dcs控制系統(tǒng)的應(yīng)用實例詳解

DCS是分布式控制系統(tǒng)的英文縮寫（Distributed Control System），在國內(nèi)自控行業(yè)又稱之為集散控制系統(tǒng)。即所謂的分布式控制系統(tǒng)，或在有些資料中稱之為集散系統(tǒng)，是相對于集中式控制系統(tǒng)而言的一種新型計算機(jī)控制系統(tǒng)，它是在集中式控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展、演變而來的。它是一個由過程控制級和過程監(jiān)控級組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級計算機(jī)系統(tǒng)，綜合了計算機(jī)，通信、顯示和控制等4C技術(shù)，其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活以及組態(tài)方便。

首先，DCS的骨架—系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，它是DCS的基礎(chǔ)和核心。由于網(wǎng)絡(luò)對于DCS整個系統(tǒng)的實時性、可靠性和擴(kuò)充性，起著決定性的作用，因此各廠家都在這方面進(jìn)行了精心的設(shè)計。對于DCS的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)來說，它必須滿足實時性的要求，即在確定的時間限度內(nèi)完成信息的傳送。這里所說的“確定”的時間限度，是指在無論何種情況下，信息傳送都能在這個時間限度內(nèi)完成，而這個時間限度則是根據(jù)被控制過程的實時性要求確定的。因此，衡量系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)性能的指標(biāo)并不是網(wǎng)絡(luò)的速率DCS，即通常所說的每秒比特數(shù)（bps），而是系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的實時性，即能在多長的時間內(nèi)確保所需信息的傳輸完成。

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)還必須非?？煽?，無論在任何情況下，網(wǎng)絡(luò)通信都不能中斷，因此多數(shù)廠家的DCS均采用雙總線、環(huán)形或雙重星形的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。為了滿足系統(tǒng)擴(kuò)充性的要求，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)上可接入的最大節(jié)點數(shù)量應(yīng)比實際使用的節(jié)點數(shù)量大若干倍。這樣，一方面可以隨時增加新的節(jié)點，另一方面也可以使系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)運行于較輕的通信負(fù)荷狀態(tài)，以確保系統(tǒng)的實時性和可靠性。在系統(tǒng)實際運行過程中，各個節(jié)點的上網(wǎng)和下網(wǎng)是隨時可能發(fā)生的，特別是操作員站，這樣，網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)會經(jīng)常進(jìn)行，而這種操作絕對不能影響系統(tǒng)的正常運行，因此，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該具有很強(qiáng)在線網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)功能。

DCS控制系統(tǒng)的特點

1、高可靠性

由于DCS將系統(tǒng)控制功能分散在各臺計算機(jī)上實現(xiàn)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用容錯設(shè)計，因此某一臺計算機(jī)出現(xiàn)的故障不會導(dǎo)致系統(tǒng)其它功能的喪失。此外，由于系統(tǒng)中各臺計算機(jī)所承擔(dān)的任務(wù)比較單一，可以針對需要實現(xiàn)的功能采用具有特定結(jié)構(gòu)和軟件的專用計算機(jī)，從而使系統(tǒng)中每臺計算機(jī)的可靠性也得到提高。

2、開放性

DCS采用開放式、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化和系列化設(shè)計，系統(tǒng)中各臺計算機(jī)采用局域網(wǎng)方式通信，實現(xiàn)信息傳輸，當(dāng)需要改變或擴(kuò)充系統(tǒng)功能時，可將新增計算機(jī)方便地連入系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)或從網(wǎng)絡(luò)中卸下，幾乎不影響系統(tǒng)其他計算機(jī)的工作。

3、靈活性

通過組態(tài)軟件根據(jù)不同的流程應(yīng)用對象進(jìn)行軟硬件組態(tài)，即確定測量與控制信號及相互間連接關(guān)系、從控制算法庫選擇適用的控制規(guī)律以及從圖形庫調(diào)用基本圖形組成所需的各種監(jiān)控和報警畫面，從而方便地構(gòu)成所需的控制系統(tǒng)。

