能 源 与 动 力 工 程 学 院
School of Energy & Power Engineering
,计算机分散控制系统,
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数 据 采 集 系 统
第六章
Data Acquisition System
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第一节 计算机数据采集系统发展概况
采用计算机对生产过程进行监视和测量的系统，一般称
为 数据采集系统 (Data Acquisition System 简称 DAS),或称为
计算机安全监视系统、计算机信息处理系统、数据采集监视
和处理系统等。
国外最早应用计算机对生产过程进行监视和测量在 60年代
初期，据统计,1968年时美国在火电厂应用计算机已多达 190
多台，其中 70%左右为纯粹的 DAS系统,30%左右除 DAS系统
以外，少部分具有的运行控制功能。
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我国最早从 60年代中期开始对计算机在电厂中的应用进
行了试点。
,七五”期间设计和建设的 200MW,300MW,
500MW共 90台机组、均推广应用了数据采集系统。与此同时，
某些更新改造的 200MW及以上机组，有 9台机组已加装数据
采集系统。上述数据采集系统系统中，国产系统有 78套，占
总数的 79%。
,八五”以后，成套进口机组基本上都随主机进口了
DCS,国内设计的 300MW及以上的机组也都逐步采用引进或
中外合作生产的 DCS,数据采集系统作为 DCS不可缺少的一
个重要的子系统。
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早期的 DAS受当时硬件和软件水平的限制，其功能比较
简单，人机联系手段（数码管和扳键）也比较落后，这些系
统往往采用机器语言或汇编语言编程，完成简单的数据采集、
报警、计算和显示功能。实际上只能起到巡回检测的作用。
高性能小型计算机的出现以及外部设备的发展,DAS系
统的功能得到进一步的完善，除完成上述各项功能外，还能
进行比较复杂的运算和数据处理。随着大容量存贮器、打印
机、屏幕显示器的发展，人机联系方式和手段发生了根本性
的变革。这时的 DAS系统已经成为具有一定的综合信息处理
能力、能够有选择地为运行人员提供信息的、以 CRT显示装
置为中心的信息系统。
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随着微处理机的出现及其技术的不断发展，对 DAS系统
产生了巨大的影响。今天的高档微处理机在各方面都已超过
了过去的小型机。因此，以微处理机构成的 DAS系统越来越
多。
随着计算机网络技术的发展,DAS系统的结构正由过去
的集中式结构转向分布式结构，尤其是进入 80年代以后 DCS
迅速发展,DAS作为 DCS中的一个子系统，在可靠性、可扩
性、灵活性和经济性等方面具有更多优点。
随着开放式计算机系统的进一步开发与应用，大屏幕显
示器的逐步推广，现场总线、智能变送器、过程智能 I/O网络
的发展,DAS无疑将随 DCS一起，跨上更高一个台阶。
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第二节 计算机数据采集系统的基本结构
计算机数据采集系统，可采用小型机、单台微型机、
或多台微型机构成。
在此，分别讨论这三种系统的结构及特点。
一, 小型计算机数据采集系统
以小型计算机构成的典型数据采集系统如图所示。
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内
存
CPU
I/O
处理器
CRT和键盘
打印机
CRT和功能键盘
打印机
运行人员操作台
工程师 /程序员操作台
外存
I/O总线 内存总线
被
控
对
象
模拟量 I/O
开关量 I/O
脉冲量输入
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1,系统与外部或外设交换的信息可以由 I/O处理机进行处理,
加快了 I/O处理速度, 提高了外设与主机之间工作的并行
程度 。
系统特点,
4,小型计算机一般配有比较完善的指令系统, 而且能够支持
多种高级语言, 具有更加完善的操作系统和应用软件 。
2,小型计算机具有较高的运算速度和处理能力，可以进行大
量的、复杂的运算和数据处理，因此，规模比较大和运算
比较复杂的 DAS可以采用小型机构成系统。
3,小型计算机具有比较强的外部设备驱动能力，可以满足各
种不同层次的数据处理要求。
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二, 微型计算机数据采集系统
以微型计算机构成的数据采集系统如图所示。
ROM
Monitor
CRT和键盘
打印机
RAM
CPU
被
控
对
象
模拟量 I/O
开关量 I/O
脉冲量输入
总
线 外
设
接
口
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系统特点,
1,结构简单, 易于实现, 能满足中, 小规模 DAS的要求；
2,微机比小型机对环境的要求较低, 能在较恶劣环境下
工作；
3,微机价格低廉, 可降低 DAS的投资, 较小的系统也可采
用；
4,采用微机的 DAS可作为分布式 DAS的基础, 进一步扩充 。
5,微机的应用基础好, 各种 I/O模板及应用软件都比较齐
全, 便于使用, 便于维修 。
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三, 分布式数据采集系统
分布式数据采集系统的结构如图所示。
Monitor
CRT和专用键盘
打印机
Monitor
CRT和键盘
打印机
被
控
对
象
数据采集站
数据采集站
数据采集站
工
程
师
站
操
作
员
站
系统由若干个“站”和通讯网络组成。
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系统特点,
1,系统的适应能力强
2,系统的可靠性高
3,系统的实用响应性好
4,对系统硬件的要求比较低
第三节 计算机 DAS的基本功能
一, 数据采集功能
1,按规定的扫描周期, 连续地采集全部模拟量 。 扫描周
期视模拟量参数重要性及变化速度而定 。
2,在规定的时间 （ 1秒种 ） 内, 对全部的开关量进行一遍
采集更新 。
3,对重要开关量的变态, 进行事件顺序记录, 在采集过
程中区分先后秩序；
4,具有脉冲量采集功能, 应用软件按一定周期读入计数
值 。
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二, 输入信号预处理功能
1,对所有模拟量输入信息, 通过极值, 变化率, 相关比较
等办法作正确性判断和误差检查, 包括对变送器信号故
障的检查和处理, 对不正确的或误差超限的信号进行自
动显示报警 。
2,对波动较大的模拟信号进行数字滤波, 以消除噪声 （ 如
汽包水位等 ） 。
3,对热电偶, 差压流量等非线性模拟量输入信号进行线性
化处理 。
4,具有热电偶冷端温度补偿和开路检查功能 。
5,实现信号的工程单位变换, 包括：标度变换, 标准校正,
漂移测试, 增益优化, 偏移校正等 。
6,对开关量输出信号进行有效性检查 。
7,对脉冲量信号进行累积, 并具有自清零和溢出指示 。
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三, 报警功能
1,具有报警优先级
CRT报警功能允许每个模拟量及触点报警条件中有一个
特定的优先级, 操作员可以方便地辨别所选定的优先级,
工程师站可以识别各类的报警优先级, 并能够改变优先级
的测点指定 。
2,模拟量报警功能
(6) 报警死区,
(7) 报警方式,
(8) 自动推出相关画面,
(9) 闭锁和时间累积,
(1) 固定极限值检查及越线报警,
(2) 可变限值报警,
(3) 极限值报警,
(4) 报警返回,
(5) 报警切除,
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五, 事故顺序记录功能
当反映机组故障, 事故或重要保护开关动作等事件的
中断型开关量输入动作时, 起动事件顺序打印记录 。
一般分辨率为 1～ 5ms,有的可做到小于 1ms。
一台 300MW机组的事件顺序记录容量一般为 128点左右 。
每个顺序事件均以小时, 分, 秒, 毫秒打印出发生变
化的时间 。
事件顺序记录可以自动贮存在存储器中, 并能根据命
令进行打印 。
四, 开关量变态处理功能
开关量输入信号主要来自各种开关量变送器，例如温
度、压力、液位、流量、差压开关以及反映辅机工作状态
的继电器接点。开关量的处理主要是监测开关量的状态变
化。
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六, CTR显示功能
每个 CRT均可将全部过程变量的实时数据和运行设备的
状态，以适合于运行人员监视的方式显示出来，屏幕上显
示的内容统称为画面。
1,画面种类有,
(1)模拟图 (2) 棒形图；
(3) 历史曲线图 (4) 起停曲线图；
(5) 相关趋势图 (6) 成组显示图；
(7) 一览表 (8) 自定义组显示；
(9) 目录检索画面
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2,画面的基本要求,
(1) 每幅画面可显示过程变量的实时数据和设备运行
