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1、精选优质文档-倾情为你奉上DCS在电厂中的应用作者:王丽平摘要: DCS满足了大型生产的自动化要求，在连续性生产装置上获得了大量应用，大大提高了单套装置的生产能力。目前，DCS是石化、化工、冶金、电力、建材、造纸和水处理等工业领域的主流控制系统。本文结合DCS在首钢迁钢公司电力分厂中自动控制系统，简述DCS系统在中小机组中实现热工自动控制的应用。关键词: DCS 数据采集 模拟控制 自动控制Abstract: DCS has satisfied the large-scale production automated request, has obtained the massive appl
2、ications in the continuity process units, sharpened the productivity which greatly Shan Tao installs. At present, DCS is industrial field and so on petrochemical, chemical industry, metallurgy, electric power, building materials, papermaking and water treatment mainstream control systems. This artic
3、le unifies DCS to move in the steel company electric power branch factory in Beijing Steel Corporation the automatic control system, summarizes the DCS system to realize the hot working automatic control application in the small unit.Key word: DCS data acquisition analogue control automatic control引
4、言DCS是分散控制系统（Distributed Control System）的简称，它是基于计算机技术，控制技术，通讯技术，图形显示技术，通过某种通讯网络将分布在工业现场附近的现场控制站、检测站、操作管理站、控制管理站及工程师站连接起来完成分散控制集中操作管理的综合控制系统。DCS利用了局域网络技术将计算机处理功能分散到多个计算机上，扩展了其功能，而且较好的解决了冗余备份技术，并且信号线可以较分散地安装在不同的I/O控制站上。本文以DCS在首钢迁钢公司电力分厂中的应用为例，简述DCS系统在中小机组中实现热工自动控制的应用。一、 概述首钢迁钢公司电力分厂发电是一项节能环保项目。两台锅炉是江西江
5、联能源环保有限公司生产的130吨炉，两台汽机是青岛捷能汽轮机股份有限公司生产的25MW机组，130t/h锅炉主要燃料为迁钢高炉煤气、转炉混合煤气。用焦炉煤气进行点火、稳燃。自动控制系统选用新一代DCS- INFI 90 OPEN 系统。INFI90 OPEN 系统的通讯网络采用多层、各自独立、不同通讯方式与信息类型的结构，根据应用功能的不同，具体分为：操作网络、控制网络、控制总线和I/0扩展总线四个层次。其中控制网络是INFI90 OPEN 系统四个网络层次中最重要的网络之一，它承担着系统重要数据的传输和交换。INFI90 OPEN 系统完成模拟量控制、数据采集、锅炉汽机公辅控制和连锁保护等功
6、能，以满足两台锅炉两台汽机全燃高炉煤气机组各种工况运行要求，确保机组安全、高效运行。二、 系统结构整个控制系统设置2个I/O过程站，1个主控室。1#汽机、1#锅炉及公辅设施的控制放在1#I/O过程站；2#汽机、2#锅炉的控制放在2#过程站。系统按照工艺设备分成5个HCU站，分别为1#汽机、1#锅炉、2#汽机、2#锅炉、公辅设备。这5个HCU站通过冗余环形网络连接在一起。每个HCU采用冗余通讯接口，并采用2N冗余的新型MODULAR POWER SYSTEM II 电源系统热备使用。人机接口HMI采用CONDUCTOR-NT；HMI1、HMI2分别为冗余的SERVER，对应两台锅炉系统和两台汽轮
