集散型自动控制系统

集散型自动控制系统（精选10篇）

集散型自动控制系统 篇1

高压风是煤矿井下掘进设备和选煤设备的重要动力源, 风压的稳定是设备高效、安全运行的重要保证。气压过低, 会造成设备不能正常工作;气压过高, 则会造成输气管道破裂漏气和用气设备不安全。因空气压缩机的工作方式属连续性工作, 而用气设备属间歇、时段性工作, 要保证供气设备稳定供气, 空气压缩机需要连续运行。赵固一矿空气压缩机房安装9台螺杆压风机, 一般采用多台并行工作, 造成空气压缩机用电量和维修费用的增大, 导致能源浪费, 同时, 过高的风压极易造成管路损坏, 带来极大的安全隐患。采用空气压缩机自动控制系统对管道压力、空压机实现了自动调节、闭环控制, 保证了用气设备稳定供气, 确保现场设备、输气管道的运行安全和人员安全。

1工作原理

控制系统对压风机房设备实现集中监控和管理, 系统采用PLC+CRT控制方式, 利用PLC对整个系统中的设备进行数据采集和控制, 并在计算机CRT上直观、动态地显示出来。计算机和PLC之间通过数据通信接口进行通信。PLC主站能与每台压风机操作面板上的PLC进行数据通信传输, 实现联动控制;当供风主管路压力变送器检测到风压降低到0.55 MPa时, 延时5 min后自动投入一台累计运行时间最短的压风机。若风压仍不能达到0.75 MPa时, 延时5 min后再自动投入一台累计运行时间最短的压风机运行, 依次类推, 直至风压达到0.75 MPa为止;当供风主管路风压高于0.85 MPa时, 自动停运一台运行时间最长的压风机。风压若仍高, 再切除剩余压风机中运行时间最长的一台压风机, 依次类推, 直至风压降到0.80 MPa时为止。能自动将连续运行达24 h的压风机停运, 并自动投入已连续停用时间最长的压风机。

2自动控制系统构成

采用先进的工业计算机、可编程控制器、智能仪表、数据通信技术以及各种智能传感器组成了集散型自动化控制系统, 实现了集中控制与分散控制相结合。控制系统由管理层、操作层、控制层和现场设备四大层次组成。管理层和操作层采用双机热备和双通信冗余技术, 采用设备网、工业冗余以太网、局域网和Modbus485网的通信方式形成了管理控制一体化的网络结构。管理层向上与企业管理站组成高速局域网, 为管理者提供决策信息。

3硬件结构

该控制系统硬件采用模块化结构, 现场单元采用智能化模块, 端子采用插拔式接线方式, 现场若发生故障时, 维修人员可以方便、快速地进行更换, 而不影响正常的生产。监控计算机、PLC控制柜设在压风机控制室内。监控计算机与PLC控制柜采用高速通信网络进行通信, 监控计算机与压风机组的PLC采用RS-485进行通信。系统通信网络采用开放式的总线结构, 为以后远期工程系统功能的扩展提供了条件。

PLC控制柜内设以太网接口, 供监控计算机与中央控制室监控计算机进行通信, 实现了主备互换、相互冗余。

4功能特点

(1) 控制系统的编程语言支持顺序功能块图、功能块图、结构化文本, 运行平台:Windows NT/XP/2000, 全面支持ActiveX 技术, 提供极其灵活的面向对象的动态图形功能以及丰富的图形库。

(2) 具备工艺流程画面显示、曲线趋势图显示、数据存储、参数处理、历史数据查询、实时报警、配方更改、工艺流程更改、制表打印等功能。

(3) 采用高性能的I/O 驱动, 并支持目前主要硬件厂商支持的OPC (OLE for Process Control) 标准驱动程序。

(4) 具有强大的数据库连接能力, 支持Microsoft 开放数据库互连 (ODBC) 接口。

(5) 采用分布式Client/Server 体系多用户结构, 支持实时数据共享和分布式历史数据库。

(6) 采用内嵌脚本语言, 灵活方便地解决控制过程中所遇到的各种复杂问题。

(7) 具有完整的安全保护特性, 可满足多个不同安全级别用户使用, 并为划分不同安全区域的控制系统提供安全保护措施。

(8) 采用软逻辑组件, 为用户使用无控制策略的板卡、模块、控制器等提供了灵活的解决方案。

(9) 实现3种控制方式:自动控制方式、远方操控制方式、就地手动操作方式, 3种控制方式可根据现场实际情况任意切换。

5应用效果

集散型自动化工控制系统采用Windows NT的人机对话实现过程状态的显示、报警、打印、报表、趋势记录和操作, 实现了信息管理集中化, 以及连续控制、顺序控制和离散控制等设备运行自动化。

(1) 根据用气的高峰期和低谷时段自动开停空压机数量, 合理调整供气量, 满足用气设备的需要;节能效果明显提高。

(2) 对设备进行信息化管理, 使设备运行在最佳状态, 提高设备的运行效率, 减少维护量。

(3) 压风机房实现无人值守全自动化运行。

(4) PLC主站能与每台压风机操作面板上的PLC进行数据通信, 实现联动控制。

(5) 具备对进线柜各压风机的配电柜进行操作功能, 并可检测各开关柜上的电流、电压。

6结语

集散型的自动化控制系统在煤矿空气压缩机房的应用, 实现了空气压缩机无人值守自动化运行, 保证了供气稳定, 保护了现场设备, 实现了输气管道的运行安全和人员安全, 提高了设备的运行效率, 减少了维护量。

摘要：通过对压风机房设备实现集中监控和管理, 由PLC完成数据采集处理和程序控制功能, 然后通过数据通信网络集中到计算机实现该系统的远程操作和监控。控制系统由管理站、操作站、控制站、设备站和智能仪表构成, 采用先进的工控产品和数据网络总线技术, 实现了压风机房无人值守24 h全自动运行。根据用气的实际情况增减风机、调节风量, 保证了气源稳定, 使设备安全运行且降低能耗, 提高了经济效益, 为推行企业信息化管理创造了有利条件。

关键词：集散型自动控制系统,压风机房,高压风,煤矿空气压缩机

参考文献

[1]中华人民共和国电力工业部.GB 50254—96电气装置安装工程低压电器施工及验收规范[S].北京:中国计划出版社, 1996.

[2]中华人民共和国电力工业部.GB 50258—96电气装置安装工程低压电器施工及验收规范[S].北京:中国计划出版社, 1996.

[3]王维俭.电气主设备继电保护原理及应用 (第1版) [M].北京:中国电力出版社, 1986.

[4]李树雄.可编程控制器及应用教程[M].北京:北京航天大学出版社, 2003.

[5]李仁.自动化装置及其应用[M].北京:机械工业出版社, 1985.

[6]吴秀清, 周荷琴.微型计算机原理与接口技术 (第2版) [M].合肥:中国科技大学出版社, 2001.

集散型自动控制系统 篇2

（1）SCC：Supervisory Computer Control 计算机监督控制（2）DDC: Direct Digital Control 直接数字控制（3）DCS：Distributed Control System 集散控制系统

（4）CIMS：Computer Integrated Manufactured System 计算机集成制造系统（5）FCS：Fieldbus Control System 现场总线控制系统

（6）CIPS：Computer Integrated Process System 计算机集成过程系统（7）PLC：Programmable Logic Controller 可编程逻辑控制器

关于DCS: 集散型控制系统，又称分布式控制系统。是计算机技术（Computer），通信技术（Communication），图形显示技术（CRT）,控制技术（Control）的发展产物。主要特点：可靠性高，灵活的扩展性，完善的自主控制性，完善的通信网络。设计思想：危险分散，控制功能分散，操作和管理集中。

DDZ_II DDZ_III:电动单元组合仪表

II特点：

（1）采用0-10mA的直流电流为统一的联络信号（信号制式），只有电流输出。

方便各单元联系

（2）将整套仪表分为若干能单独完成某项功能的典型单元

（3）信号下限从0开始，便于模拟量的加减乘除开方等数学运算，并能使用通

用刻度的指示、记录仪表。

III特点：

（1）采用国际上统一使用的4-20mA的直流电流或者1-5V的直流电压作为联络

信号（信号制式），信号电流与电压转换成电阻250欧姆。现场与控制室之 间的信号传输采用电流传输方式，控制室内的仪表之间使用电压传输方式。（2）信号下限不是从0开始，使仪表的电气零点和机械零点得以分开，便于检验信号传输线是否断线以及仪表是否断电，并为现场送变器实现两线制（既是电源线又是信号线）提供可能性。（3）集中统一供电，采用线性集成电路