状态, 每秒更新一次 。
(2) 各显示参数与状态用不同颜色区别正常 /越限 /运转
/停止 /开 /关等工况 。
(3) 不同参数的曲线, 不同设备, 不同系统连接均以不
同的颜色区分 。
(4) 提供画面窗口显示, 滚动画面显示和图象缩放显示
等功能 。
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4.拷贝, CRT上显示的画面, 包括模拟图, 曲线以及各种
表格, 参数等, 均可通过运行人员请求进行拷
贝 。
七, 打印制表与拷贝功能
1.定时制表,包括 值报表、日报表等
2.随机打印,
包括 (1) 报警打印 (2) 开关量变态打印
(3) 事件顺序记录 (4) 系统修改记录
3.请求打印,
包括 (1) 成组参数打印 (2) 事故追忆打印
(3) 交接班记录打印 (4) 历史数据打印
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1,点参数的显示, 打印, 输出, 以及时间的显示与设臵 。
2,报警值的确认
3,主要辅机设备的运行状况信息
4,模拟量的预测趋势显示
5,机组启停操作指导
6,机组最佳运行操作指导
7,预防或处理事件操作指导
八, 操作请求与操作指导功能
1,系统可保存若干个重要模拟量的最近发生数据, 可以
长期保存事件顺序记录参数, 在必要时, 通过运行人
员进行请求事故追忆 。
2,事故追忆打印, 可完成事故前 5分钟和事故后 5分钟内
对指定参数变化值的打印 。
九,事故追忆功能
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由过程通道直接检测到的参数称为 一次参数, 而把一次
参数进行某种数学运算而获得的参数称为二次参数 。
十, 二次参数计算功能
1,二次参数的计算内容 包括,
(1) 累积计算； (2) 差值计算； (3) 变化率计算
(4) 补偿计算； (5) 其它合成计算
2,计算要求,
(1) 对于合成值的计算, 输入点应在一个扫描周期内,
且应采取尽量相靠近的采入点 。
(2) 若合成值的某一个源输入退出扫描, 则此合成点要
臵成无值并发出报警, 此时可使用一个代替值或人
工输入值使处理继续进行, 代用值在求最大, 最小
或平均值场合也可以用保留值 。
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十一, 性能计算和经济分析功能
系统可以提供在线性能计算的能力，计算机组以及辅
机的各种效率和性能值，如：热耗、汽耗、煤耗、厂用电、
热效率等，给运行人员和管理人员提供操作和运行管理信
息。
包括, 运行员, 工程师, 程序员等操作功能
十二, 人机联系功能
1,运行员操作功能
运行员可通过操作台上的键盘和 CRT与 DAS对话, 选择
所需要的画面, 或者请求打印某些参数 。 还可设定系统
的运行方式, 关闭或开放某些测点, 设定打印点和打印
时间, 等等 。
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2,工程师操作功能
工程师利用 DAS系统所配臵的终端和键盘, 可完成系统生
成, 参数设定和修改, 表格设定和修改以及各种文件的查
阅和修改等 。 还可设定各测点的报警值, 标度变换系数,
各种曲线的基值和比例尺, 选择自动推出的画面, 修改或
建立各种画面等等 。
3,程序员操作功能
程序员通过终端设备来管理 DAS系统的软件 。 管理工作包
括：软件的开发, 调试, 装入, 启动, 挂起, 撤消等等 。
还可观察软件系统的运行情况, 获取系统和用户程序的动
态参数 。
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第四节 应用实例
一,INFL-90数据采集系统
某工程 2× 300MW燃煤机组采用 INF1-90分散控制系统作
为主要监控系统，系统包括 DAS,CCS,BMS,SCS四个子系统，
下面就 DAS子系统的相关配臵和主要实施功能进行介绍。
(一 )主要人机接口设备
1,INF1-90操作员工作站 (DEC工作站 )2套。
2,INF1-90操作员接口工作站 (VAX工作站 )3套
3,84M字节盒式磁带驱动器 1个。
4,打印机服务器 1台、黑白打印机 4台、彩色打印机 1台。
5,记录站 1套
6,工程师站 1套。
7,值长站 1套。
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DAS子系统由 4个现场控制单元组成,
PCU#12,由 1个模件柜, 1个继电器柜和 2个端子柜组成, 采用
了 3个 MFP02多功能处理器和 3个 AMM03模拟量主模件,
其中 AMM03为冗余配臵, 完成模拟量, 开关量和脉冲
量的采集与处理 。
PCU#13,由 1个模件柜, 1个继电器柜和 2个端子柜组成, 采用
了 3个 MFP02多功能处理器和 4个 AMM03模拟量主模件,
其中 AMM03为冗余配臵, 完成模拟量和开关量的采集
与处理 。
PCU#14,由一个模件柜和两个端子柜组成 。 采用了 3个 MFP03
多功能处理器, 主要用以完成机组性能计算功能 。
PCU#15,由一个模件柜和两个端子柜组成 。 采用了 1个 MFP02
多功能处理器, 主要用以连接 SOE记录仪 。
(二 )DAS子系统主要设备
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ASI02卡 25个，完成 375点模拟量输入 (14～ 20mA)；
DSI02卡 28个，完成 392点数字量输入；
DSO04卡 1个，完成 16点数字量输出；
DSM04卡 3个，完成 24点脉冲量输入；
ASM02卡 18个，完成 144点热电偶信号输入；
ASM03卡 28个，完成 224点热电阻信号输入。
共计,
103个卡件,1159点输入,16点数字量输出。
DAS子系统过程 I/O配臵如下,
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(三 )DAS基本功能实施情况
系统的人机对话显示原则采用的是金字塔结构，顶层
是机组级概貌显示图 ?区域图显示 ? 过程处理显示图 ? 控
制回路图以及更低层的各类画面（包括：启停顺序显示图、
变送器选择图、趋势图、棒形图、设备状态图和联锁显示
图等）。
除以上所述分层显示以外，尚有一些特殊显示画面，
如目录显示、硬件状态显示、报警一览显示等。
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每台机组均设臵一个值长站, 供值长对整套机组的运行
情况进行监视 。 通过值长站, 值长可调看所有显示画面, 但
不能对画面进行操作 。
2,性能计算
性能计算项目主要有：锅炉效率 (采用输入输出法或采用
热损失法计算 )、汽机效率 (采用焓降法计算 )、汽轮发电机组
循环热效率 (采用输入输出法计算 )、空预器效率、给水加热
器性能、凝汽器性能，机组净热效率。
3,事故顺序记录
本工程事故顺序记录容量为 160点，分辨率为 1ms。
4,值长站
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二,300MW机组数据输入输出的分类及其分类统计
根据数据种类的不同，采集系统的输入大体上分模拟输
入、开关量输入、脉冲量输入等，采集系统的输出大体上分
模拟量输出和开关量输出。
1,机组起停, 运行及事故处理中需要监视和记录的参数；
2,实时制表所需要的参数；
3,二次参数计算, 参数修正或补偿所需要的相关参数；
4,主要性能计算和经济分析所需要的参数；
5,重要的风门, 档扳开度及油动机行程等参数；
6,主要电气参数 。
(一 ) 模拟量（ 生产过程中连续变化的参量 ）输入
根据模拟量信号种类来分，大致上有热电阻信号、热电
偶信号、传感器和变送器输出信号等几种类型。具体来说，
包括以下参数,
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除就地设备取来的信号外, DCS的其它子系统的参数,
可通过网络或接口传入 DAS,以便对全厂运行情况进行监视 。
测 量 参 数 采样周期 ( 秒 )
汽机转速、凝汽器真空、炉膛负压、汽包水位 ≤ 1
压力、风压、负压、真空、主蒸温度、电气参量 ≤ 5
液位 ≤ 10
温度 ≤ 30
模拟量输入参数的采样周期一般不得低于下表所示标准,
用来记录被监视和控制点的状态 。 即用, 1” 和, 0” 信
号来表示, 有, 和, 无,,, 投, 和, 切,,, 开, 或, 关,
等相互对立的状态 。
(二 ) 开关量（ 反映状态变化的数字量） 输入
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开关量可分为以下几类,
1,反映各种阀门, 挡板, 执行器开关状态的接点；
2,反映主机和主要辅机运行状态的接点；
3,主要保护动作输出及重要参数越限报警接点；
4,反映各系统及设备电源监视的接点；
5,反映操作状态的接点；
6,反映连锁, 保护及自动装臵切换状态的接点；
7,发电机 — 变速器组断路器和隔离开关状态接点；
8,高, 低压厂用变压器断路器状态接点 。
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中断型开关量的变化应引起某些画面的自动推出并参
与事故顺序记录，事故顺序记录的分辨率要求很高，因此，
中断型开关量的处理要重要和复杂得多。
从重要性上来看,
一般型：反映的是一般的状态变化或报
警状态变化
中断型：反映的是引起机组跳闸的主要