7、机系统；HMI5对应公辅系统；HMI6作为ERP管理系统数据接口机；EWS作为公用工程师站完成控制组态编程调试和日常系统维护等功能。HMI和EWS通过七个ICI03接口软件和环路HCU进行通讯。考虑HCU与HMI之间距离可能较远，通讯线路中采用ADAM进行数据转发。工程师站（EWS）系统软件为COMPOSER 4.0。工程师站为一台DELL工控机安装有COMPOSER 4.0软件。通过工程师站的组态平台，可生成现场监测、实时控制和系统管理所需要的数据、图形报表，通过系统网络把数据下装到操作员站和现场控制站，它同时具有操作员站的全部功能。操作员站是系统应用的人机界面，它提供一个操作平台供运行操作
8、人员对应用系统进行使用操作，让系统充分发挥和完成各项功能。操作员站完成数据库管理与通讯；系统运行状态显示；各种工况图和实时参数的显示与会话；报警显示与确认；控制系统状态图切换和操作；报表、报警、事故顺序和事故追忆打印；屏幕图形拷贝；系统时钟校对和校正；历史趋势显示和历史数据查询以及报警列表与回顾等功能。现场控制站分端子柜和模件柜，之间连接采用专用电缆。主要模件有网络接口模件、网络处理模件、多功能处理器、模拟量输入子模件、模拟量输出子模件、开关量输入子模件、开关量输出子模件等。主要端子板有多功能处理器端子板、通讯端子板、模拟量输入端子板、模拟量输出端子板、开关量输入端子板、开关量输出端子板等。现
9、场控制站根据工程师站下装的数据和控制算法自动完成信号的采集和转换，功能块和计算公式的运算，以及控制输出等功能。三、 系统主要功能1、 数据采集系统数据采集系统将整个机组各种实时模拟量参数（包括压力、温度、流量、液位、电气量），开关量（包括开关、阀门位置），以及设备运行方式（启、停、联锁等）进行周期性扫描或中断请求采集。过程变量可以是采样输入的一次参数、二次参数或派生参数以及设备运行状态。过程变量的处理包括对模拟量的数字滤波、正确性判断、非线性校正、工程量转换等，以及对开关量的状态、运作确认、运作时间记录和相应动作处理。数据采集部分连接了390个模拟量输入、760个开关量输入、32个中断型开关量
10、（SOE）输入，其信号的采集、转换和处理分配在1#过程站和2#过程站之间。2、模拟量控制系统(MCS)MCS系统为主机控制系统的一个子系统，实现单元机组及其相关辅助系统的调节控制。MCS系统将锅炉-汽机-发电机组作为一个单元整体进行控制，使锅炉和汽机同时响应控制要求，确保机组快速、稳定地满足负荷变化并保持稳定运行。系统能满足机组安全启、停及定压、滑压运行的要求。MCS系统分成若干个子系统，子系统遵守“独立完整”的原则，使得控制器能相对独立地工作，尽量减少与外界的数据交换，以保证数据通讯总线上信息交换量最少。控制系统为冗余配置，一旦在线工作状态的部件发生故障，处于后备状态的部件能无扰动地投入在线
11、工作，不影响系统正常运行，即使一对冗余部件发生局部故障，也不会引起机组的危急状态，并将不利的影响减至最小。MCS系统控制的基本方法是直接并快速地响应代表负荷或能量指令的前馈信号，并通过闭环反馈控制和其它先进策略，对信号进行静态精确度和动态补偿的调整。MCS系统具有一些必要的手段自动补偿及修正机组自身的瞬态响应和其它必要的调整和修正。MCS系统应与汽轮机数字电液调节等其他控制系统相协调。在自动控制范围内，控制回路能处于自动方式而不需任何性质的人工干预。控制系统能调节控制装置以达到规定的性能指标，控制设备实现性能要求的能力不受控制系统的限制。设备在低负荷方式下运行时，控制系统也能操纵被控制设备，其
12、自动方式能在从最低负荷到满负荷范围内运行。控制系统设有完善的联锁保护功能，以防止控制系统错误的及危险的动作，联锁保护系统能为维护、试验和校正提供最大的灵活性。如系统某一部分必须具备的条件不满足时，联锁逻辑能阻止该部分投“自动”，同时，在条件不具备或系统故障时，系统受影响部分应不再继续自动运行。出现上述情况时，应在操作员站给出声光报警信息，提请运行人员注意。控制系统任何部分运行方式的切换都是无扰动的，不会引起过程变量的扰动，并且不需运行人员修正。当系统处于强制闭锁、限制或其它超驰作用时，系统受影响的部分随之跟踪，并不再继续其积分作用（积分饱和）。在超驰作用消失后，系统所有部分立即平衡到当前的过程
13、状态，并能恢复其正常的控制作用，这一过程没有任何延滞，并且被控制装置没有任何不正确或不合逻辑的动作。系统能提供报警信息，并指出引起各类超驰作用的原因。对重要的关键参数，系统应支持采用三重冗余变送器测量。对三重冗余的测量值，系统自动选择中值作为被控变量，而其余变送器测得的数值，若与中值信号的偏差超过预先整定的范围时，则进行报警。若其余二个信号与中值信号的偏差均超限报警时，则控制系统受影响部分切换至手动。运行人员可在键盘上将三选中的逻辑切换至手动，而任选三个变送器中的某一个信号供自动用。对仅次于关键参数的重要参数，系统应支持采用双重冗余变送器测量，若这二个信号的偏差超出一定的范围，则进行报警，并将