4、易于維護(hù)

功能單一的小型或微型專用計算機(jī)，具有維護(hù)簡單、方便的特點，當(dāng)某一局部或某個計算機(jī)出現(xiàn)故障時，可以在不影響整個系統(tǒng)運行的情況下在線更換，迅速排除故障。

5、協(xié)調(diào)性

各工作站之間通過通信網(wǎng)絡(luò)傳送各種數(shù)據(jù)，整個系統(tǒng)信息共享，協(xié)調(diào)工作，以完成控制系統(tǒng)的總體功能和優(yōu)化處理。

6、控制功能齊全

控制算法豐富，集連續(xù)控制、順序控制和批處理控制于一體，可實現(xiàn)串級、前饋、解耦、自適應(yīng)和預(yù)測控制等先進(jìn)控制，并可方便地加入所需的特殊控制算法。DCS的構(gòu)成方式十分靈活，可由專用的管理計算機(jī)站、操作員站、工程師站、記錄站、現(xiàn)場控制站和數(shù)據(jù)采集站等組成，也可由通用的服務(wù)器、工業(yè)控制計算機(jī)和可編程控制器構(gòu)成。處于底層的過程控制級一般由分散的現(xiàn)場控制站、數(shù)據(jù)采集站等就地實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和控制，并通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)傳送到生產(chǎn)監(jiān)控級計算機(jī)。生產(chǎn)監(jiān)控級對來自過程控制級的數(shù)據(jù)進(jìn)行集中操作管理，如各種優(yōu)化計算、統(tǒng)計報表、故障診斷、顯示報警等。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，DCS可以按照需要與更高性能的計算機(jī)設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)連接來實現(xiàn)更高級的集中管理功能，如計劃調(diào)度、倉儲管理、能源管理等。

dcs控制系統(tǒng)的應(yīng)用實例詳解

整個DCS系統(tǒng)按整個電廠主要對象劃分成七個功能區(qū)，它們是：1#鍋爐、2#鍋爐、3#鍋爐、1#汽輪機(jī)、2#汽輪機(jī)、公用系統(tǒng)、電氣。每個功能區(qū)內(nèi)根據(jù)工藝系統(tǒng)劃分成若干功能組，用于完成每組設(shè)備控制及操作。而每一個功能組下劃分為若干個子功能組，用于完成每個設(shè)備的控制及操作。

（l）每個鍋爐功能區(qū)劃分5個功能組，它們是：鍋爐汽水功能組、送引風(fēng)功能組、煙氣系統(tǒng)功能組、燃油系統(tǒng)功能組、制粉系統(tǒng)功能組。

（2）每個汽輪機(jī)功能區(qū)劃分為3個功能組，它們是：汽水、回?zé)嵯到y(tǒng)功能組;循環(huán)水及抽汽系統(tǒng)功能組;保安油系統(tǒng)功能組。

（3）除氧及減溫減壓功能區(qū)劃分為3個功能組，它們是：除氧器、給水泵功能組;減溫減壓功能組;疏水、回水、工業(yè)水功能組。

（4）電氣監(jiān)控功能區(qū)劃分為5個功能組：發(fā)電機(jī)功能組、廠用10kV功能組、廠用380V/220V功能組、變壓器功能組、升壓站功能組（110kV、35kV、10kV）。

系統(tǒng)硬件配置及網(wǎng)絡(luò)

3臺鍋爐、2臺汽輪機(jī)、電氣及公用系統(tǒng)采用一套DCS分散控制系統(tǒng)，主要由工程師站、操作員站、現(xiàn)場控制站（1/0站）組成，每臺鍋爐、每臺汽輪機(jī)、公用系統(tǒng)和電氣控制在不同的控制站中實現(xiàn)。控制系統(tǒng)電源采用uPSAc220v供電，并考慮了冗余配電。整個DCS系統(tǒng)由7個控制單元（集中放在1個控制柜中）、13個1/0機(jī)柜、6個的繼電器柜、1個電源分配柜、1個工程師站、8個操作員站構(gòu)成。