保护状态,
开关量输入有,
(三 )脉冲量输入
DAS有适当数量的脉冲量输入接口，用于输入电量及
汽机转速、电 泵 转速等脉冲量变送器信号。
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模拟量输出接口, 主要用于模拟趋势记录仪 。
开关量输出接口, 主要供数据采集系统故障报警用 。
(四 )模拟量输出和开关量输出
(五 )300MW机组输入输出点数
300MW机组 DAS的输入 /输出规模可参见下表,
序号 通道类别 点 数 序号 通道类别 点 数
3 脉冲量输入 16
1
模拟量输入
其中, 高电平输入
低电平输入
600
200 ~ 30 0
300 ~ 40 0
4 模拟量输入 12
2
开关量输入
其中, 一般型开入
中断型开入
700
572 ~ 63 6
64~ 1 28
5 开关量输出 16
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三、主要测点及其分布
300MW机组 DAS系统测点多、分布广，几乎包容了机
组及各工艺系统的全部主要参数和主要设备状态。一般，
下列主要工艺系统的参数应纳入 DAS系统。
(一 )空气系统
主要模拟量输入有：送风机出口风压力、空气预热器后风压
力、二次风总风压力、一次风机出口压
力、一次风总风压力、送风机入口风温
度、暖风器出口风温度、空气预热器出
口风温度、送风总风量、一次风总风量。
主要开关量输入有：送风机润滑油压力、轴流式送风机喘振
差压、送风机及相关档板状态、一次风
量及相关挡板状态。
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主要模拟量输入有：炉膛压力或负压, 空气预热器后烟气
压力, 除尘器后烟气压力, 空气预热
后烟气温度, 烟道各段烟气温度, 烟
气含氧量, 炉膛温度 。
主要开关量输入有：炉膛压力或负压, 引风机润滑油压 (或
流量 ),炉膛火焰监视, 火焰检测器冷
却空气压力, 引风机及相关档板状态,
空气预热器及相关挡板状态 。
(二 ) 烟气系统
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主要模拟量输入有：磨煤机入口风压力、中速磨出口风压
力、粗粉分离器后风压力、排粉机入
口风压力、磨煤机进出口风压差、锅
炉供回油压力、磨煤机入口风温度、
磨煤机出口风粉混合物温度、排粉机
进口风粉温度、煤粉仓煤粉温度、锅
炉燃油温度、燃油流量 (进回油 )、给
煤量。
主要开关量输入有：磨煤机及相关档板状态、排粉机及相
关档板状态、燃油雾化蒸汽压力、中
速磨密封风差压、中速磨氮气压力、
磨煤机润滑油压力、煤粉仓粉位。
(三 ) 燃油 /制粉系统
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主要模拟量输入有：凝结水泵出口水压力, 凝结水升压泵
出口水压力, 凝汽器出口凝结水温
度, 各低压加热器出口水温度, 除
氧器水箱水温度, 凝汽器热水井水
位, 除氧器水箱水位, 凝结水流量,
凝结水补给水流量, 除氧器给水含
氧量, 凝结水导电度 。
主要开关量输入有：凝结水处理装臵前后差压, 高压加热
器水位, 低压加热器水位, 主要工
艺阀门状态和凝结水泵, 凝结水升
压泵状态 。
（四） 凝结水系统
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主要模拟量输入有：汽包饱和蒸汽压力, 过热器出口蒸汽压
力, 汽轮机第一级压力, 汽轮机主汽门
后蒸汽压力, 各段抽汽压力, 汽轮机高
压缸排汽压力 （ 冷再热汽 ）, 再热器出
口蒸汽压力, 汽轮机中压缸进汽压力,
汽轮机排汽真空, 高低压轴封汽压力,
给水泵汽轮机高压进汽压力, 给水泵汽
轮机低压进汽压力, 给水泵汽轮机汽封
汽压力, 除氧器汽源压力, 除氧器压力,
汽轮机高低压旁路减压器后蒸汽压力,
给水母管水压力, 给水泵汽轮机润滑油
母管油压力, 给水泵汽轮机调速油压力,
过热器减温器入口汽温度, 过热器减温
器出口汽温度,
(五 ) 蒸汽 (主蒸汽、抽汽、辅助蒸汽 ) 系统
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过热器出口汽温度, 汽轮机主汽门
前汽温度, 汽轮机高压缸排汽温度,
再热器减温器前温度, 再热器减温
器后温度, 再热器至中压缸进汽温
度, 汽轮机调节级温度, 各段抽汽
温度, 各段抽汽管上下汽温度, 高
压缸排汽管上下汽温度, 汽轮机排
汽温度, 汽轮机轴封蒸汽温度, 给
水泵汽轮机进汽温度, 给水泵汽轮
机排汽温度, 汽轮机高低压旁路减
温器后蒸汽温度, 给水泵汽轮机转
速, 给水泵汽轮机油冷却器进出口
油温度, 给水泵汽轮机轴向位移 。
主要开关量输入有：蒸汽系统各主要管路的阀门状态 。
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2013-3-2 39
（六） 给水系统
主要模拟量输入有：给水泵出口水压力、至锅炉给水压力、
再热减温器减温水压力、过热减温器
减温水压力、电动给水泵润滑油压力、
各高压加热器出口水温度、直流炉中
间点温度、电动给水泵润滑油温度、
给水泵入口流量、再热减温器减温水
流量、过热减温器减温水流量、给水
流量、汽包水位、直流炉汽水分离器
水位、电动变速给水泵转速。
主要开关量输入有：给水前臵泵入口滤网压差、给水泵入
口滤网压差、给水泵滤油器压差、给
水管路主要工艺阀门状态和给水泵、
给水前臵泵状态。
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（七） 循环冷却水系统
主要模拟量输入有：凝汽器入口或出口循环水压力、循环水
泵出口水压力、循环水母管水压力、凝
汽器入口循环水温度、凝汽器出口循环
水温度。
主要模拟量输入有：汽轮机润滑油压力, 汽轮机调速油压力,
汽轮机支撑轴承温度, 汽轮机推力轴承
温度, 汽轮机转速, 汽轮机差胀, 汽轮
机汽缸膨胀, 汽轮机转子轴向位移, 汽
轮发电机组轴承振动, 汽轮机润滑油温
度 。
主要开关量输入有：润滑油滤网压差, 主油箱油位 。
（八） 汽轮机本体系统
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（九） 发电机氢油水系统
主要模拟量输入有：发电机氢气压力、空气侧密封油压力、
氢气侧密封油压力、水冷发电机冷却水
压力、氢气侧密封油回油温度、空气侧
密封油回油温度、密封油进油温度、发
电机进出口氢气或空气温度、定转子冷
却水流量。
主要开关量输入有：水冷发电机断水。
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2013-3-2 42
以上列出了应该进入 DAS的主要测点，除此之外，以下
测点若未考虑进入巡回检测装置，亦可考虑进入 DAS。
1．主厂房内汽水分析站的主要测点；
2．各主要辅机（如送、引风机，一次风机、磨煤机等）
的轴承温度。
3．过热器、再热器管壁温度、汽包壁温度等。
4．发电机定子线圈和铁芯温度等。
已进入 DEH系统的测点，可通过串行通讯方式进入 DAS
系统，这些测点主要包括,
(1) 汽轮机有关温度测点 。
(2) 油系统有关参数 。
(3) 发电机系统有关参数 。
(4) 报警用开关量信号 。
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采入的数据只有在完成前置处理功能 （ 如标度变换, 有
效性检验, 线性化和数字滤波等 ） 后, 方可进入存贮器或数
据库中, 下面就前置处理的实用方法进行简要介绍 。
四．输入数据的前置处理
1,标度变换
数据采集时, 进入模数转换器 （ A/D） 的模拟信号都为统
一电平的信号 。 例如,
某一测点为蒸汽压力，设 20MPa时压力变送器输出为 20mA，
进入 A/D前为 5V。 另一测点为蒸汽温度，设 600℃ 时温度变送
器输出为 20mA,进入 A/D前为 5V。 则两者经 A/D变换后得到同
一的数字量，但两者所代表的原有量值截然不同。
经 A/D变换所得的数字量，再由计算机进行计算，即 乘以
给定的相应系数把它们恢复到原有的量值 。这就是标度变换。
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2,采入数据有效性检验
是为判断采入的数据是否有明显的差错。一般有下述几
种判断方法。
(1) 对于变化较慢的参数，可用同一参数前一周期和后一周
期的变化量来判断。如果前后周期内的变化量超过一定
范围，则该数据是不可信的。
(2) 利用相关参数的变化率互相校核。有些不同的参数之间
存在着程度不同的相关性。因此，可利用相关性较强的
参数来互相校核。
(3) 对于一些较重要的参数，可以用两个测点或在同一测点
处安装两台同样的变送器，用它们之间的差值进行校核。
当差值超过一定数值时，采入的数据是不可信。
(4) 限值判断。各种输入数据，当超过其可能最大的变化范
围时，该数据是不可信的。
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2013-3-2 45
3,线性化处理
大多数变送器的输出电信号与被测参数之间呈非线性关
系。为了提高测量的精度，需要采取线性化措施。
例如：热电偶输出电压与被测温度之间的关系总是非线性
的。为了提高精度，通常将非线性函数进行分段线
性化的拟合处理。
以 EU型热电偶（ 0～ 1100℃) 为例,用 n段直线来逼近,
则其线性化近似计算式可表示为,
Vaa iii,1,0 ??? )~1( ni ?
