识别电厂特定状态和故障 所有操作员站通过实时链接简便快速访问所有所需信息，包括诊断和硬件 通过内容关联链接和报警指示的不同视图间轻松导航 安全可靠的操作 图表组态直观，修改简便以适应电厂配置的变化 具备用户自定义报警画面的成熟报警管理 实时与历史趋势曲线 报表格式自由组态 内容关联的帮助功能使搜索用户手册变得没有必要。在任何时间点击帮助键直接引导到相关帮助。一旦进入帮助系统，即可使用标准工具，包括搜索、超链接以及帮助导航树。 支持多语言、字体组和文化习俗SPPA-T30

25、00 的主要运行单元部件如下：电厂画面和操作面板电厂画面和操作面板允许操作员监控并处理过程控制变量，以及执行任务，如操作设备、调节环路、响应报警或更改设定值。报警系统报警用来通知操作员在正常或计划的运行中发生的偏差(过程报警)或在I&C 系统中发生的故障(I&C 报警)。报警可以在报警一览表、电厂画面中显示，或者在报表中记录。测点图测点图使操作员可以显示和修改一个测点的全部数据集，包括实时值和报警状态。操作员可以在任何操作员站上通过点击鼠标调出该测点的所有信息。标签搜索标签搜索可让用户查阅与测点相关的信息。可在一个表格中列出具有共同特性、状态条件或者质量的测点集。动态功能图动态功能图包含表示当

26、前信号值的实时数据，例如设备状态或使能条件。通过点击鼠标可以从操作面板导航到相关功能图。趋势画面趋势画面以曲线的形式显示过程数据的历史值或实时值。报表系统报表系统用来从系统存档中提取用户所需要的任何历史信息。报表可以由手动或事件触发。可使用多种不同的报表，如： 状态报表 顺序报表 跳闸报表存档系统整个电厂的所有事件和操作都有效地存储在存档系统中。所有数据都按时间顺序存储在一个中央实时数据库中，包括时间标签、数值和质量状态。3.3.1 操作平台操作平台是SPPA-T3000 系统的中央或最高视图，所有其它视图都可从操作平台中访问。SPPA-T3000 视图迎合了不同用户的不同需求，例如设计人员、

27、操作人员、维护人员等。SPPAT3000操作平台用来显示电厂状态，实施电厂运行的监控功能，以及执行工程设计或诊断任务。视图以视窗的形式在操作平台工作区域中打开。下列视图可在操作平台中打开： 项目视图：此为工程设计的主要视图。在此可见项目的完整结构，以及所有的项目数据。通过项目视图打开图形编辑器，用来组态所有应用软件和逻辑；打开电厂画面，用来运行电厂。在此组态运行容器，用户还可以在系统运行时更改组态。项目管理也在项目视图中完成。 运行模式下的功能图：动态功能图包含表示当前I/O 端口值的实时数据，例如反馈值和使能状态。 趋势：趋势画面以曲线的形式显示过程数据的历史或实时值。 运行模式下的电厂画面

28、：电厂画面以动态对象的形式，在不同的层次呈现电厂。 报表：用来从存档中提取和显示历史过程信息。 诊断视图：显示系统信息并用来分析故障。 电厂画面分层结构图：操作人员用来在电厂画面间导航的结构在此定义。 报警一览表：所有的报警都在报警一览表中显示和组织。 图样编辑器：用来创建和编辑用户自定义的图例和操作面板。利用模式功能，操作平台可以在组态模式和运行模式间切换。在运行模式中监控电厂，在组态模式中对电厂画面、功能图、趋势画面、报表等进行组态设计。客户化操作平台根据视窗风格指南，所有视图以统一的风格呈示用户。符号、颜色、操作机制的一致性保证了快速有效的识别。因此这套系统易学好用。培训时间可以降低到最

29、低。所有这些设置或风格可以根据项目或具体用户调整。所定义的风格和颜色存储在项目容器中。设置文件包括键-值对。每个输入表示一个属性。3.3.2 模式操作平台模式SPPA-T3000 操作平台可以在两个不同模式下运行： 运行模式 组态模式运行模式用于所有实时数据间的交互，例如操作，监视和过程管理。组态模式用于对所有对象组态，例如创建和设计功能图、电厂画面、趋势画面、报表等，以及设置自动化功能的参数。图表和画面可以根据所要求的任务在相应模式中操作。所有对象在组态模式中设计，所有的操作和监视都在运行模式中执行。操作平台的基本布置保持不变，因为基于组件的系统体系结构提供了不同的过程对象和系统组件视图，无

30、需更改适用于所有用户的工具或工作环境。根据所定义的用户角色，可分别选择和操作不同视图。所有视图在视窗中显示，而且多个视窗可以被安排在操作平台中。在组态模式下的功能图示例：在组态模式下的电厂画面示例：在运行模式下的功能图示例：在运行模式下的电厂画面示例：3.3.2.1 运行模式用于运行的操作平台为了提供电厂的完整概貌，所有视图和功能都可以从任何操作员站根据用户访问权限调用。访问权限通过具体电厂区域的用户角色定义。操作员操作平台的在线组态通过下述方式，操作员界面可以根据用户需求或爱好进行在线客户化： 可客户化的菜单栏、视窗布置和内容 用户自定义的启动视图、视窗组态、收藏夹和筛选器 所有类型数据可客

31、户化的视图，例如过程数据、诊断、存档值和报警 可存储已选组态以便下次登录时重新使用。视图间导航已链接的视图间可点击鼠标导航。例如，一个过程值或自动化功能的不同视图间的导航。从一个测点的操作面板，或从一个自动化功能到其所有视图，均有直接链接可直接引导到一个具体电厂状况的所有方面。内容关联的在线帮助功能在某些需要更多详细系统信息情况下提供额外的用户支持。无需任何手动搜寻而提供所有相关信息。异常情况的快速分析由用户指导以及从任何点的实时链接提供支持。例如从电厂画面到相关诊断视图。有时报警源需要调整或者甚至抑制，这可以通过报警一览表或者测点图实现。所有参数可在线更改，例如环路调整。一组附加信息源支持开闭环路的调整：高分辨率实时趋势、带有实时值的功能图、测点图和其它细节图。通过电厂画面和操作面板进