工程師站

設(shè)工程師站一個為AW7001，對整個系統(tǒng)進(jìn)行集中控制和管理，主要用于對汽輪機(jī)、鍋爐DCS系統(tǒng)的程序開發(fā)、系統(tǒng)診斷、控制系統(tǒng)組態(tài)、數(shù)據(jù)庫和畫面的編輯及修改。而電氣DCS的組態(tài)在Aw7002（電氣工程師站兼操作員站）上。工程師站設(shè)置軟件保護(hù)密碼，以防一般人員擅自改變控制策略、使用程序和系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。其基本配置如下：

（l）主機(jī)：PENUMW/2。SGH：、512MB內(nèi)存、soG硬盤、3。5英寸軟驅(qū)、節(jié)點總線接口卡、101標(biāo)準(zhǔn)鍵盤、鼠標(biāo)、可讀寫光驅(qū)。

（2）顯示器：21英寸CRT、256種顏色、l600x1280像素、點距鑒0。26;刷新頻率）85H：;具有防眩、抗靜電、低輻射的功能。

（3）系統(tǒng)軟件：WindowsXP操作系統(tǒng)。

（4）報警記錄打印機(jī)4臺、彩色激光打印機(jī)1之執(zhí)口0

操作員站

設(shè)操作員站8個，其中鍋爐3個（W7P001、WA7002、WP7007），汽輪機(jī)2個（WP7004、WP7005），公用l個WP7O03，電氣2個（W7P06、AW7002）。其任務(wù)是在標(biāo)準(zhǔn)畫面和用戶組態(tài)畫面上，匯集和顯示有關(guān)的運行信息，供運行人員據(jù)此對機(jī)組的運行工況進(jìn)行監(jiān)視和控制。為了防止操作員站對于控制程序進(jìn)行修改，系統(tǒng)設(shè)有進(jìn)人工程師環(huán)境的保護(hù)密碼。其基本配置如下：

（l）操作員主機(jī)：PENUMW/2。SGHz、256MB內(nèi)存、SOG硬盤、節(jié)點總線接口卡、專用鍵盤或101標(biāo)準(zhǔn)鍵盤、球標(biāo)。

（2）顯示器：21英寸CRT、256種顏色、l600x1280像素、點距落0。26;刷新頻率）85H：;具有防眩、抗靜電、低輻射的功能。

（3）系統(tǒng)軟件：Window，XP操作系統(tǒng)平臺及操作員軟件。

現(xiàn)場控制站（1/0站）

現(xiàn)場控制站由主控單元、智能1/0單元、電源單元、現(xiàn)場總線和專用機(jī)柜組成，采用分布式結(jié)構(gòu)，擴(kuò)展性強(qiáng)。其中主控單元運行工程師站所下載的控制程序，進(jìn)行工程單位變換、控制運算，并通過節(jié)點總線與工程師站和操作員站進(jìn)行通信，完成數(shù)據(jù)交換?，F(xiàn)場總線為主控單元和1/0單元之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換提供通信鏈路。

現(xiàn)場控制站按單爐、單機(jī)分開設(shè)置，即3臺鍋爐分設(shè)3個現(xiàn)場控制站（3對冗余控制器C6P0），分別為CP6001、CP6002、CP6003;2臺汽輪機(jī)設(shè)2個現(xiàn)場控制站（2對冗余控制器CP60），分別為Cp60o4、cp6005;公用系統(tǒng)設(shè)l個現(xiàn)場控制站為CP6006（l對冗余控制器CP60）;電氣設(shè)1個現(xiàn)場控制站為CP6007（l對冗余控制器CP60）。

通信網(wǎng)絡(luò)