式中,— 被测温度 ; — 线性化系数 ; V— 热电偶毫伏值
i? ii aa,1,0 和
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若用 7段直线来拟合其特性曲线，经计算其精度可达到要
求的数值（误差不超过 0.5℃) 。下表列出了各段温度范围及
线性化系数值
温度范围
0~
100 ℃
100~
280 ℃
280~
480 ℃
480~
740 ℃
740~
880 ℃
880~
1 0 1 0 ℃
1 0 1 0 ~
1 1 0 0 ℃
a 0,i 0, 4 6 9 1 0 -1, 9 5 5 7 0 1 0, 0 4 5 8 1 3, 6 9 6 6 -1 1, 8 0 0 5 -4 4, 9 2 0 8 -7 7, 6 8 2 1
a 1,i 2 4, 3 7 7 6 2 4, 8 1 5 7 2 3, 7 6 3 6 2 3, 5 4 3 5 2 4, 3 7 4 7 2 5, 2 8 2 6 2 6, 0 7 3 4
注：分段数应由分段误差能满足测量或性能计算对精度的
要求来决定 。
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生产过程中, 有些随机干扰的噪声频率是很低的, 用阻
容元件的滤波器即使时间常数为秒级也不能把它们消除, 若
加大滤波时间常数, 不但增加滞后时间, 同时也增加滤波器
的体积和重量,
有效的方法是采用数字滤波器, 即利用计算机由一定的
计算方法用程序来实现, 以减少噪声在信号中的比重, 常用
的简单滤波方法有下面几种,
4．数字滤波
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(1)算术平均法,
对被测对象进行多次测量，然后取其平均值作为测量
值．其算式为,
?
?
? n
i
iXNY
1
1
式中,— 被测量的算术平均值；
— 第 i次测量值；
N— 测量总次数 。
Y
iX
测量次数太少时，滤波效果不显蓍。但测量次数多时，
所需的时间就长，且不能保证在一个采样周期中生产过程
一直保持不变。
(２ )加权平均法,
对本次测量值和前ｋ次测量值进行加权平均，得到的值
作为本次测量的有效值．即,
式中,— 第 n次的加权平均值；
— 第 n-i次的测量值；
— 权因子,其值应满足,
1;10
0
?
??
?
?
k
i
i
i
a
a
in
k
i
in XaY ?
?
??
0
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（ 3） 系数滤波法,
由上一次测量的滤波值与本次测量值进行加权平均，得
到本次测量的滤波值．即,
1)1( ???? nnn YXY ??
式中,Yn,Yn-1 — 分别为第 n 次和第 n-1次的测量滤波值；
Xn ———— 第 n次测量值；
?———— 滤波系数, 小于 1而大于 0,
（ 4） 中位值法,
对一个量连续进行三次测量，取其中位值作为该量本次
的测量值。
若,
321 XXX ??
，则本次测量值为,
Y=X2 式中,X1,X2,X3— 分别为三次测量值,
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2013-3-2 50
为了满足运行的要求，弥补常规测量的不足，常利用数
据采集系统直接得到的一次参数值，经简单计算后提供一批
监视或制表需要的参数值，后者常称为二次参数。简单计算
通常包括：差值计算；变化率计算和极值计算等,
五、二次参数的计算
1．差值计算
如在 ｔ 采样时刻，测量得到参数Ａ的值为,参数Ｂ
的值为,则两者的差值就是,
AtX
BtX
BtAtBAt XXX ???,
—— 用来计算同一采样时刻，两个不同参数的
差值,
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例如：在机组起动过程中，为了控制起动时间，常需监视,
所以，必须进行差值计算。
汽轮机内外缸壁温差；
汽包上下金属温差；
再热器上部内外壁温差 ?? 等。
2．变化率计算
由于测量值中包含有随机干扰，仅用本次与上次的采样
值来计算其变化率显然是不确切的。工程上一般采用连续几
次的采样值，取其加权平均变化率作为该参数目前的变化率。
—— 用来计算参数的变化速率。
下面以连续四次采样值，求其变化率为例说明计算方法。
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设连续 4次采样值分别为 Xt,Xt-1,Xt-2,Xt-3,?t为采样周
期，如图所示。
xt-3
xt-1
xt
xt-2
?t ?t ?t
0 t-3 t-2 t-1 t t
x
由此可以得到 6组
变化率,
tTT xxx tt ??????? ? 1
1
1
1,
tTT xxx tt ???? ??? ?? 2
2
21
2,
tTT xxx tt ???? ??? ?? 3
3
32
3,
tTT xxx tt ??????? ? 2,4
4
2
4
tTT xxx tt ???? ??? ?? 2,5
5
31
5
tTT xxx tt ??????? ? 3,6
6
3
6
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2013-3-2 53
将这 6组变化率以采样间隔为权，求得加权平均值为,
t
xxxx
T
Tx
x
tttt
i
i
i
ii
t
?
???
?
?
???
??
???
?
?
?
?
10
33 321
6
1
6
1
—— 作为参数在 t时刻的变化率
3,极值计算
在 n个数据中,寻找其中最大的一个值与最小的一个
值．即寻找,
)( 21m a x ni xxxMx ?，，?
)( 21m i n nj xxxMx ?，，?
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2013-3-2 54
寻找其中最大和最小的一个绝对值，即寻找,或,
)( 21m ax nI xxxMx ?，，?
)( 21m i n nJ xxxMx ?，，?