14、受影响的控制系统切换至手动，运行人员可手动任选二个变送器中的一个信号用于投入自动控制。运行人员可将比较逻辑切换至手动，任选一变送器投自动控制。在使用不冗余变送器的测量信号时，如信号丧失或信号超出工艺过程实际可能范围，均设有报警，同时系统受影响部分切换至手动。控制系统的输出信号为脉冲量信号、420mA连续信号和数字量信号，420mA信号有上下限定值，以保证控制系统故障时机组设备的安全。在控制电源全部或部分故障时，控制系统的供电与电动执行器取自相同电源，在控制系统电源故障时，维持被控装置保持原位。对气动执行器，依靠其“三断”保护功能；采用软伺放的电动执行机构，具有失电保位和阀位信号断线保位功能。调
15、节系统不配后备手/自动操作器（M/A操作器），但可通过CRT和键盘进行软手操手动操作。MCS系统能监视设定值与被控变量之间的偏差以及测量值的坏值，当偏差超过预定范围时，系统将控制切换至手动并报警。风机、泵等跳闸，则将与之对应的控制回路的M/A操作器切换至“手动”运行方式。当控制输出坏值、阀位反馈出现坏值、设定值与被控变量之间的偏差大、阀位偏差大、驱动回路出现故障时和副调节器非自动时，切调节器为“手动”方式。配用软伺放的驱动回路，采用固态继电器驱动电动执行机构，对于重要控制回路，具有固态继电器“击穿”的诊断和保护功能，防止电动执行机构的失控导致全开或全关。当两个或两个以上的控制驱动装置控制一个变
16、量时，能由一个驱动装置维持自动运行。运行人员还可将其余的驱动装置投入自动，而不需手动平衡以免干扰系统。当追加的驱动装置投入自动后，控制作用将自动适应追加的驱动装置作用，不管驱动装置在手动或自动方式的数量如何组合变化，控制作用是恒定的，对多控制驱动装置的运行系统可提供偏置调整。3、自动化调节系统（以锅炉为例）迁钢电站锅炉设计有比较完备的自动化调节系统，主要有：（1）、锅炉给水自动调节系统：采用具有蒸汽流量的前馈信号、给水流量的反馈信号和汽包水位主信号的三冲量双回路给水自动调节系统。（2）、喷水减温锅热蒸汽温度自动调节系统：采用具有超前微分信号的双冲量蒸汽温度自动调节系统。（3）、燃烧过程自动调节
17、系统：采用烟气含氧量校正的燃烧过程自动调节系统。各燃烧器的煤气、热空气调节阀全部独立。热风阀的开度与煤气阀的开度基本相同，最终开度由氧量计来调节。（4）、锅炉配风自动调节。（5）、炉膛负压自动调节。以上自动调节系统均是由INFI90 OPEN系统提供的组态语言功能块图进行编辑和编译。下面以锅炉汽包水位自动调节系统为例来简述INFI90 OPEN系统的控制功能。首先，根据经验公式：系统中的计算公式模块进行主汽流量、给水流量、汽包水位的补偿计算，用来消除现场环境、测量方法和测量工具带来的误差。其次，按照给水控制方框图，利用系统提供的组态语言-功能块图进行编辑和编译。先把计算公式计算出的汽泡水位信号
18、引入主PID，然后，该信号与给定值（主PID内给定）做一个偏差报警处理（是算法块PID的一个属性），报警信号送给一个中间量点；再把主汽流量信号作为前馈，把给水流量信号作为反馈加入副调节器，把主调节器的输出作为副调节器的串级输入；最后，把副调节器的输出送给软手操器，软手操器输出（经过函数变化）作为DCS的输出与外回路的硬手操器相联系。软手操器的输出与阀位做一个偏差报警送与一个中间量点，作为给水自动逻辑控制的一部分。使当前状态为手动状态，需要跟踪时，副调节器和软手操器跟踪阀位反馈，主调节器跟踪主汽流量与给水流量的加权减法。 第三，把上述过程中用到点赋予地址进行编辑。最后进行编译，编译成功后，下装组
19、态。这样就完成了锅炉给水控制的离线组态工作。 4、电动门控制功能 INFI90 OPEN系统可以方便的进行电动门的操作。并可方便的在软件上实现电动门的超时保护，开关的互锁以及电动门的各种报警状态。电动门的在线操作画面非常清楚，开关状态明了，操作起来非常方便。四、 结束语利用INFI90 OPEN系统生成的中小型DCS系统人机界面友好，功能灵活，操作简单，测量数据准确，安装方便。能实时检测各运行参数，使操作人员直观、方便地掌握本体设备的运行状态，指导运行人员合理操作、管理和调度机组设备，既可发挥人的主观能动性，又能对现有工况进行客观具体的分析和研究；系统可以在线组态并进行下装，现场控制站的I/O插件可以带电拔插，有冗余的插件还能够自动进行无扰切换，这为检修和维护带来了极大的方便；采用的冗余总线双网结构及串型的现场CAN总线结构又大大地提高了系统的安全性和可靠性，这也便于系统的开放和扩展。系统的性能价格比高，便于扩充，便于改造，对于我国的中小型电厂的自动化建设具有一定的推广价值。作者简介：王丽平，女，1981年6月出生，河北省迁西县人，身份证号，联系电话，大专学历，从事自动化仪表维护工作。专心-专注-专业