SCC结构

计算机定时采集生产过程参数，按指定的控制算法求出输出关系和控制量，并通过一定方式提供现场信息。可以不经过人员的参与而直接对生产过程施加影响。闭环结构

DDC结构

计算机对被控参数进行检测，再根据设定值和控制算法经过运算输出到执行机构，是参数稳定在给定值上。

DCS主流网络协议： OSI：七层

TCP/IP：TCP（传输控制协议）和IP（网际协议）FF:Fieldbus Foundation现场总线基金会 FCS主流协议：

CAN: Controller Area Network 一种有效支持分布式控制系统的串行通信网络 性能高，可靠性高，传输速率高。采用一种称作广播式的传输工作方式，其特点是废除了传统的以节点地址为中心的编码方式，而代之以基于数据块的编码方式 LonWorks：Local Operation Networks 特色是智能节点，可以脱离上层的管理工具自行完成数据采集和处理，并能与其他节点共享数据。节点内部可以编程 ProfiBus： 应用最广泛，包括12M的高速总线DP和用于过程控制的低速总线PA，完美结合使其在结构和性能上优越于其他总线 FF：

DeviceNet：CAN总线的基础上建立起来的，开放，低成本，高效率，高可靠性

AI采集温度信号

现场PLC电源电源rCRRRRrBRTDRTADrRrRr 1-5V转化为4-20mA

这个电路叫郝兰德电路，是典型的电压电流转换电路。其特点是负载电阻有一端接地(恒流源通常有这个要求)，而取样电阻两端均不接地。之所以能够实现这个要求，关键就是上面一个运放和电阻的匹配。上面一个运放显然是跟随器，其输入阻抗很高，可以看成开路，其输出阻抗很低，可以看成电压源，而电位与Rs右端相同。这样就避免了R2中电流对输出的影响(R2不从输出端取用电流)。利用运放的虚短和虚断可以退出加在RL两端的电压是 V*RL*R2/R1/RS,因此流过RL的电流IL为V/RS*R2/R1,与负载无关。由运放虚短概念可知，V2=V1,V5=V4 V3=V2+(V2/R3)*R4 ―> V3=V2*(1+R4/R3)=V1*(1+R4/R3)V1=R1*(V5-V)/(R1+R2)+ V －> V5=V1*(1+R2/R1)–V*(R2/R1)

= V3

–V*(R2/R1)= V4 采样电阻RS两端的电压为：V4-V3= V*(R2/R1)流过RS的电流为：(V*(R2/R1))/RS，其大小与负载电阻RL无关，受输入电压V

控制。电流源

4-20mA转化为0-5V

看门狗电路原理

看门狗芯片和单片机的一个I/O引脚相连,该I/O引脚通过程序控制它定时地往看门狗的这个引脚上送入高电平(或低电平),这一程序语句是分散地放在单片机其他控制语句中间的，一旦单片机由于干扰造成程序跑飞后而陷入某一程序段不进入死循环状态时,写看门狗引脚的程序便不能被执行,这个时候,看门狗电路就会由于得不到单片机送来的信号,便在它和单片机复位引脚相连的引脚上送出一个复位信号,使单片机发生复位,即程序从程序存储器的起始位臵开始执行,这样便实现了单片机的自动复位.RTOS 当外界事件或数据产生时，能够接受并以足够快的速度予以处理，处理的结果又能在规定的时间内来控制生产过程或度对处理系统做出快速响应，并控制所有实时任务协调一致运行。特点：

 实时：每个可执行的任务都能及时响应，都可享用“时间片”。 多任务：多个程序并行执行。

 响应异步实体：能够接受来自外部的中断

 能够保证任务切换时间：必须有定时系统和实时时钟

 必须有尽快的中断响应时间：即对最高优先级中断的快速响应  可以实现多任务调度功能：循环、优先级  必须可以实现同步和互斥功能：资源共享

CSMA/CD 优点：原理比较简单，技术上易实现，网络中各工作站处于平等状态，不需要集中控制，不提供优先级控制

缺点：网络负载增大时，发送时间增加，发送效率急剧下降。

原理：发送数据前先侦听信道是否空闲。如果空闲，则立即发送数据。如果忙碌，则等待一段时间至信道中的信息传输结束后再发送数据。若在上一段信息发送结束后有两个或以上的节点都提出发送请求，则判定为冲突。冲突的话就立即停止发送数据，等待一段时间后再重新尝试。先听先发，边发变听，冲突停发，随机延迟后重发。Token Bus/Token Ring 令牌总线（Token Bus）是一种在总线拓扑结构中利用令牌（Token）作为控制节点访问公共传输介质的控制方法。在令牌总线网络中，任何一个节点只有在拿到令牌后才能在共享总线上发送数据。若节点不需发送数据，则将令牌交给下一个节点。

CSMA/CD与Token Bus都是针对总线拓扑的局域网设计的，而Token Ring 是针对环型拓扑的局域网设计的。如果从介质访问控制方法的角度看，CSMA/CD属于随机型介质访问控制方法，而Token Bus 和Token Ring属于确定型介质访问控制方法。Token Bus适用于实时性要求较高的场合。OSI的七层：

 物理层:数据单位为比特。为数据端设备提供传送数据的通路  数据链路层：数据单位为帧。为网络层提供数据传送服务

 网络层：数据单位为数据包。选择合适的网间路由和交换节点，确保数据及时传送。主要设备是路由器  传输层：数据单位为数据段。

 会话层：以后单位均为报文。不参与具体的传输，提供包括访问验证和会话管理在内的建立和维护应用之间通信的机制。如用户登录验证。

 表示层：主要解决用户信息的语法表示问题。将某一用户使用的抽象语法转化为OSI系统内部使用的传送语法。如数据的压缩和解压缩，加密和解密。 应用层：为操作系统或网络应用程序提供访问网络服务的接口。TCP/IP：

 网络接口层：定义物理介质的各种特性。

 网络层：负责相邻计算机之间的通信。Ip协议是网络层的核心

 传输层：提供应用程序之间的通信；格式化信息流，提供可靠传输。接收端必须发回确认，并且假如分组丢失，必须重新发送  应用层：提供常用的应用程序

PID：

U(t)Kc[e(t)1Tit0e(t)dtTdde(t)]dt

U(k)U(k)U(k1)Kc{[e(k)e(k1)]TTe(k)d[e(k)2e(k1)e(k2)]}TiT

PID整定方法：

（1）临界比例度法/闭环震荡法

通过试验得到临界比例度PB和临界周期Tk，然后根据经验公式求出控制器各参考值。被控系统稳定后，首先将积分时间放大最大，微分时间放到0，相当于只使用比例作用。然后观察其阶跃响应，从大到小逐步把控制器的比例度减小，看测量值震荡的变化情况，当产生恒定幅度和周期的震荡波形时，记下PB，Tk。然后根据经验公式求得PID参数。

特点：不需要求得控制对象的特性，而可以直接在闭合的系统中进行整定，适用于一般的系统。对于临界比例度比较小的系统不适用，而且有的系统是不容许震荡的。

（2）衰减曲线法

跟1差不多，只是不是等幅振荡，而是衰减4:1或者10:1的时候记下衰减比例度Ps和衰减周期Ts，然后根据经验公式求得

特点：简单实用，适用于一般的控制系统。但是对于干扰频繁，记录曲线不规则，不断有小摆动时，难以获取有效参数，不适合用。（3）经验凑试法

选取一个合适的P，Ti作为起始值；改变参数观察曲线变化形状，不断改变参数满足需求。然后在此基础上加入微分作用，选取微分参数后试着减小P，Ti凑试，得到最佳结果为止。Pid各参数的作用：

Kp越大，被控曲线越平稳。但是会产生余差，需要引入积分作用。Ti：消除余差

Td：超前控制，在偏差大之前调整

IEC标准编程语言： 1 梯形图：适合于逻辑控制 功能块图：合适于典型固定复杂算法控制如PID调节 3 顺序功能图：适合于多进程时序混合型复杂控制 4 指令表：适合于简单文本自编专用程序 结构化文本：适合于复杂自编专用程序，如特殊的模型算法 未来组态的发展：