例如：计算轴最大偏心度时，把盘车时轴转在不同的 12个
角度时测得的横向位移值互相比较，其中最大值和
最小值之差，工程上就作为偏心度。
极值的计算在计算机中非常容易实现。
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第五节 汽轮机监测仪表系统
汽轮机监测仪表 (Turbine Supervisory Instrumentation
简称 TSI)系统是一种可靠的连续地检测汽轮发电机转
子和汽缸的机械工作参数的多路监控系统。可用以,
提供用于诊断性估算的各种测量数据。
显示机组状态
为记录仪和计算机系统提供输出信号
在超出预臵的运行极限时发出警报
使汽轮机故障自动停机
下图所示的是美国本特利公司 7200系列的 TSI系统用于
监控七个轴承的汽轮发电机系统的典型结构。
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高压缸 低压缸
发
电
机
励
磁
机
推力
轴承
多针图表记
录仪
喷墨图表
记录仪
扫描仪
控制器
机架 机架
前臵器
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TSI系统所监控或测量的基本参数如下,
一．汽缸绝对膨胀
二．轴向位移
三．差胀
四．转子偏心
五．振动
六．相位角
七．零速
八．转速
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数 据 采 集 系 统
第六章
Data Acquisition System
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2013-3-2 2
第一节 计算机数据采集系统发展概况
采用计算机对生产过程进行监视和测量的系统，一般称
为 数据采集系统 (Data Acquisition System 简称 DAS),或称为
计算机安全监视系统、计算机信息处理系统、数据采集监视
和处理系统等。
国外最早应用计算机对生产过程进行监视和测量在 60年代
初期，据统计,1968年时美国在火电厂应用计算机已多达 190
多台，其中 70%左右为纯粹的 DAS系统,30%左右除 DAS系统
以外，少部分具有的运行控制功能。
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2013-3-2 3
我国最早从 60年代中期开始对计算机在电厂中的应用进
行了试点。
,七五”期间设计和建设的 200MW,300MW,
500MW共 90台机组、均推广应用了数据采集系统。与此同时，
某些更新改造的 200MW及以上机组，有 9台机组已加装数据
采集系统。上述数据采集系统系统中，国产系统有 78套，占
总数的 79%。
,八五”以后，成套进口机组基本上都随主机进口了
DCS,国内设计的 300MW及以上的机组也都逐步采用引进或
中外合作生产的 DCS,数据采集系统作为 DCS不可缺少的一
个重要的子系统。
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2013-3-2 4
早期的 DAS受当时硬件和软件水平的限制，其功能比较
简单，人机联系手段（数码管和扳键）也比较落后，这些系
统往往采用机器语言或汇编语言编程，完成简单的数据采集、
报警、计算和显示功能。实际上只能起到巡回检测的作用。
高性能小型计算机的出现以及外部设备的发展,DAS系
统的功能得到进一步的完善，除完成上述各项功能外，还能
进行比较复杂的运算和数据处理。随着大容量存贮器、打印
机、屏幕显示器的发展，人机联系方式和手段发生了根本性
的变革。这时的 DAS系统已经成为具有一定的综合信息处理
能力、能够有选择地为运行人员提供信息的、以 CRT显示装
置为中心的信息系统。
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2013-3-2 5
随着微处理机的出现及其技术的不断发展，对 DAS系统
产生了巨大的影响。今天的高档微处理机在各方面都已超过
了过去的小型机。因此，以微处理机构成的 DAS系统越来越
多。
随着计算机网络技术的发展,DAS系统的结构正由过去
的集中式结构转向分布式结构，尤其是进入 80年代以后 DCS
迅速发展,DAS作为 DCS中的一个子系统，在可靠性、可扩
性、灵活性和经济性等方面具有更多优点。
随着开放式计算机系统的进一步开发与应用，大屏幕显
示器的逐步推广，现场总线、智能变送器、过程智能 I/O网络
的发展,DAS无疑将随 DCS一起，跨上更高一个台阶。
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2013-3-2 6
第二节 计算机数据采集系统的基本结构
计算机数据采集系统，可采用小型机、单台微型机、
或多台微型机构成。
在此，分别讨论这三种系统的结构及特点。
一, 小型计算机数据采集系统
以小型计算机构成的典型数据采集系统如图所示。
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内
存
CPU
I/O
处理器
CRT和键盘
打印机
CRT和功能键盘
打印机
运行人员操作台
工程师 /程序员操作台
外存
I/O总线 内存总线
被
控
对
象
模拟量 I/O
开关量 I/O
脉冲量输入
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1,系统与外部或外设交换的信息可以由 I/O处理机进行处理,
加快了 I/O处理速度, 提高了外设与主机之间工作的并行
程度 。
系统特点,
4,小型计算机一般配有比较完善的指令系统, 而且能够支持
多种高级语言, 具有更加完善的操作系统和应用软件 。
2,小型计算机具有较高的运算速度和处理能力，可以进行大
量的、复杂的运算和数据处理，因此，规模比较大和运算
比较复杂的 DAS可以采用小型机构成系统。
3,小型计算机具有比较强的外部设备驱动能力，可以满足各
种不同层次的数据处理要求。
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二, 微型计算机数据采集系统
以微型计算机构成的数据采集系统如图所示。
ROM
Monitor
CRT和键盘
打印机
RAM
CPU
被
控
对
象
模拟量 I/O
开关量 I/O
脉冲量输入
总
线 外
设
接
口
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系统特点,
1,结构简单, 易于实现, 能满足中, 小规模 DAS的要求；
2,微机比小型机对环境的要求较低, 能在较恶劣环境下
工作；
3,微机价格低廉, 可降低 DAS的投资, 较小的系统也可采
用；
4,采用微机的 DAS可作为分布式 DAS的基础, 进一步扩充 。
5,微机的应用基础好, 各种 I/O模板及应用软件都比较齐
全, 便于使用, 便于维修 。
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三, 分布式数据采集系统
分布式数据采集系统的结构如图所示。
Monitor
CRT和专用键盘
打印机
Monitor
CRT和键盘
打印机
被
控
对
象
数据采集站
数据采集站
数据采集站
工
程
师
站
操
作
员
站
系统由若干个“站”和通讯网络组成。
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系统特点,
1,系统的适应能力强
2,系统的可靠性高
3,系统的实用响应性好
4,对系统硬件的要求比较低
第三节 计算机 DAS的基本功能
一, 数据采集功能
1,按规定的扫描周期, 连续地采集全部模拟量 。 扫描周
期视模拟量参数重要性及变化速度而定 。
2,在规定的时间 （ 1秒种 ） 内, 对全部的开关量进行一遍
采集更新 。
3,对重要开关量的变态, 进行事件顺序记录, 在采集过
程中区分先后秩序；
4,具有脉冲量采集功能, 应用软件按一定周期读入计数
值 。
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二, 输入信号预处理功能
1,对所有模拟量输入信息, 通过极值, 变化率, 相关比较
等办法作正确性判断和误差检查, 包括对变送器信号故
障的检查和处理, 对不正确的或误差超限的信号进行自
动显示报警 。
2,对波动较大的模拟信号进行数字滤波, 以消除噪声 （ 如
汽包水位等 ） 。
3,对热电偶, 差压流量等非线性模拟量输入信号进行线性
化处理 。
4,具有热电偶冷端温度补偿和开路检查功能 。
5,实现信号的工程单位变换, 包括：标度变换, 标准校正,
漂移测试, 增益优化, 偏移校正等 。
6,对开关量输出信号进行有效性检查 。
7,对脉冲量信号进行累积, 并具有自清零和溢出指示 。
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三, 报警功能
1,具有报警优先级
CRT报警功能允许每个模拟量及触点报警条件中有一个
特定的优先级, 操作员可以方便地辨别所选定的优先级,
工程师站可以识别各类的报警优先级, 并能够改变优先级
的测点指定 。
2,模拟量报警功能
(6) 报警死区,
(7) 报警方式,
(8) 自动推出相关画面,
(9) 闭锁和时间累积,
(1) 固定极限值检查及越线报警,
(2) 可变限值报警,
(3) 极限值报警,
(4) 报警返回,
(5) 报警切除,
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2013-3-2 15
五, 事故顺序记录功能
当反映机组故障, 事故或重要保护开关动作等事件的
中断型开关量输入动作时, 起动事件顺序打印记录 。
一般分辨率为 1～ 5ms,有的可做到小于 1ms。
一台 300MW机组的事件顺序记录容量一般为 128点左右 。
每个顺序事件均以小时, 分, 秒, 毫秒打印出发生变
化的时间 。
事件顺序记录可以自动贮存在存储器中, 并能根据命
令进行打印 。
四, 开关量变态处理功能