DCS系統(tǒng)設(shè)有冗余通信網(wǎng)絡(luò)一套，由兩個網(wǎng)絡(luò)層次組成即監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)和控制網(wǎng)絡(luò)。監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)采用節(jié)點總線，主要用于工程師站、操作員站、現(xiàn)場控制站的通信連接;控制網(wǎng)絡(luò)存在于各個現(xiàn)場控制站的內(nèi)部，采用現(xiàn)場總線，主要用于主控單元設(shè)備和1/0單元設(shè)備的通信連接。

節(jié)點總線和現(xiàn)場總線均有冗余設(shè)計，冗余的數(shù)據(jù)通信總線在任何時候都同時工作，通信速度為10oMhit/s。連接到數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)上的任一系統(tǒng)或設(shè)備發(fā)生故障，不會導(dǎo)致通信系統(tǒng)癱瘓或影響其他聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)和設(shè)備的工作。任何站與數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)之間的接口都是無源的。通信總線的故障不會引起機(jī)組跳閘或使分散控制器不能工作。

現(xiàn)場FO信號的數(shù)量

3臺130t/h鍋爐、2臺25MW汽輪機(jī)及公用系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)的現(xiàn)場1/0信號總數(shù)量為4256點，其中Al點1484、AO點176、Dl點l348、DO點924、Pl點76、SOE點238，加15%的裕量后實際配置5120點。

基本功能及控制方式

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）

連續(xù)采集和處理所有與機(jī)組有關(guān)的重要測點信號及設(shè)備狀態(tài)信號，以便及時向操作人員提供有關(guān)的運行信息，實現(xiàn)機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運行。當(dāng)機(jī)組發(fā)生任何異常工況時，及時發(fā)出報警，提高機(jī)組的可利用率。包含的功能有：過程數(shù)據(jù)采集、顯示;工藝流程圖、棒圖、趨勢圖顯示;過程報警顯示;CRT軟光字牌及語音報警;歷史數(shù)據(jù)記錄及顯示;SOE記錄。

模擬t控制系統(tǒng)（MCS）

MCS系統(tǒng)可通過控制變量自動完成被控制變量調(diào)節(jié)的回路。主要功能如下：

（1）主汽母管壓力自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)在鍋爐與汽輪機(jī)及供熱系統(tǒng)之間有機(jī)地建立維持母管壓力恒定的關(guān)系即維持主汽母管壓力為定值。它利用同時改變并列運行鍋爐的煤粉量作為調(diào)節(jié)手段，來適應(yīng)熱負(fù)荷、電負(fù)荷，也就是耗氣量的變動，達(dá)到保持主汽母管壓力為一定的目的。

（2）汽輪機(jī)控制汽輪機(jī)控制主要由汽輪機(jī)廠提供的DEH系統(tǒng)實現(xiàn)。

（3）鍋爐控制由若干子系統(tǒng)組成，這些子系統(tǒng)應(yīng)協(xié)調(diào)運行;并具有前饋特征，使鍋爐能靈敏、安全、快速與穩(wěn)定地運行，保證在任何工況下，均滿足機(jī)組負(fù)荷指令要求。包含有磨煤機(jī)控制、二次風(fēng)量控制、風(fēng)箱擋板控制、一次風(fēng)道壓力控制、爐膛壓力控制、主蒸汽溫度控制、給水控制、燃油壓力控制、除氧器水位和壓力控制、高低加水位控制。

順序控制系統(tǒng)（S件）

對火電機(jī)組的輔機(jī)及輔助系統(tǒng)，按照運行規(guī)程規(guī)定的順序（輸人信號條件順序、動作順序或時間順序）實現(xiàn)啟動或停止過程的自動控制系統(tǒng)。SCS系統(tǒng)控制機(jī)組所有的輔機(jī)、閥門和擋板及控制設(shè)備保護(hù)和聯(lián)鎖，受控主要對象為：鍋爐汽水系統(tǒng)，鍋爐燃燒系統(tǒng)，鍋爐風(fēng)系統(tǒng)，鍋爐煙氣系統(tǒng)，鍋爐點火燃油系統(tǒng)，汽輪機(jī)蒸汽系統(tǒng)，汽輪機(jī)潤滑油系統(tǒng)及盤車、凝汽器真空、循環(huán)水系統(tǒng)，減溫減壓系統(tǒng)，除氧器給水系統(tǒng)。

爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)（SFS）

對鍋爐點火和油槍進(jìn)行程序自動控制，并有防止鍋爐爐膛由于燃燒熄火、過壓等原因引起爐膛爆炸（內(nèi)爆或外爆）而采取的監(jiān)視和自動控制措施。其包括燃燒器控制系統(tǒng)BCS和爐膛安全系統(tǒng)FSS，實現(xiàn)功能有：爐膛吹掃、燃油系統(tǒng)OFT、點火器及油槍切投控制、火焰監(jiān)視及爐膛滅火保護(hù)、主燃料跳閘MFT。

汽輪機(jī)跳閘保護(hù)系統(tǒng)（EST）

確保在下列事故狀態(tài)都能關(guān)閉汽輪機(jī)全部蒸汽進(jìn)汽閥門、抽汽逆止門等，以使汽輪機(jī)安全停機(jī)。汽輪機(jī)主機(jī)保護(hù)有：潤滑油壓低（0。02MaP）真空低（60kaP）跳閘、就地機(jī)頭手動停機(jī)、主控停機(jī)按鈕停機(jī)、DEH停機(jī)、軸向位移大跳閘（+l.4mm）、發(fā)電機(jī)跳閘停機(jī)、電超速保護(hù)、推力軸承回油溫度高跳閘（75℃）、支持軸承金屬溫度高（95℃）。

安裝調(diào)試

DCS系統(tǒng)于2005年7月5日開始安裝，2005年7月20日上電進(jìn)人調(diào)試階段。1#機(jī)組于2005年8月29日首次沖轉(zhuǎn)做各項試驗，9月2日1#機(jī)組再次開機(jī)并網(wǎng)，并于9月24日通過72h滿負(fù)荷試運。2#機(jī)組于2005年1月巧日首次開機(jī)做各項試驗，12月13日2#機(jī)組再次開機(jī)并網(wǎng)，并于12月16日通過72h滿負(fù)荷試運。

調(diào)試步驟

2005年7月20日系統(tǒng)上電后進(jìn)人調(diào)試階段，對DCS系統(tǒng)做了如下調(diào)試：

（1）DCS系統(tǒng)接線、接地檢查。

（2）DCS機(jī)柜、卡件上電。

（3）nCS系統(tǒng)nl、no卡件檢查，RTn、rC、Al、AO卡件精度校驗。

（4）熱工保護(hù)信號、輔機(jī)、電動門狀態(tài)、開關(guān)信號檢查。

（5）RTD、TC溫度信號，模擬量輸入，輸出信號檢查。

（6）執(zhí)行器開、關(guān)動作及閥位信號檢查、調(diào)整。

（7）電動門開、關(guān)動作及方向檢查、調(diào)整。

（8）鍋爐、汽輪機(jī)所有試運轉(zhuǎn)。

（9）鍋爐、汽輪機(jī)靜態(tài)聯(lián)鎖、保護(hù)試驗。

調(diào)試過程中出現(xiàn)的主要技術(shù)問題

（l）在靜態(tài)試驗中，對電動門開、關(guān)行程時間進(jìn)行了記錄和修改，以保證電動門在卡澀的情況下，及時中斷開、關(guān)操作，保護(hù)電動門。

（2）輔機(jī)靜態(tài)凋試主要是記錄和修改輔機(jī)的啟、停脈沖寬度和判斷輔機(jī)是否正常動作的時間長度。在輔機(jī)、電動門靜態(tài)試驗中，及時發(fā)現(xiàn)和修改了部分輔機(jī)、電動門聯(lián)鎖條件，以滿足實際運行要求。