组态就是利用工控软件中提供的工具和方法来完成工程中某一具体任务的过程，这个软件就叫做组态软件。

组态软件作为一种工业信息化的管理工具，其发展方向必然是不断降低工程开发工作量，提高工作效率。易用性是提高效率永恒的主题，但是提高易用性对于提高开发效率是有限的，亚控科技则率先提出通过复用来提高效率，创造性地开发出模型技术，并将这一技术集成到KingView7.0中。这一技术能将客户的工程开发周期缩短到原来的30%或更低，将组态软件为客户创造价值的能力提高到了一个新的境界，代表了组态软件的未来。

组态软件的发展必将沿着更好的人机交互、更加逼真的画面、能满足客户个性化需求、具备行业特征和区域特征、具有很好的开放性、信息唾手可得和更高的可靠性以及大型SCADA的方向发展。

FCS：

减少接线和安装的原因：由于现场总线系统设备前端的智能设备能执行多种功能，可以减少变送器的数量，也不需要信号的调理转换、隔离技术等，节省了一大笔硬件投资。

现场总线的接线非常简单，由于一对双绞线或一条电缆上通常可以挂接多个设备，所以电缆、端子、槽盒、桥架的用量大大减少。当需要增加现场控制设备时，无需增加新的电缆，可就近连接在原有的电缆上，这样可以节省大量的电缆。特点：

适应工业应用环境，要求实时性强，可靠性高，安全性好。多为短帧传送，通信的传输速率相对较低。

结构：全分布、网络集成式控制系统。企业的底层网络

FCS区别于DCS的特点

 系统的开放性、互用性  摆脱了传统常规模拟仪表的束缚  在各个层次上都采用了数字通信技术  系统结构的高度分散

 数字仪表在生产现场构成虚拟控制站(Virtual control station)

CAN总线： 特点：

 CAN不采用节点地址编码，而是对报文编码，节点通过报文滤波决定是否与其有关，即接受或发送相应的报文。

 CAN采用多主工作方式，节点不分主从。

 CAN总线节点报文分成不同的优先级，满足不同的实时需求。 CAN总线采用总线仲裁技术，保证优先级高的节点实时传输报文。

工业以太网与商业以太网的区别：

商用以太网具有价格低、通信速率和带宽高、兼容性好、软件资源丰富、广泛的技术支持基础和强大的发展潜力等优点。但是以太网采用了载波侦听多路访问/碰撞（冲突）检测（CSMA/CD）的传输规范，这无法满足工业控制中的实时性、确定性、可重复性等方面的要求；此外，现有的高层协议也无法满足工业控制要求。工业以太网需要应对更为恶劣的环境需求。工业以太网的优势

 可满足控制系统各个层次的要求，利于管控一体化。 设备成本下降。

 用户拥有成本下降。（维护） 易与Internet集成。 广泛的开发技术支持。 大量的现有软件资源。以太网的优势：

工业以太网面临的问题

 通信实时性

 环境适应性与可靠性（结构、连接器） 总线供电（5类线中的空闲线，10-36V） 本质安全（防爆安全栅）

本质安全是指通过设计等手段使生产设备或生产系统本身具有安全性，即使在误操作或发生故障的情况下也不会造成事故的功能。具体包括失误—安全（误操作不会导致事故发生或自动阻止误操作）、故障—安全功能（设备、工艺发生故障时还能暂时正常工作或自动转变安全状态）。

本质安全防爆方法是利用安全栅技术将提供给现场仪表的电能量限制在既不能产生足以引爆的火花，又不能产生足以引爆的仪表表面温升的安全范围内，从而消除引爆源的防爆方法。

现场总线的发展趋势： 1.注重系统的开放性

2.注重应用系统设备间的互操作性 3.注重控制网络与公用数据网络的结合 4.注重使测控设备具备网络浏览功能 5.以太网已直接进入控制网络

6.多种通信方式下的数据传输与数据集成，管控一体化目标下的数据综合利用

PLC 优点：

1.编程方法简单易学 2.功能强，性能价格比高

3.硬件配套齐全．用户使用方便。适应性强 4.可靠性高。抗干扰能力强

5.系统的设计、安装、调试工作量少

6.维修工作量小，维修方便 7.体积小，能耗低

集散型自动控制系统 篇3

【关键词】集散控制系统；工业应用；现场安装

现阶段，在工业生产控制领域，集散控制系统是应用最广泛的系统，其可以实现工业生产的大部分控制。由于当前市场上的集散控制系统种类繁多，而且系统组态也各不相同，所以这就决定了安装与调试方法也不相同。在本文中，笔者结合自身的理论知识和工作实际，探讨了在工业领域应用广泛的DCS现场安装与调试。

一、集散控制系统概况

集散控制系统（DCS），又被称之为计算机控制系统，它以计算机数据处理器为基础，是一种集中分散式的集散控制系统。该系统利用计算机，可实现对生产过程的监测、操作与管理、分散控制，是一种全兴的控制系统。

随着我国经济社会发展的转型升级，科学技术日新月异的发展，对产业自动化提出了更高的要求，我国的各行业引进了不同类型的集散控制系统。该系统在石油、炼油、化工和冶金等领域应用广泛。集散控制系统主要包括计算机技术、数据处理技术、通讯网络技术和测量控制技术、CRT图形显示技术等，是由这些技术集合而成的。

当前，市场上的集散控制系统的种类比较多，系统的组态也各不相同，这就决定了系统的安装与调试方法不同。但是，该系统的设计原理是相同的，安装与调试虽然存在差异，但相同的地方占大部分。工业上应用的DCS系统的安装主要包括中央控制室和生产装置这两个区域。

二、DCS的现场安装

（一）系统硬件的安装

在现场安装之前，需要制定完成的安装作业方案，并按照系统硬件安装的流程检查测仪表、系统设备、控制装置和卡件等。系统硬件的安装主要包括三部分，具体的流程为：

（1）施工准备——设备及插件开箱检查——桥架与线槽安装——现场仪表安装与调试——现场电缆敷设——配管与校接线——现场仪表与装置、DCS接线柜的连接——系统调试；

（2）施工准备——设备及插件开箱检查——盘柜底座及支架安装——DCS机柜安装——辅助装置安装——插件安装与检查——通讯电缆敷设——DCS软件调试及冷态回路试验——现场仪表与装置与DCS接线柜连接——系统调试；

（3）施工准备——设备及插件开箱检查——接地极施工——接地系统安装——接地电阻复测——电源系统安装与调试——DCS软件调试及冷态回路试验——现场仪表与装置与DCS接线柜连接——系统调试。

（二）系统的检查与调试

集散控制系统（DCS）必须遵循科学的工序来进行，从而保证项目的完整性和检测内容的深度。系统检查与调试的工序是：确定系统设备运行的状态—测试运行中故障连接的冗余测试——通道和精度和参数的检查与测试——检查自动控制系统的自动控制功能。

（1）系统的上电和测试。系统在上电之前，应确保系统的上电不会对系统设备造成不利影响，保证其处于工作状态，并对需有关项目进行二次检查。检查完之后，则按照上电的步骤进行上电。上电的步骤：打开供电的总开关——打开各设备的电源——设备加电——检查加电是否正常——接通服务器、操作站和通信主站——打开现场控制总电源——接通个I/O电源开关。

对于硬件的测试，需要首先检查各个设备，确认其准确无误后方可上电，待设备正常运行之后，按照测试程序测试各个硬件设备，检查系统的工作是否处于正常状态。

对于软件的安装，应使用系统中原有的软件系统、组态结果和数据库软件等来安装系统的软件。启动网络的各个节点，查看系统是否正常显示。

（2）检查冗余功能。调试出系统的状态显示画面之后，确认控制器上的OK；这使在另外一个操作台上调试出含有一个位号的一组画面，并通过4mA～20ADC信号记录该信号，把主控制器电源调制“OFF”状态，从而确认控制器是否自动投入运行。其次，严格检查控制站冗余I/O卡件。通过检查系统的冗余功能，软件手动切换从通讯电缆，从而确认系统的运行是否正常。

三、集散控制系统的调试

（一）硬件的调试

集散控制系统硬件的调试主要包括线路的检查、电源测试、系统测试，以及机柜冷却系统的检查、上装软件的检查、操作站通电检查等。集散控制系统硬件的调试主要是对各个部分进行单体测试，由于各种设备调试的要求不同，所以硬件系统的调试必须按照相关的技术指导书或者操作规范来开展。