开关量输入信号主要来自各种开关量变送器，例如温
度、压力、液位、流量、差压开关以及反映辅机工作状态
的继电器接点。开关量的处理主要是监测开关量的状态变
化。
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2013-3-2 16
六, CTR显示功能
每个 CRT均可将全部过程变量的实时数据和运行设备的
状态，以适合于运行人员监视的方式显示出来，屏幕上显
示的内容统称为画面。
1,画面种类有,
(1)模拟图 (2) 棒形图；
(3) 历史曲线图 (4) 起停曲线图；
(5) 相关趋势图 (6) 成组显示图；
(7) 一览表 (8) 自定义组显示；
(9) 目录检索画面
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2013-3-2 17
2,画面的基本要求,
(1) 每幅画面可显示过程变量的实时数据和设备运行
状态, 每秒更新一次 。
(2) 各显示参数与状态用不同颜色区别正常 /越限 /运转
/停止 /开 /关等工况 。
(3) 不同参数的曲线, 不同设备, 不同系统连接均以不
同的颜色区分 。
(4) 提供画面窗口显示, 滚动画面显示和图象缩放显示
等功能 。
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2013-3-2 18
4.拷贝, CRT上显示的画面, 包括模拟图, 曲线以及各种
表格, 参数等, 均可通过运行人员请求进行拷
贝 。
七, 打印制表与拷贝功能
1.定时制表,包括 值报表、日报表等
2.随机打印,
包括 (1) 报警打印 (2) 开关量变态打印
(3) 事件顺序记录 (4) 系统修改记录
3.请求打印,
包括 (1) 成组参数打印 (2) 事故追忆打印
(3) 交接班记录打印 (4) 历史数据打印
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2013-3-2 19
1,点参数的显示, 打印, 输出, 以及时间的显示与设臵 。
2,报警值的确认
3,主要辅机设备的运行状况信息
4,模拟量的预测趋势显示
5,机组启停操作指导
6,机组最佳运行操作指导
7,预防或处理事件操作指导
八, 操作请求与操作指导功能
1,系统可保存若干个重要模拟量的最近发生数据, 可以
长期保存事件顺序记录参数, 在必要时, 通过运行人
员进行请求事故追忆 。
2,事故追忆打印, 可完成事故前 5分钟和事故后 5分钟内
对指定参数变化值的打印 。
九,事故追忆功能
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2013-3-2 20
由过程通道直接检测到的参数称为 一次参数, 而把一次
参数进行某种数学运算而获得的参数称为二次参数 。
十, 二次参数计算功能
1,二次参数的计算内容 包括,
(1) 累积计算； (2) 差值计算； (3) 变化率计算
(4) 补偿计算； (5) 其它合成计算
2,计算要求,
(1) 对于合成值的计算, 输入点应在一个扫描周期内,
且应采取尽量相靠近的采入点 。
(2) 若合成值的某一个源输入退出扫描, 则此合成点要
臵成无值并发出报警, 此时可使用一个代替值或人
工输入值使处理继续进行, 代用值在求最大, 最小
或平均值场合也可以用保留值 。
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十一, 性能计算和经济分析功能
系统可以提供在线性能计算的能力，计算机组以及辅
机的各种效率和性能值，如：热耗、汽耗、煤耗、厂用电、
热效率等，给运行人员和管理人员提供操作和运行管理信
息。
包括, 运行员, 工程师, 程序员等操作功能
十二, 人机联系功能
1,运行员操作功能
运行员可通过操作台上的键盘和 CRT与 DAS对话, 选择
所需要的画面, 或者请求打印某些参数 。 还可设定系统
的运行方式, 关闭或开放某些测点, 设定打印点和打印
时间, 等等 。
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2,工程师操作功能
工程师利用 DAS系统所配臵的终端和键盘, 可完成系统生
成, 参数设定和修改, 表格设定和修改以及各种文件的查
阅和修改等 。 还可设定各测点的报警值, 标度变换系数,
各种曲线的基值和比例尺, 选择自动推出的画面, 修改或
建立各种画面等等 。
3,程序员操作功能
程序员通过终端设备来管理 DAS系统的软件 。 管理工作包
括：软件的开发, 调试, 装入, 启动, 挂起, 撤消等等 。
还可观察软件系统的运行情况, 获取系统和用户程序的动
态参数 。
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第四节 应用实例
一,INFL-90数据采集系统
某工程 2× 300MW燃煤机组采用 INF1-90分散控制系统作
为主要监控系统，系统包括 DAS,CCS,BMS,SCS四个子系统，
下面就 DAS子系统的相关配臵和主要实施功能进行介绍。
(一 )主要人机接口设备
1,INF1-90操作员工作站 (DEC工作站 )2套。
2,INF1-90操作员接口工作站 (VAX工作站 )3套
3,84M字节盒式磁带驱动器 1个。
4,打印机服务器 1台、黑白打印机 4台、彩色打印机 1台。
5,记录站 1套
6,工程师站 1套。
7,值长站 1套。
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DAS子系统由 4个现场控制单元组成,
PCU#12,由 1个模件柜, 1个继电器柜和 2个端子柜组成, 采用
了 3个 MFP02多功能处理器和 3个 AMM03模拟量主模件,
其中 AMM03为冗余配臵, 完成模拟量, 开关量和脉冲
量的采集与处理 。
PCU#13,由 1个模件柜, 1个继电器柜和 2个端子柜组成, 采用
了 3个 MFP02多功能处理器和 4个 AMM03模拟量主模件,
其中 AMM03为冗余配臵, 完成模拟量和开关量的采集
与处理 。
PCU#14,由一个模件柜和两个端子柜组成 。 采用了 3个 MFP03
多功能处理器, 主要用以完成机组性能计算功能 。
PCU#15,由一个模件柜和两个端子柜组成 。 采用了 1个 MFP02
多功能处理器, 主要用以连接 SOE记录仪 。
(二 )DAS子系统主要设备
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ASI02卡 25个，完成 375点模拟量输入 (14～ 20mA)；
DSI02卡 28个，完成 392点数字量输入；
DSO04卡 1个，完成 16点数字量输出；
DSM04卡 3个，完成 24点脉冲量输入；
ASM02卡 18个，完成 144点热电偶信号输入；
ASM03卡 28个，完成 224点热电阻信号输入。
共计,
103个卡件,1159点输入,16点数字量输出。
DAS子系统过程 I/O配臵如下,
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(三 )DAS基本功能实施情况
系统的人机对话显示原则采用的是金字塔结构，顶层
是机组级概貌显示图 ?区域图显示 ? 过程处理显示图 ? 控
制回路图以及更低层的各类画面（包括：启停顺序显示图、
变送器选择图、趋势图、棒形图、设备状态图和联锁显示
图等）。
除以上所述分层显示以外，尚有一些特殊显示画面，
如目录显示、硬件状态显示、报警一览显示等。
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每台机组均设臵一个值长站, 供值长对整套机组的运行
情况进行监视 。 通过值长站, 值长可调看所有显示画面, 但
不能对画面进行操作 。
2,性能计算
性能计算项目主要有：锅炉效率 (采用输入输出法或采用
热损失法计算 )、汽机效率 (采用焓降法计算 )、汽轮发电机组
循环热效率 (采用输入输出法计算 )、空预器效率、给水加热
器性能、凝汽器性能，机组净热效率。
3,事故顺序记录
本工程事故顺序记录容量为 160点，分辨率为 1ms。
4,值长站
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二,300MW机组数据输入输出的分类及其分类统计
根据数据种类的不同，采集系统的输入大体上分模拟输
入、开关量输入、脉冲量输入等，采集系统的输出大体上分
模拟量输出和开关量输出。
1,机组起停, 运行及事故处理中需要监视和记录的参数；
2,实时制表所需要的参数；
3,二次参数计算, 参数修正或补偿所需要的相关参数；
4,主要性能计算和经济分析所需要的参数；
5,重要的风门, 档扳开度及油动机行程等参数；
6,主要电气参数 。
(一 ) 模拟量（ 生产过程中连续变化的参量 ）输入
根据模拟量信号种类来分，大致上有热电阻信号、热电
偶信号、传感器和变送器输出信号等几种类型。具体来说，
包括以下参数,
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除就地设备取来的信号外, DCS的其它子系统的参数,
可通过网络或接口传入 DAS,以便对全厂运行情况进行监视 。
测 量 参 数 采样周期 ( 秒 )
汽机转速、凝汽器真空、炉膛负压、汽包水位 ≤ 1
压力、风压、负压、真空、主蒸温度、电气参量 ≤ 5
液位 ≤ 10
温度 ≤ 30
模拟量输入参数的采样周期一般不得低于下表所示标准,
用来记录被监视和控制点的状态 。 即用, 1” 和, 0” 信
号来表示, 有, 和, 无,,, 投, 和, 切,,, 开, 或, 关,
等相互对立的状态 。
(二 ) 开关量（ 反映状态变化的数字量） 输入
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开关量可分为以下几类,
1,反映各种阀门, 挡板, 执行器开关状态的接点；
2,反映主机和主要辅机运行状态的接点；
3,主要保护动作输出及重要参数越限报警接点；
4,反映各系统及设备电源监视的接点；
5,反映操作状态的接点；