（3）在執(zhí)行器靜態(tài)調(diào)試中，發(fā)現(xiàn)二次風(fēng)門、制粉系統(tǒng)等執(zhí)行器出現(xiàn)振蕩。進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)開環(huán)就地控制執(zhí)行器剎車不良，根據(jù)執(zhí)行器實際動作情況，逐一修正了開關(guān)死區(qū)，保證執(zhí)行器不振蕩。修改了執(zhí)行器閥位指令與實際閥位的偏差報警及偏差大于允許偏差一定時間后，將執(zhí)行器閥位指令跟蹤實際閥位。

（4）在MCS閉環(huán)控制系統(tǒng)靜態(tài)試驗中，進(jìn)行了全部的離線仿真試驗，檢查了IPD模塊動作方向和動作精度，調(diào)整了汽鍋筒給水大旁路控制、送風(fēng)機(jī)人口擋板控制方案。

（5）由于3#爐Dcs上汽鍋筒水位補償后值與電接點及就地水位偏差大，為此修改了組態(tài)邏輯，將3#爐給水自動設(shè)計值，由原上下限（+10，-100）改為（+100，一200）。

（6）在DCS自動串級控制回路未設(shè)計自動跟蹤，修改組態(tài)回路，實現(xiàn)手/自動無擾切換。

（7）多個信號選擇時，組態(tài)邏輯錯誤。如：兩個信號中一個是壞值，邏輯判斷后應(yīng)該選好的;三個信號中若兩好一壞，應(yīng)該選兩個好值的平均。但由于組態(tài)錯誤，均選了壞值或與壞值的平均值。另外，風(fēng)量大小信號信號選擇時，應(yīng)選小值;而溫度則應(yīng)選大值。已修改了組態(tài)回路。

（8）潤滑油、磨煤機(jī)等溫度保護(hù)曾因測點瞬間高值使設(shè)備多次跳閘，為此在原設(shè)計中增加了105延時，濾去瞬間的干擾信號，保證了設(shè)備的穩(wěn)定運行。

（9）由于設(shè)計原因，磨油站電源開關(guān)無法實現(xiàn)自動切換，需要運行人員人為合上備用開關(guān)，但當(dāng)主電失去后油泵停運已引起磨跳閘。為此在“磨油站故障停機(jī)”和“磨人口油壓低”保護(hù)的組態(tài)中，各增加了1805延時，讓運行人員恢復(fù)磨油站運行。

應(yīng)用效果分析

在電廠中采用DCS系統(tǒng)提高了電廠運行中的自動化控制水平，極大地方便了運行人員的日常操作，同時也達(dá)到了節(jié)能降耗、減人增效的目的。在事故發(fā)生以后還能夠提供多種有效的手段，展開事故調(diào)查分析，為及時準(zhǔn)確地查明事故原因起到了很好的作用。

減少非計劃停機(jī)次數(shù)

通過對影響機(jī)組運行的關(guān)鍵參數(shù)的監(jiān)控，使設(shè)備的運行狀態(tài)保持平穩(wěn)，當(dāng)機(jī)組運行工況發(fā)生變化時，可以及時地作出反映，避免或減少裝置及設(shè)備停運造成的不必要的損失

軟件編程

在軟件編程中，因為使用的PLC是以前牽伸機(jī)配套的PLC，所以硬件組態(tài)工作不需要;按照已經(jīng)分配好的1/0點，根據(jù)控制系統(tǒng)的原理，把PLC程序分成12個Network，分別完成各自的控制任務(wù)。

系統(tǒng)調(diào)試

使用iSemens的筆記本電腦通過PLC的DP接口連接，通信方式為PROIFBuS通信;也可以通過PLC的MIP接口連接，通信方式為MIP通信。下裝系統(tǒng)的pLC程序，運用SiemensManager軟件的在線監(jiān)控功能，在線監(jiān)控PLC程序的運行狀態(tài)，完成系統(tǒng)調(diào)試。