（二）DCS软件的调试

DCS软件的调试指的是通过系统的操作站来检查软件的各项功能是否正常，组态是否正常，回路系统是否正常等。具体的调试程序如下：

（1）软件复原调试。系统软件和应用软件的复原调试，需要在DCS系统生产厂家的配合下来完成，主要检查的系统软件的版本是不是正确、应用软件是否齐全等。

（2）组态测试。组态测试主要是把通讯、系统外设等初始化。

（3）操作站、工程师站：按照系统设备手册或者操作规范严格检查操作站、工程师站和值长站的基本功能是否齐全。

（三）DCS系统的调试

DCS是不是按照工艺和工程设计要求生产装置开展监测，需要通过完整的回路来测试和控制等。集散控制系统的调试，是在设备安装完成之后，对系统的硬件、组态等进行校验，检查系统的软件、硬件是否满足客户的要求。系统调试主要包括以下几个部分：单回路调试、复杂回路的调试、联锁与报警系统的调试和特殊系统的调试等。

结语

随着我国工业化进行的不断加快，以及科学技术日新月异的发展，集散控制系统得到了广泛的应用，其对于提高工业生产的控制水平，具有重要的意义。在本文中，笔者结合自身的理论知识和工作实际，从集散控制系统的概念出发，探讨了系统的现场安装与调试，主要包括硬件的安装与调试、系统的安装与调试两个方面。

参考文献

[1]岑振伟.集散控制系统的现场安装与调试[J].科技视界（机械与电子），2012（9）

[2]赵志勇.集散控制系统的现场安装与调试[J].科技资讯（工程技术），2009（32）

[3]黄树贤.DCS系统的使用与维护[J].华章，2012（26）

[4]赵桂玉.DCS控制技术在生产过程中控制领域的应用[J].黑龙江水利科技，2009（12）

作者简介

锅炉集散控制系统 篇4

关键词：PLC,锅炉控制系统,WINCC

1. 引言

集散控制的基本思想是集中管理, 分散控制。即将自动控制过程与操作管理人员对自动控制过程的管理过程相对分散;自动控制过程由各控制站相对独立地自动完成, 而操作人员对自动控制过程的管理则由中央控制室的操作站来完成。中央操作站与各现场控制站既各自相对独立地运行, 从而将各种故障限制在局部范围内;又相互进行实时数据通讯和信息交换, 实现了操作人员在中央控制室的操作站对整个自动控制过程进行管理和调整。

本系统由一套PLC和两台上位机组成。PLC对现场的数据进行采集判断, 对风机、泵和电动调节阀等进行控制, 同时将现场数据通过通讯传送到上位机显示监控。

2. 系统概述

每台锅炉采用一套PLC作为现场控制站及一台工控机作为操作员站, 并且各操作员站之间通过工业以太网相互连接, 各操作员站之间可作为相互备用, PLC控制站对整个锅炉和辅机所有工业参数进行采集、数据处理和控制。

3. 硬件组成

PLC控制系统由工艺过程监控系统、通讯系统、可编程序控制器及检测仪表组成。PLC选用的是SIEMENSS7-300可编程序控制器, 它具有模拟量、开关量的采集处理和计算功能以及逻辑控制、计时比较等顺序控制功能, 并且具有集成的批处理功能和高速数据通讯网, 以满足连锁控制的快速响应的要求。

监控级应用软件为WINCC监控软件。它具有实时数据库、趋势和实时图表、模拟画面、报警管理、数据库巡航等功能, 采用全汉化界面, 设计有工艺流程图、各工艺单元流程图、趋势图、报警、各种设备的操作和参数设定画面。

操作站以高性能的研华工业控制计算机为核心, 具有超大容量的内部存储器和外部存储器, 同时配置了两个冗余的网路适配器, 实现与过程控制网连接。

4. 锅炉控制

4.1 控制思想

由于水温和汽化压力存在一定对应关系, 因此为保证锅炉在运行中不发生汽化, 必须维持一定的压力。锅炉的调节依据出锅炉的热水的温度来调节燃烧系统中的风与煤。锅炉送风、引风、给煤通常采用变频调节实现。由于锅炉的回水量会有损失, 因此在锅炉的回水管道上需向锅炉系统补水, 通过回水压力决定补水量的大小。

4.2 控制回路

PLC对锅炉的循环水流量、补水流量、炉膛负压、出水温度进行控制。

4.2.1 燃烧调节 (锅炉出水温度、给煤、送风调节)

锅炉燃烧控制依据供热负荷的不同, 通过调节给煤量、送风量, 保证锅炉出口热水温度维持在需要的值上。燃烧给煤、送风调节依据出水/回水温差、热水流量与温差变化进行调节。煤量和风量依据比例函数予以配比, 从而维持一个合适的风煤比例关系。

4.2.2 炉膛负压调节

为使炉膛压力维持在一定负压范围内, 实现鼓风及引风的平衡, 保证安全、合理燃烧。炉膛负压调节采用单回路+前馈调节方式实现。框图如下:

4.2.3 补水控制

采用常规PID控制。补水泵作用: (1) 补充水量; (2) 维持锅炉入口水压。

4.2.4 联锁停炉控制

联锁停炉按先停送风机, 后停引风机的程序执行。

5. 操作显示画面

本系统具有强大的显示功能和丰富的显示画面, 机组运行人员可以通过操作站上显示的各种画面实现对机组运行过程的操作和监视。运行人员可对画面中任何被控装置进行手动控制和手动切换等。对顺控过程, 模拟图能反映出运行设备的最新状态, 用文字显示出自动程序目前进行至哪一步。若自动程序失败, 画面将用文字显示当前步。同时该文字背景颜色发生改变, 发出故障报警声。

5.1 模拟图

用二维或三维的图形形象的表示锅炉、辅机、用电等子系统的工艺流程, 活参数每秒进行刷新。活参数包括模拟量数据、开关量状态、液位、竖棒等。流程图上工艺设备的颜色由当时该设备的开入状态决定, 状态变化时相应的设备的颜色也随之变化。模拟图上的所有设备均可直接操作, 如泵、风机、阀门、开关等的投切或开关。

5.2 相关画面

由几个主要参数及若干与其相关的参数组成, 以便对主要参数的综合监视与分析。当主要参数越限或开关量调变时, 可自动推出相关画面。

5.3 各种一览画面

其中包括模入一览、开入一览、计算一览、追忆一览、成组一览、模入报警一览、开入跳变一览等。一览画面为运行人员提供了检索系统数据库的手段。

5.4 启停曲线

在机组启动或停机阶段, 将机组主要参数如主汽温度、主汽压力等组成一幅随时间变化的曲线图, 它们具有共同的时间坐标及各自的量程坐标, 并可以在组态时用虚线给出各自的设定曲线, 以指导机组启停操作。

5.5 历史曲线

操作员站可以用曲线的形式向运行人员提供历史数据记录。历史曲线的量程坐标及步长可变, 光标所在位置对应时间的参数值显示在屏幕上方。

5.6 趋势曲线

显示当前参数运行曲线, 向运行人员提供所监视参数的变化情况和趋势。

5.7 经济计算及效率监控画面

向运行人员提供实时经济计算及偏差分析结果, 以三分钟均值、时均值、班均值分页显示, 指导运行人员最佳经济运行操作。

5.8 棒图

棒图以三维立体竖棒的长短表示模拟量的数值变化。

5.9 控制成组画面

每个控制回路为一个三维立体单回路调节器面板, 其中定值用数值及箭头表示, 过程值、输出值用数值及条形图表示, 阀位用数值及滑块表示, 控制回路运行方式用字符和模拟键表示。

5.1 0 控制回路画面

控制回路画面中除了表示该回路的单回路调节器面板外, 还包括定值、过程值、输出值、自选量的趋势曲线;控制回路内部参数表;显示量程;自选量的名称、数据等。画面上的曲线可用时标增大和时标减小键改变时间标度。

6. 结束语

该锅炉控制系统具有以下特点:

(1) 具有集散系统的安全性、冗余功能、网络扩展功能、集成的用户界面及信息存取功能。

集散型自动控制系统 篇5

摘要：文章针对除灰系统中空气压缩机能耗大、自动化程度低等问题，利用集散控制系统和变频器对空压机进行了变频改造，实现了空压机供气PID自动恒压调节，节能效果显著。

关键词：空压机；集散控制系统；恒压供气；PID变频；改造节能

中图分类号：TH457 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）11-0038-02

司家营铁矿热电车间共有两台螺杆式空压机，为除灰系统提供吹扫气源，是锅炉运行的重要设备，其运行状况的好坏直接影响车间的正常生产。针对上述问题，司家营铁矿热电车间对空压机控制系统进行改造以达到节能增效的效果。