6,反映连锁, 保护及自动装臵切换状态的接点；
7,发电机 — 变速器组断路器和隔离开关状态接点；
8,高, 低压厂用变压器断路器状态接点 。
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中断型开关量的变化应引起某些画面的自动推出并参
与事故顺序记录，事故顺序记录的分辨率要求很高，因此，
中断型开关量的处理要重要和复杂得多。
从重要性上来看,
一般型：反映的是一般的状态变化或报
警状态变化
中断型：反映的是引起机组跳闸的主要
保护状态,
开关量输入有,
(三 )脉冲量输入
DAS有适当数量的脉冲量输入接口，用于输入电量及
汽机转速、电 泵 转速等脉冲量变送器信号。
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模拟量输出接口, 主要用于模拟趋势记录仪 。
开关量输出接口, 主要供数据采集系统故障报警用 。
(四 )模拟量输出和开关量输出
(五 )300MW机组输入输出点数
300MW机组 DAS的输入 /输出规模可参见下表,
序号 通道类别 点 数 序号 通道类别 点 数
3 脉冲量输入 16
1
模拟量输入
其中, 高电平输入
低电平输入
600
200 ~ 30 0
300 ~ 40 0
4 模拟量输入 12
2
开关量输入
其中, 一般型开入
中断型开入
700
572 ~ 63 6
64~ 1 28
5 开关量输出 16
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三、主要测点及其分布
300MW机组 DAS系统测点多、分布广，几乎包容了机
组及各工艺系统的全部主要参数和主要设备状态。一般，
下列主要工艺系统的参数应纳入 DAS系统。
(一 )空气系统
主要模拟量输入有：送风机出口风压力、空气预热器后风压
力、二次风总风压力、一次风机出口压
力、一次风总风压力、送风机入口风温
度、暖风器出口风温度、空气预热器出
口风温度、送风总风量、一次风总风量。
主要开关量输入有：送风机润滑油压力、轴流式送风机喘振
差压、送风机及相关档板状态、一次风
量及相关挡板状态。
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主要模拟量输入有：炉膛压力或负压, 空气预热器后烟气
压力, 除尘器后烟气压力, 空气预热
后烟气温度, 烟道各段烟气温度, 烟
气含氧量, 炉膛温度 。
主要开关量输入有：炉膛压力或负压, 引风机润滑油压 (或
流量 ),炉膛火焰监视, 火焰检测器冷
却空气压力, 引风机及相关档板状态,
空气预热器及相关挡板状态 。
(二 ) 烟气系统
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主要模拟量输入有：磨煤机入口风压力、中速磨出口风压
力、粗粉分离器后风压力、排粉机入
口风压力、磨煤机进出口风压差、锅
炉供回油压力、磨煤机入口风温度、
磨煤机出口风粉混合物温度、排粉机
进口风粉温度、煤粉仓煤粉温度、锅
炉燃油温度、燃油流量 (进回油 )、给
煤量。
主要开关量输入有：磨煤机及相关档板状态、排粉机及相
关档板状态、燃油雾化蒸汽压力、中
速磨密封风差压、中速磨氮气压力、
磨煤机润滑油压力、煤粉仓粉位。
(三 ) 燃油 /制粉系统
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主要模拟量输入有：凝结水泵出口水压力, 凝结水升压泵
出口水压力, 凝汽器出口凝结水温
度, 各低压加热器出口水温度, 除
氧器水箱水温度, 凝汽器热水井水
位, 除氧器水箱水位, 凝结水流量,
凝结水补给水流量, 除氧器给水含
氧量, 凝结水导电度 。
主要开关量输入有：凝结水处理装臵前后差压, 高压加热
器水位, 低压加热器水位, 主要工
艺阀门状态和凝结水泵, 凝结水升
压泵状态 。
（四） 凝结水系统
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主要模拟量输入有：汽包饱和蒸汽压力, 过热器出口蒸汽压
力, 汽轮机第一级压力, 汽轮机主汽门
后蒸汽压力, 各段抽汽压力, 汽轮机高
压缸排汽压力 （ 冷再热汽 ）, 再热器出
口蒸汽压力, 汽轮机中压缸进汽压力,
汽轮机排汽真空, 高低压轴封汽压力,
给水泵汽轮机高压进汽压力, 给水泵汽
轮机低压进汽压力, 给水泵汽轮机汽封
汽压力, 除氧器汽源压力, 除氧器压力,
汽轮机高低压旁路减压器后蒸汽压力,
给水母管水压力, 给水泵汽轮机润滑油
母管油压力, 给水泵汽轮机调速油压力,
过热器减温器入口汽温度, 过热器减温
器出口汽温度,
(五 ) 蒸汽 (主蒸汽、抽汽、辅助蒸汽 ) 系统
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过热器出口汽温度, 汽轮机主汽门
前汽温度, 汽轮机高压缸排汽温度,
再热器减温器前温度, 再热器减温
器后温度, 再热器至中压缸进汽温
度, 汽轮机调节级温度, 各段抽汽
温度, 各段抽汽管上下汽温度, 高
压缸排汽管上下汽温度, 汽轮机排
汽温度, 汽轮机轴封蒸汽温度, 给
水泵汽轮机进汽温度, 给水泵汽轮
机排汽温度, 汽轮机高低压旁路减
温器后蒸汽温度, 给水泵汽轮机转
速, 给水泵汽轮机油冷却器进出口
油温度, 给水泵汽轮机轴向位移 。
主要开关量输入有：蒸汽系统各主要管路的阀门状态 。
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（六） 给水系统
主要模拟量输入有：给水泵出口水压力、至锅炉给水压力、
再热减温器减温水压力、过热减温器
减温水压力、电动给水泵润滑油压力、
各高压加热器出口水温度、直流炉中
间点温度、电动给水泵润滑油温度、
给水泵入口流量、再热减温器减温水
流量、过热减温器减温水流量、给水
流量、汽包水位、直流炉汽水分离器
水位、电动变速给水泵转速。
主要开关量输入有：给水前臵泵入口滤网压差、给水泵入
口滤网压差、给水泵滤油器压差、给
水管路主要工艺阀门状态和给水泵、
给水前臵泵状态。
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（七） 循环冷却水系统
主要模拟量输入有：凝汽器入口或出口循环水压力、循环水
泵出口水压力、循环水母管水压力、凝
汽器入口循环水温度、凝汽器出口循环
水温度。
主要模拟量输入有：汽轮机润滑油压力, 汽轮机调速油压力,
汽轮机支撑轴承温度, 汽轮机推力轴承
温度, 汽轮机转速, 汽轮机差胀, 汽轮
机汽缸膨胀, 汽轮机转子轴向位移, 汽
轮发电机组轴承振动, 汽轮机润滑油温
度 。
主要开关量输入有：润滑油滤网压差, 主油箱油位 。
（八） 汽轮机本体系统
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（九） 发电机氢油水系统
主要模拟量输入有：发电机氢气压力、空气侧密封油压力、
氢气侧密封油压力、水冷发电机冷却水
压力、氢气侧密封油回油温度、空气侧
密封油回油温度、密封油进油温度、发
电机进出口氢气或空气温度、定转子冷
却水流量。
主要开关量输入有：水冷发电机断水。
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以上列出了应该进入 DAS的主要测点，除此之外，以下
测点若未考虑进入巡回检测装置，亦可考虑进入 DAS。
1．主厂房内汽水分析站的主要测点；
2．各主要辅机（如送、引风机，一次风机、磨煤机等）
的轴承温度。
3．过热器、再热器管壁温度、汽包壁温度等。
4．发电机定子线圈和铁芯温度等。
已进入 DEH系统的测点，可通过串行通讯方式进入 DAS
系统，这些测点主要包括,
(1) 汽轮机有关温度测点 。
(2) 油系统有关参数 。
(3) 发电机系统有关参数 。
(4) 报警用开关量信号 。
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采入的数据只有在完成前置处理功能 （ 如标度变换, 有
效性检验, 线性化和数字滤波等 ） 后, 方可进入存贮器或数
据库中, 下面就前置处理的实用方法进行简要介绍 。
四．输入数据的前置处理
1,标度变换
数据采集时, 进入模数转换器 （ A/D） 的模拟信号都为统
一电平的信号 。 例如,
某一测点为蒸汽压力，设 20MPa时压力变送器输出为 20mA，
进入 A/D前为 5V。 另一测点为蒸汽温度，设 600℃ 时温度变送
器输出为 20mA,进入 A/D前为 5V。 则两者经 A/D变换后得到同
一的数字量，但两者所代表的原有量值截然不同。
经 A/D变换所得的数字量，再由计算机进行计算，即 乘以
给定的相应系数把它们恢复到原有的量值 。这就是标度变换。
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2,采入数据有效性检验
是为判断采入的数据是否有明显的差错。一般有下述几
种判断方法。
(1) 对于变化较慢的参数，可用同一参数前一周期和后一周
期的变化量来判断。如果前后周期内的变化量超过一定
范围，则该数据是不可信的。
(2) 利用相关参数的变化率互相校核。有些不同的参数之间
存在着程度不同的相关性。因此，可利用相关性较强的
参数来互相校核。
(3) 对于一些较重要的参数，可以用两个测点或在同一测点
处安装两台同样的变送器，用它们之间的差值进行校核。
当差值超过一定数值时，采入的数据是不可信。
(4) 限值判断。各种输入数据，当超过其可能最大的变化范
围时，该数据是不可信的。
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3,线性化处理
大多数变送器的输出电信号与被测参数之间呈非线性关
系。为了提高测量的精度，需要采取线性化措施。
例如：热电偶输出电压与被测温度之间的关系总是非线性
的。为了提高精度，通常将非线性函数进行分段线
性化的拟合处理。
以 EU型热电偶（ 0～ 1100℃) 为例,用 n段直线来逼近,
则其线性化近似计算式可表示为,
Vaa iii,1,0 ??? )~1( ni ?