1 螺杆式空压机工作过程及存在问题

1.1 螺杆式空压机工作过程

螺杆式空压机工作过程如图1所示：

如图1所示，空气经过空气过滤器过滤掉杂货和尘土等，经吸气调节阀进入到压缩腔，与此时被喷入的冷却润滑油混合，由电动机加压压缩成高压混合气体，经过储油罐进入油/气分离器，经过一系列的碰撞、重力离心等作用，空气与油分离，空气经过空气冷却器进入储气罐为系统供气，而油经过油过滤器和冷却器进入压缩器进行新一轮的油气混合。

1.2 空压机存在的问题

（1）空压机加载、卸载过程中，耗能较高，造成极大的浪费。（2）空压机房工作环境恶劣，噪音大。（3）自动化程度低，输出压力依靠调节阀人工调节，速度慢，精度低，供气压力不稳定。

2 空压机变频改造方案

2.1 空压机经济运行分析

根据空气压缩理论和异步电动机原理，空压机的轴功率、排气量和轴转速符合下列公式：

PL——空气压缩机功率

TL——空气压缩机转矩

nL——空气压缩机转速

根据上述理论分析，在空压机的汽缸容积一定的前提下，只有调节空压机的转速才能改变排气量。由于空压机是恒转矩负载，空压机轴功率与转速呈正比变化，因此通过调节空压机的转速来调节供风压力，是空压机经济运行的有效方法。

2.2 变频器的节能原理

由电机学知识可知，异步电动机的转速n与电源频率f、转差率S、电机极对数p三个参数有如下关系：

由此可知，在电机极对数p一定且转差率S又变化很小的情况下，转速n基本上与电源频率f成正比，即改变电源频率就可以改变电动机的转速。因此，可以利用变频器的调速功能调节空压机的转速，实现空压机的经济运行，以达到节能的目的。

2.3 集散控制系统介绍

集散控制系统（Distributed Control System）是以微处理器为基础的集中分散控制系统，可对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制，简称DCS系统。该系统将若干台微机分散应用于过程控制，全部信息通过通信网络由上位管理计算机监控，实现最优化控制，整个装置继承了常规仪表分散控制和计算机集中控制的优点，克服了常规仪表功能单一、人-机联系差以及单台微型计算机控制系统危险性高度集中的缺点，既实现了在管理、操作和显示三方面集中，又实现了在功能、负荷和危险性三方面的

分散。

2.4 空压机变频改造方案

恒压供气控制系统主要由DCS、变频器、空压机、压力变送器等组成，以管网压力为控制对象，设计的控制原理图如图2所示：

执行机构为变频器，采用V/F控制方式进行调频，根据偏差按设定的PID控制模式进行运算，从而控制变频器的频率，调节空压机电机转速，使得供气压力维持在给定压力上，实现供气的恒压控制。

为了安全运行，保留原有的工频控制模式和电气机械联锁，即工频、变频控制模式可切换运行，正常情况下，空压机以变频调速的控制方式运行，若变频器控制系统发生故障则自动切换至工频运行模式。空压机工频/变频运行模式的电气原理图如图3所示：

如图3所示，当QF1、QF2闭合时，空压机处于工频运行模式；当QF1、QF3闭合时，空压机处于变频调速模式。其中，QF2、QF3存在电气机械闭锁关系，即二者不能同时闭合。

3 空压机变频改造的实施

3.1 变频器的选型

选择变频器容量与所驱动的电动机容量相同即可。司家营铁矿热电车间共有两台复盛空压机，其型号为SA-250A，所配电机型号为Y2-355M-4，额定电压为380V，额定电流为433A，额定功率为250kW。为更好地实现恒压供气的目的，因此选用两台ABB风机泵类专用单传动变频器，其型号为ACS800-04P-320-3。

3.2 恒压控制系统的逻辑方案及PID调试

3.2.1 恒压控制系统的逻辑方案。该恒压控制系统是基于DCS控制系统完成的，其逻辑控制方案如图4。

此方案中，SELECT2为DCS组态中的模拟量二选一算法，即供气压力有两个，需选择一个压力为PID的控制对象。当无人工选择信号时，算法自动进行选择；当两个压力品质均好时，选择平均值；当其中一个压力品质坏时，则选择品质好的那一个压力；当有人工选择信号时，若条件满足（所选点品质好），则根据人工要求进行选择，选择结果的点品质也送出。

LAG为超前/滞后环节组态算法，其传递函数为：

G（s）=K（1+T1S）/（1+T2S）

式中：

K——增益系数

T1——超前时间（Sec）

T2——滞后时间（Sec）

其主要作用为通过T1、T2的设定，调节PID两个输入端信号的增益时间，排除信号传输及运算过程的延迟问题。

PIDF为组态中的PID调节器算法，为供气压力自动调节调节器，其偏差为反作用。

NORMA/M为带限值器及可调偏置的普通型软手操器，为变频器调速的界面手操作器，可实现调速的自动/手动的切换，可实现变频器的开环和闭环控制。

3.2.2 恒压控制系统的PID调试。组态完毕后，通过对PID比例系数、微分时间、积分时间的设定，方可实现供气压力的恒定调节。以即时曲线为依据，按PID调节的经验，以此设定三者的大小，根据曲线的振幅、反应时间，反复修改，最后整定出供气压力为0.7MPa时，系统正常运行的PID参数为：

PIDGAIN=0.45，即比例系数；PIDRESET=50，即微分时间；PIDDGAIN=6，即积分时间。

变频器自动投入后，供气系统运行稳定。

4 结语

随着DCS系统和变频技术的不断创新发展，无论从节能角度出发，还是自动化技术的推广应用，空压机的变频改造都将是一个必然趋势，而DCS系统则将是其首选控制系统。

参考文献

[1]周国良.压缩机维修手册[M].北京：化学工业出版社，2010.

[2]张燕宾.变频调速应用实践[M].北京：机械工业出版社，2000.

[3]吴才章，党培，郑维，等.集散控制系统技术基础及应用[M].北京：中国电力出版社，2011.

作者简介：郑德金（1984—），男，河北钢铁集团滦县司家营铁矿有限公司技术员，助理工程师；孙建华（1966—），男，河北钢铁集团滦县司家营铁矿有限公司厂长，高级工程师；杨旭（1983—），男，河北钢铁集团滦县司家营铁矿有限公司副厂长，助理工程师。

电厂集散控制系统应用分析 篇6

关键词：电厂,集散控制系统,应用

0 引言

近年来, DCS在电力生产中得到了广泛的应用, 尤其300MW及以上容量机组的热工控制已全面采用DCS控制系统, 逐步形成了数据采集DAS、模拟量控制MCS、顺序控制SCS、燃烧器管理BMS四大系统, 在汽机、锅炉等热力设备的顺序控制、数据采集以及炉膛安全监控等方面取得了成功的经验, 提高了电厂自动化水平和机组运行的安全性、经济性。

1 电厂自动控制及其系统

汽包水位自动调节系统一般采用典型的三冲量系统或串级系统, 在大型单元机组中一般设计有全程调节, 因此有单冲量, 三冲量之间的切换逻辑, 一般依据负荷来切换。采用启动电泵和汽泵的系统之间的切换, 也依据负荷来切换。大型机组的水位控制一般直接控制电泵或汽泵的转速, 给水调门全开以节约能源。

燃烧调节系统中的送风系统通常采用风煤比加氧量校正, 炉膛负压系统与送风系统之间采用动态联系, 通常设计有加负荷时先加风再加煤减负荷时先减煤后减风逻辑以及过燃烧逻辑。主汽压力调节系统通常为串级调节系统。

另外, 由于机组的自动化水平的不断提高, 对机组的运行参数的测量也提出了更高的要求, 控制用的参数测量与监视用的参数测量一般都要求有各自的测量元件, 控制用的测量参数还需要经过数据保险的有关逻辑以提高控制系统的可靠性。

开环控制包括了联锁保护、顺序控制、选线控制等控制内容。火电厂单元机组中主辅机设备都有联锁保护, 如停机停炉的大联锁, 一些重要辅机的保护跳闸, 备用泵的自启动, 成组设备的顺序启停等。这些联锁保护现在一般都能投入运行而且必须投入运行。顺控方面一般的泵或风机的子组启停控制也都能投入运行, 但锅炉风烟系统大顺控这样的成组控制因为牵涉的设备比较多而很少有经常投运的。

2 电厂DCS功能分析

目前大机组的仪控系统大多选用DCS系统。

DCS系统在火电厂发电机组控制中的应用已有多年的历史了, 而且正在越来越多地得到应用。DCS系统是相对于计算机集中控制系统而言的计算机控制系统, 它是在对计算机局域网的研究基础上发展起来的, 是过程控制专家们借用计算机局域网研究成果, 把局域网变成一个实时性, 可靠性要求很高的网络型控制系统, 运用于过程控制领域。这样的控制系统给我们带来以下一些好处:

(1) 故障分散是推出DCS系统的最大理由, DCS系统就是要解决集中控制系统致命的弱点—故障集中。故障分散的理由是DCS系统采用了大量的微处理器, 各个微处理器承担一个范围较小的控制任务, 某个微处理器故障不会影响整个系统的正常工作。

(2) 缩小控制室尺寸或控制表盘的长度。

(3) 大量缩减控制系统所需的电缆。

(4) 大量减少控制系统所需的备品备件种类及数量。

(5) 减少工艺生产的运行对仪表控制设备厂商的依赖, 减少仪控人员培训所需的费用。

(6) 提供了控制系统构成的灵活性, 具有组态便利和可扩展性。

(7) 实现过程实时参数和历史数据的管理, 提供性能计算, 设备寿命计算等功能。这是传统的仪表控制系统所望尘莫及的。

DCS系统是否确实给我们带来了这些好处呢?

以一些在火电厂单元机组控制系统中应用的DCS系统来考察, 综合分析如下:

(1) 关于故障分散。大多数DCS生产厂商现阶段所提供的系统在实际应用中并非象我们想象的那么故障分散。由DCS系统控制的火电厂单元发电机组, 因为DCS系统的某些故障而被迫停运的事情时有发生。这与传统的仪表控制系统相比后者似乎要优于前者。所以DCS系统的构成越接近传统的仪表控制系统, 即微处理器或多功能控制器所承担的控制任务从地域上越分散, 越能做到故障分散。

(2) 关于控制室的尺寸和表盘长度。这一点所有的DCS系统都能做到大大缩小。不过与传统的仪表控制系统相比, 电子室的尺寸和设备相对增加了。

(3) 关于节约电缆。由于DCS系统所采用的设备器件在现阶段来说仍然是比较娇贵, 需要防尘和空调, REMOTEI/O还不能大量使用, 因此, DCS系统的主要设备都需要安置在条件比较好的电子室, 大量的现场信号仍然需用电缆接到电子室。与传统的仪表控制系统相比, 电缆有所缩减, 但效益有限。

(4) 关于减少备品备件的种类和数量。备品备件的种类和数量有所减少, 并且需要与之打交道的仪表控制设备制造厂商也有所减少。

(5) 关于减少机组运行对仪表控制设备制造厂商的依赖。由于DCS系统在应用技术方面还不能尽如人意, 因此, 在机组运行时, 尤其在机组试行期间, DCS生产厂家的专家服务似乎成了必不可少。使得培训所需花费也有所增加。

(6) 关于控制系统构成的灵活性, 组态的便捷性和系统的可扩展性。大多数DCS系统的组态也是比较方便的。不过多数系统在在线组态功能方面尚有许多工作可做, 好多系统为离线组态, 在工程师站编程, 然后编译, 再下载。有些系统这一过程比较费时, 在调试期间这一问题尤其突出。

(7) 关于DCS系统提供的一些独特的控制功能。由于DCS系统可提供历史数据和实时数据的管理, 性能计算等功能, 把过程控制推向一个新的更高层次的领域。

3 小结

锅炉集散控制系统的应用设计 篇7

锅炉采用的集散控制系统大多由两级组成, 一是过程控制级, 而二是监控级, 两级控制便于实现对各台锅炉的分散控制, 方便集中管理。过程控制级主要负责对各台锅炉的数据进行采集、控制输出及自动控制、实时网络监测与通信。最近几年以来, 芯片技术迅猛发展, 目前市场上性价比高, 可靠灵活且控制能力强的处理器已悄然兴起, 正逐步取代传统工控机对锅炉控制的地位[1]。

1 集散控制系统要求

1.1 检测自动化

对元件及仪表进行检测, 将锅炉的各项数据发送给系统, 进行实时数据监测和显示, 并及时提供自动调节的检测信号。

1.2 对程序进行控制

编制相应的程序, 实现锅炉自动化操作, 满足锅炉正常的启动、停止。例如针对燃煤锅炉, 按照启动的先后顺序进行设置, 先启动引风机, 再启动鼓风机等。

1.3 安全保护

如锅炉非正常运行, 其运行参数将超过标准值, 会进行声光报警, 提醒工作人员及时注意同时采取有效安全措施, 以保证锅炉安全运行。例如水位及蒸汽压力出现异常都应采取声光报警及停炉等系列安全保护措施。

1.4 自动调节

锅炉正常运行参数具有自动调节功能, 便于适应外界负荷与标准参数要求, 并且保证锅炉在运行中节省成本、产生的经济效益最大。

2 集散控制系统设计

2.1 建立人机界面操作平台

人机界面操作平台由操作员站与工程师站联合组成, 配备工业控制计算机, 整个平台的操作员站与工程师站是互相配合协调工作的, 联网操作使得一方工控机在发生故障时可以让他们替代对方, 为系统正常运行提供保障。在控制室的操作台中安装操作员站的主机及其相关外围设备, 负责对现场控制站采集的有关参数及设备工作情况进行记录、数据处理以及指示等。工程师站则主要负责编制应用程及系统组态, 同时具有操作员站的相关功能[2]。

2.2 设计控制系统软件

采用专业编程工具进行硬件组态、程序编制, 以及参数的设置、调试等。应尽量采用程序编写便捷、且程序通用性高的系统进行程序编写, 能确保各功能块实现对锅炉准确有效控制。锅炉在启用单动模式下, 将直接由上位机设置有关器械如鼓风、水泵等的转速, 再通过专业通信手段发送至变频器。锅炉在联动模式下, 可使用控制系统在线查询理想的风煤比例以确定鼓风机、水泵及炉排电机等器械的变频器频率, 确保锅炉内汽包水位稳定、燃烧充分;某一功能块完成锅炉汽包水位与燃烧系统中电机的所有操作, 如启动、暂停, 远程、就地切换;某一功能块负责搜集有关模拟量转化为有量纲的参数;某一功能块可负责计算锅炉各类能源的消耗量以及对热效率参数等进行等统计;其余功能块则负责完成水处理及综合上煤系列公共设备中的启动、暂停操作和参数设置;最后一功能块负责通信处理, 设定变频器的频率, 采集变频器各项有关数据[3]。

2.3 上位机监控软件设计

对于监控软件的选择, 操作员站与工程师站配备的上位机监控软件应选用兼容性强且开放性良好、具有深度扩展功能、易于联网通信的软件。

在人机界面的设计上, 锅炉的主监控界面应能直观准确显示出锅炉各项参数的变化情况, 在非主监控界面中, 可以采用手动调节输入, 以方便操作人员的管理操作为原则。

为提高系统工作的可靠性, 在监控软件的设计过程中制定数据报表必不可少。对所需资料进行储存, 根据需要打印报表数据。数据报表包含着查询分析、统计结果, 综合记录着监控对象的状态。报表主要分为实时报表与历史报表, 可根据实际情况调出规定时间内的报表数据。

3 集散控制系统的应用

集散控制系统通常具备数据采集、顺序控制及模拟量控制这三项主要功能。

3.1 数据采集应用

数据采集系统可不间断采集和快速处理与锅炉相关设备的状态信号, 及时为工作人员提供可靠有效的运行信息, 保障锅炉实现经济安全运行。数据采集系统的显示功能操作方便, 查询方式简单灵活;满足系统操作人员不同的报表需求, 也可对报表格式进行自定义设计。除此之外, 操作员站应具有屏幕拷贝功能, 能够直接打印屏幕显示的流程图或者曲线图等;能够根据工作需要进行操作权设置, 操作软件的权限保护应保持在五级以上。

3.2 顺序控制应用

顺序控制功能主要在启动或停用锅炉时发挥作用, 尤其在进行联锁停炉操作时需严格按锅炉操作规定进行。

3.3 模拟量控制应用

通过运算器处理后, 自动调节回路的模拟量会输出控制信号, 送至变频器或者执行机构达到闭环控制目的。若在调节回路中变送器出现故障或者运行发生模块故障时, 相关自动调节回路将无法实现自动调节, 此时需工作人员人工进行手动操作。模拟量控制系统可通过对水位 (汽包水位、给水流量大小) 的控制、燃烧 (烟气含氧量等) 及除氧系统的控制对控制回路进行调节[4]。