式中,— 被测温度 ; — 线性化系数 ; V— 热电偶毫伏值
i? ii aa,1,0 和
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若用 7段直线来拟合其特性曲线，经计算其精度可达到要
求的数值（误差不超过 0.5℃) 。下表列出了各段温度范围及
线性化系数值
温度范围
0~
100 ℃
100~
280 ℃
280~
480 ℃
480~
740 ℃
740~
880 ℃
880~
1 0 1 0 ℃
1 0 1 0 ~
1 1 0 0 ℃
a 0,i 0, 4 6 9 1 0 -1, 9 5 5 7 0 1 0, 0 4 5 8 1 3, 6 9 6 6 -1 1, 8 0 0 5 -4 4, 9 2 0 8 -7 7, 6 8 2 1
a 1,i 2 4, 3 7 7 6 2 4, 8 1 5 7 2 3, 7 6 3 6 2 3, 5 4 3 5 2 4, 3 7 4 7 2 5, 2 8 2 6 2 6, 0 7 3 4
注：分段数应由分段误差能满足测量或性能计算对精度的
要求来决定 。
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2013-3-2 47
生产过程中, 有些随机干扰的噪声频率是很低的, 用阻
容元件的滤波器即使时间常数为秒级也不能把它们消除, 若
加大滤波时间常数, 不但增加滞后时间, 同时也增加滤波器
的体积和重量,
有效的方法是采用数字滤波器, 即利用计算机由一定的
计算方法用程序来实现, 以减少噪声在信号中的比重, 常用
的简单滤波方法有下面几种,
4．数字滤波
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2013-3-2 48
(1)算术平均法,
对被测对象进行多次测量，然后取其平均值作为测量
值．其算式为,
?
?
? n
i
iXNY
1
1
式中,— 被测量的算术平均值；
— 第 i次测量值；
N— 测量总次数 。
Y
iX
测量次数太少时，滤波效果不显蓍。但测量次数多时，
所需的时间就长，且不能保证在一个采样周期中生产过程
一直保持不变。
(２ )加权平均法,
对本次测量值和前ｋ次测量值进行加权平均，得到的值
作为本次测量的有效值．即,
式中,— 第 n次的加权平均值；
— 第 n-i次的测量值；
— 权因子,其值应满足,
1;10
0
?
??
?
?
k
i
i
i
a
a
in
k
i
in XaY ?
?
??
0
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2013-3-2 49
（ 3） 系数滤波法,
由上一次测量的滤波值与本次测量值进行加权平均，得
到本次测量的滤波值．即,
1)1( ???? nnn YXY ??
式中,Yn,Yn-1 — 分别为第 n 次和第 n-1次的测量滤波值；
Xn ———— 第 n次测量值；
?———— 滤波系数, 小于 1而大于 0,
（ 4） 中位值法,
对一个量连续进行三次测量，取其中位值作为该量本次
的测量值。
若,
321 XXX ??
，则本次测量值为,
Y=X2 式中,X1,X2,X3— 分别为三次测量值,
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2013-3-2 50
为了满足运行的要求，弥补常规测量的不足，常利用数
据采集系统直接得到的一次参数值，经简单计算后提供一批
监视或制表需要的参数值，后者常称为二次参数。简单计算
通常包括：差值计算；变化率计算和极值计算等,
五、二次参数的计算
1．差值计算
如在 ｔ 采样时刻，测量得到参数Ａ的值为,参数Ｂ
的值为,则两者的差值就是,
AtX
BtX
BtAtBAt XXX ???,
—— 用来计算同一采样时刻，两个不同参数的
差值,
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2013-3-2 51
例如：在机组起动过程中，为了控制起动时间，常需监视,
所以，必须进行差值计算。
汽轮机内外缸壁温差；
汽包上下金属温差；
再热器上部内外壁温差 ?? 等。
2．变化率计算
由于测量值中包含有随机干扰，仅用本次与上次的采样
值来计算其变化率显然是不确切的。工程上一般采用连续几
次的采样值，取其加权平均变化率作为该参数目前的变化率。
—— 用来计算参数的变化速率。
下面以连续四次采样值，求其变化率为例说明计算方法。
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2013-3-2 52
设连续 4次采样值分别为 Xt,Xt-1,Xt-2,Xt-3,?t为采样周
期，如图所示。
xt-3
xt-1
xt
xt-2
?t ?t ?t
0 t-3 t-2 t-1 t t
x
由此可以得到 6组
变化率,
tTT xxx tt ??????? ? 1
1
1
1,
tTT xxx tt ???? ??? ?? 2
2
21
2,
tTT xxx tt ???? ??? ?? 3
3
32
3,
tTT xxx tt ??????? ? 2,4
4
2
4
tTT xxx tt ???? ??? ?? 2,5
5
31
5
tTT xxx tt ??????? ? 3,6
6
3
6
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2013-3-2 53
将这 6组变化率以采样间隔为权，求得加权平均值为,
t
xxxx
T
Tx
x
tttt
i
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10
33 321
6
1
6
1
—— 作为参数在 t时刻的变化率
3,极值计算
在 n个数据中,寻找其中最大的一个值与最小的一个
值．即寻找,
)( 21m a x ni xxxMx ?，，?
)( 21m i n nj xxxMx ?，，?
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,计算机分散控制系统,
2013-3-2 54
寻找其中最大和最小的一个绝对值，即寻找,或,
)( 21m ax nI xxxMx ?，，?
)( 21m i n nJ xxxMx ?，，?
例如：计算轴最大偏心度时，把盘车时轴转在不同的 12个
角度时测得的横向位移值互相比较，其中最大值和
最小值之差，工程上就作为偏心度。
极值的计算在计算机中非常容易实现。
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第五节 汽轮机监测仪表系统
汽轮机监测仪表 (Turbine Supervisory Instrumentation
简称 TSI)系统是一种可靠的连续地检测汽轮发电机转
子和汽缸的机械工作参数的多路监控系统。可用以,
提供用于诊断性估算的各种测量数据。
显示机组状态
为记录仪和计算机系统提供输出信号
在超出预臵的运行极限时发出警报
使汽轮机故障自动停机
下图所示的是美国本特利公司 7200系列的 TSI系统用于
监控七个轴承的汽轮发电机系统的典型结构。
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2013-3-2 56
高压缸 低压缸
发
电
机
励
磁
机
推力
轴承
多针图表记
录仪
喷墨图表
记录仪
扫描仪
控制器
机架 机架
前臵器
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2013-3-2 57
TSI系统所监控或测量的基本参数如下,
一．汽缸绝对膨胀
二．轴向位移
三．差胀
四．转子偏心
五．振动
六．相位角
七．零速
八．转速
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