4 结论

目前实际生产中采用的锅炉集散控制系统, 摒弃了传统的信号传递方式, 不再使用模拟信号, 将电缆与电线进行互连。转而使用现场总线技术建立的控制系统, 其控制功能更为强大细致, 系统组成灵活可靠、准确性大为提高。通过其他技术与集散控制系统相结合, 也有效解决了基础操作自动化与管理控制之间的问题。已有大量实践证明, 锅炉集散控制系统在很大程度上能有效降低工人劳动强度, 同时为生产设备的经济运行提供可靠保障;锅炉系统安全运行效率得到有效提高, 事故发生明显率降低, 最终使系统在安全节能状态下运行。

摘要：为提高实际生产过程中自动化控制水平, 目前在锅炉上安装集散控制系统的情况已十分普遍。对于锅炉集散控制系统的设计要求设计人员按照实际需要, 使用合适的配件, 进行编程、运用合理的方式进行调节。通过长期实践证明, 集散控制系统具有强大而且精确的控制功能, 在实际生产中得到广泛应用。

关键词：锅炉,集散控制,设计与应用

参考文献

[1]杨虎.集散控制系统在工厂的应用[J].山西冶金, 2009 (6) :28-32

[2]王整风.集散控制系统在大中型选煤厂中的应用[J].微计算机信息, 2009 (31) :16-19.

[3]王延锋.DCS在锅炉自控系统中的应用[J].数字通信世界, 2009 (3) :75-76.

流体输送系统中集散控制的应用 篇8

参考文献

[1]西门子S7-300 PLC.机械工业出版社.

[2]西门子人机界面 (触摸屏) 组态与应用技术.机械工业出版社.

集散型自动控制系统 篇9

1 泵站技术路线

污水泵站的工艺比较简单, 污水经进水闸门进入泵站, 格栅机去除较大固体垃圾后进人泵坑, 由水泵提升至出水管槽, 所包含设备有高低压变配电设备, 闸门、格栅机、水泵等。技术路线为:污水→闸门→格栅机→泵坑、集水坑→出水槽。

2 集散监控系统结构

2.1 下位系统

每个污水泵站的FLC控制系统 (现场监控系统PTU) 为一个独立的下位子系统。各个RTU的PLC-方面实现数据采集及数据预处理, 并将数据上送监控中心;另一方面执行监控中心的控制命令, 或自动执行定时控制指令, 或完成自动控制逻辑。泵站当地还安装有触摸屏操作终端, 触摸屏操作终端连接PLC可直接对泵站的设备进行参数设定和监控。RTU主要采用日本三菱公司的Q系列和PX系列PLC为核心设备, 采用东方电子的智能电表测量设备的电量参数。Q系列PLC既可以作为单独的PLC控制机。又可以作为I/O子站, 通过现场总线受控于其它主控设备, 还可构成由多台PLC组成的分布式大型控制系统。Q系列PLC为模块化和可扩展结构的产品, 构成的系统可大可小, 为现代开放式控制系统提供一套通用的、便于实施应用的、经济的解决方案, RTU由以下部分组成:系统电源组件、PLC集控组件、开关量隔离组件、开关量驱动组件、模拟量采集组件、接系统接口组件、人机交互接口、智能设备和通讯组件组成。

2.2 上位系统

即泵站远程监控中央控制室。中央控制室采用多台高性能计算机和i Hx组态软件组建SCADA系统。主要要成对远程泵站的运行管理, 泵站设备工艺参数的设定。运行数据的记录、分析、报警及所有被控对象的运行状态的显示等功能, 并实现信息共享。

2.3 通信链路

据不同泵站的通信条件, 系统一共使用了三种通信链路建立中央控制室SCADA系统与PTU中PLC的联系。这三种通信链路为:IP城域网 (INTRANET、GPRS以及PSTN (电话网络) , 一期工程中6个泵站采用IP城域网为主要通信链路, 采用GPPs为备份链路。另2个泵站由于条件所限及泵站规模较小。故采用GFRS为主要通信链路, 能接电话的那个泵站采用PSTN作为备份通信链路。

3 系统功能

RTU完成泵站现场数据的采集和对监控对象的控制。泵站被监控的对象主要包括进水闸门、格栅机、皮带机、潜水泵、变压器、进水口、泵坑及出水口等。一共设置了849个监控工I/O信号点, 同时使用47个智能电表采集电量数据, 电表采用RS485与上位的主处理器通讯, 采用总线型拓朴方式。

3.1 闸门监控

闸门需要采集的数据包括闸门开度、上限位信号、下限位信号、开闸信号、闭闸信号、过扭矩信号、过载信号、运行时间和次数等, 实现开闸运行、关闸运行和运行停止控制;共有:a.手动;b.预先设置开度并启动其运行;c.根据泵坑水位和出水口水位完成对其闭环控制等三种控制方式。

3.2 格栅初控制

泵站格栅机型号的不同有不同控制要求, 以高位链式格栅机为例。需要采集和控制的对象包括格栅机上行、下行、开耙、闭耙等动作, 以及上行、下行、开耙、闭耙的限位信号和过扭、过载信号;有:a.手动启动格栅机运行;b.定时启动格栅机运行等二种控制方式。

3.3 水泵监控

水泵需要采集的数据包括水泵运行的三相电压、三相电流、运行时间、次数、 (短路、过负荷、电机进水、定子过热、轴承过热、缺相等) 故障保护信号;有:a.手动控制, b.自动控制二种控制方式。在自动控制方式时, PLC根据液位计测量污水液位高低来对水泵进行控制, 遵循先开先停。轮流启动, 故障自动补位原则, 开停机液位和高低报警液位可通过人机界面进行设定。

4 主要应用软件

4.1 上位系统

集散监控系统上位系统采用i FIX工业自动化组态软件组建SCADA系统, 将R7U采集到的实时工况、过程变量、工艺参数、生产数据、故障报警和数据处理实时显示, 形象地反映泵站生产现场的工艺过程, 同时记录低压配电、水泵电流电压、进水闸门前、泵坑、出水口液位等1625个变量的历史数据、历史曲线和历史报警表。根据工艺要求设定各种工艺参数和对设备进行手动、自动控制。

4.2 下位系统

RTU中PLC开发环境采用三菱公司配套的PLC专用开发软件GXDeveloper7.0。能够制作Q系列, Qn A系列, A系列, FX系列的数据及程序, 支持梯形图及SFC语言编程, 我们采用模块化编程方式进行RTU软件开发, 程序主要由液位采集模块、时间及次数统计模块、各机构采集控制模块、闭环控制、水位控制模块、智能通讯模块、触模屏及用户管理模块和通讯故障处理模块组成。

结束语

集散自动监控系统应用在排水泵站中时, 首先应该以集散自动监控系统的集中性和分散性出发, 也即是应该遵循集中管理和分散控制的原则。并且由于每个排水泵站的环境和内在设施都有所不同, 因此在应用集散自动监控系统时, 应该结合排水泵站的实际情况, 科学合理的应用集散自动监控系统, 从而才能使集散自动监控系统的功用和性能能够得到充分的发挥。以上内容对集散自动控制监控在排水泵战中的应用进行了详细的阐述, 总结出泵站远程集散监控系统可以提供完善的数据显示和, 并且具有方便的参数设置功能。易于控制、调度和决策, 为我们科学高效管理提供了保证, 实现了“无人值守”, 大大提高了泵站运行的安全性和经济性。

摘要：随着科学技术的日新月异, 集散自动控制监控系统在各个领域中被广泛的应用。集散自动控制监控系统在排水泵中的应用应该遵循集中管理和分散控制的原则, 并且要根据排水泵的实际情况, 让集散自动监控系统能够充分的发挥出其应有的功效。通常情况下, 排水泵站中的集散自动控制系统是由上位系统以及下位系统两个部分所组成, 而上位系统又被称之为中央控制室, 下位系统则又叫做泵站现场监控。在排水泵站中, 一些切换装置通常是被安置在排水泵站中被监控的设备上, 这样有助于在后期的维护过程中, 及时的找出故障和处理故障。通过对集散自动监控系统的深入探析, 并且对其在排水泵站中的应用进行了详细的阐述, 以供同行探讨。

石油化工集散控制系统雷电防护 篇10

1、石化集散控制系统的特点

集散控制系统也称为分布式控制系统, 简称DCS系统, 是计算机技术对生产过程进行集中监控、操作、管理和分散控制的一种新型控制技术。其特点是通用性强、系统组态灵活、控制功能完善、数据处理方便、显示操作集中、人机界面友好、安装简单规范化、调试方便、运行安全可靠等。

随着石油化工企业的规模不断扩大, DCS系统向网络化、智能化方向迅猛发展, 系统设备普遍存在绝缘强度低、过压和过流耐受能力差、对电磁干扰敏感等弱点, 一旦系统受到直接雷击或其附近区域发生雷击, 雷电过压、脉冲电磁场会通过供电线、电缆汇线槽、穿线金属管等途径干扰控制设备, 引起系统工作失灵, 重则使系统永久性损坏, 甚至造成人员伤亡及生产事故。因此, 现代石油化工控制系统的设计必须高度重视防雷的设计。

2、雷电对石化自动控制系统的危害

2.1 直击雷造成的地电位浮动而导致雷电反击

当化工装置遭受直接雷击时, 将会在接闪器、引下线和接地体上瞬间产生很高的电位。如果金属线缆和它们间的绝缘距离不够, 则会产生放电现象, 破坏电缆的绝缘, 将雷电波引入控制系统, 使系统损坏, 这种现象称为雷电反击。

部分油气生产控制设备对于接地质量要求较高, 为避免受到大地杂散电流的影响, 控制系统采用单独接地, 与之相连的变送器则根据生产需要, 布置在不同的生产区域, 一般情况下是利用自身的金属外壳或是安装支架作为自然接地。当变送器附近的设备或是建筑物遭受直接雷击时, 由于附近地电位的瞬间升高, 可以使变送器和控制系统两处的地电位差达几千甚至几万伏, 通过信号传输电缆, 足以将变送器和控制系统的集成电路板击穿, 即产生雷电反击, 造成系统损坏。另外, DCS系统工作的逻辑电压较低, 逻辑地电位出现干扰信号时容易影响系统的逻辑运算、数据传输和存储, 引起信号测控的失真和误动作, 甚至造成数据的混乱或是系统死机。

2.2 空间电磁场使自动控制系统失效或是损坏

由于雷电流有极大的峰值和陡度, 在它周围的空间产生强大的变化的电磁场, 当控制系统周围发生雷击放电时, 处在该电磁场作用下的金属线缆因切割磁力线会感应出数以千伏的感应电压。如果金属线缆之间形成了一个流通的闭合回路, 则感应电压会在回路内形成闭合电流, 该电流流经接触不良的接点或阻抗会产生局部过热, 烧毁系统的电子主板。这是控制系统遭受雷电损坏的一种形式, 这种形式较之受直接雷破坏的几率更大。

另外, 在屏蔽层、接地线和大地之间有可能会形成一个闭合回路, 当周围存在变化的电磁场的时候, 在屏蔽层内会产生感应电流, 通过屏蔽层和芯线之间的耦合, 干扰影响正常信号的传输。

3、自动化控制系统防雷措施

3.1 合理有效的接地措施

接地是提高电子设备电磁兼容很有效的手段之一, 采取正确的接地措施, 能够抑制电磁干扰, 同时有能够抑制电子设备对周围设备发出干扰信号。系统接地的方式有浮地方式、直接接地方式和电容接地三种方式。DCS系统属于高速低电平控制设备, 一般采取的是直接接地方式。一点接地包括一点直接接地和串联一点接地方式。集中布置的控制系统采取并联一点接地方式, 各装置的柜体、构架中心接地点以单独的接地线引向接地极。若是系统各个装置相距较远, 应采用串联一点接地方式。连接材料选用铜带或是铜母线, 截面积不小于22mm2, 铜带或是铜母线的另一端直接与接地极相连接, 接地电阻应小于2.0Ω, 接地极深埋且远离强电源设备。

3.2 采用共用接地系统

工程实际中, 一些设备厂家要求电子信息系统采用独立直流接地方式, 以隔离强电接地网电位变化的干扰。由于控制系统采用单独接地, 而变送器的金属外壳或金属安装支架与地形成了自然接地。即使变送器的电子线路和变送器的外壳隔有一定间隙, 当变送器附近的设备或建筑物遭雷击时, 由于附近地电位的浮动, 可以使变送器和控制系统两处的地电位差达几千甚至几万伏, 故通过信号电缆, 足以将变送器和控制系统的模拟量输入卡击穿, 也即“反击”。

应将保护地与工作地相连接, 即对DCS系统以及和它相连的变送器、执行器等必须采用等电位接地, DCS系统应和公用接地系统实现单点接地。这样DCS系统和防雷系统的接地系统进行等电位联接后接入防雷接地系统, 即使受到雷电反击, 但由于它们之间不存在电位差, 所以不可能通过雷电反击构成对电子元件的威胁。等电位联接是DCS系统免遭雷击的重要措施。如果DCS系统无法和防雷系统的接地系统进行等电位联接时, 两接地系统的距离应小于20米, 当有电缆靠近引下线敷设时, 电缆和引下线间须保持2米以上的距离。

3.3 信号传输线屏蔽层接地

对于信号电缆, 屏蔽层接地可以有效的抑制静电感应和电磁感应, 因此信号传输线屏蔽层的接地是非常重要。根据现场检测发现, 较多情况下, DCS系统信号传输线缆屏蔽层的接地都是一端接地, 另一端悬空。单端接地只能防静电感应, 抑制不了由于电磁感应所产生的干扰, 无法防止雷电波的侵入。为此, 除了内屏蔽层的一端做等电位联接外, 还应增一外屏蔽层, 且两屏蔽层之间用绝缘材料隔开。外屏蔽层至少在两端作等电位联接。当发生雷击时, 外屏蔽层与地构成了环路, 感应出电流。该电流产生的磁通抵消或部分抵消源磁场强度的磁通, 从而抑制或部分抑制无外屏蔽层时所感应的电压。通常利用穿金属管作为外屏蔽层, 但必须保证金属管与金属管保持良好的电气联通且两端接地。

3.4 合理布线

不同类型的信号要求用不同电缆传输, 电缆应根据传输信号的种类分层敷设, 为了减少电磁干扰, 严禁用同一电缆的不同导线同时传输电源和控制信号, 尽量避免信号线缆和动力电缆靠近平行敷设

(1) 控制系统的信号电缆和避雷带保持一定的距离。在条件允许情况下将通信电缆穿金属管或是金属桥架重新敷设, 并保持和避雷带、引下线相隔3米以上的距离, 同时金属管或是金属桥架两端做可靠接地, 金属管或是金属桥架应保持良好的电气连通。

(2) 改用光纤作为控制系统的通信线路, 在敷设光缆时, 光纤的金属加强金属线采取可靠接地措施。

3.5 加装浪涌保护器

按照发生雷击事故的可能性、后果和经济成本, 在必要的地方合理安装浪涌保护器 (SPD) 。SPD是一种限制瞬态过电压和分走电涌电流的器件, 它在最短时间内将线路上因感应雷产生的浪涌电流释放到地网, 使建筑物内各点之间电位差基本保持不变, 从而保护设备。

3.6 做好接地系统的定期维护保养工作

认真按照石化行业及国家防雷规范标准要求, 做好接地系统的定期检查保养工作, 每年雷电到来前: (1) 定期对接地网的完好程度、接地电阻大小等进行检测, 如控制系统等电位连接、屏蔽的情况, 确认系统接地、屏蔽状况符合设计要求; (2) 对投产多年的厂矿, 有必要开展接地网寿命周期、自动控制系统雷击损害的风险评估等工作, 发现问题及时整改。 (3) 认真检查露天安装设备的壳体、屏蔽电缆、走线槽等接地状况, 严防接地线松动、虚焊、锈蚀、接地电阻过大等异常情况的发生。

4、结束

石化企业随着经济发展, 其生产自动化程度日益增高, 但自动控制系统属于电子化、集成化、智能化设备, 绝缘强度低, 对雷电感应和雷电流耐受能力差, 一旦遭受雷击, 容易因雷电感应而导致系统失控或是损坏, 根据石油化工生产的具体环境, 灵活采用屏蔽, 等电位连接、综合布线、安装SPD等有效措施, 对石化DCS系统的防雷提供了借鉴方法, 以减少雷电灾害对控制系统的危害, 确保石油化工企业的正常生产。

摘要：分析石化控制系统特点, 讨论了雷电对石油石油化工集散控制系统的危害形式, 最后提出系统所应采取的若干防雷措施。

关键词：石油化工,控制系统,雷电防护

参考文献

[1].《建筑物设计规范》 (GB50057-94)

[2].电子信息系统接地抗干扰技术探讨徐晓莹

[3].乌石化防雷检测方法及要点赵飞基