DCS系统应用（精选12篇）
DCS系统应用 篇1
0 引言
随着我国硫酸工业的迅速发展和自动化水平的提高,DCS得到了广泛应用,对保证硫酸生产企业的安全、经济运行起到了十分重要的作用。
DCS系统合理、可靠的接地,是DCS系统实施过程中非常重要的内容。为了保证DCS系统的监测控制精度和安全、可靠运行,防止参数显示值大范围波动(表现为趋势曲线震荡)并最大限度遏制误动作的发生,必须对系统接地方式、接地要求、信号屏蔽、接地线截面选择、接地极设计等进行认真设计和统筹考虑。
1 DCS系统接地的基本要求
DCS系统接地的目的,是保证当DCS系统的信号、电源或DCS系统设备本身出现问题时,可以通过有效的接地系统承受过载电流,并迅速将过载电流导入大地。接地系统能够为DCS提供屏蔽层,消除电子噪声干扰,并为整个控制系统提供公共信号参考点(即参考零电位)。当接地系统发生问题时(接地电阻过大,多点接地,接地线断线或接地线与高电压、大电流设备相接触等),会造成人员的触电伤害及设备的损坏。据了解,有些硫酸企业的DCS系统经常出现不明原因的“死机”,大多是因为接地系统不良或存在问题所引起。
应用于硫酸企业的DCS控制系统,一般需要两种接地:保护地和工作地(逻辑地、屏蔽地等)。因为不存在易燃易爆物质,故不要求有本安地。
DCS系统保护地的接地方式:利用电气接地网作为DCS接地网,即与电气接地网共地;设DCS系统专用独立的接地网;设DCS专用接地网,经接地线、再接至电气接地网。
第三种接地方式与第二种接地方式有较多相同处,可以统称为专用接地网。以前DCS系统曾经较多地采用专用接地网,并且目前大多数设计中也要求采用专用接地网。但这种接地方式存在明显的缺点:施工难度高;占地面积大,投资高,维护管理困难,且实际效果不理想。
鉴于此,商洛炼锌厂的20万t烟气制酸装置DCS系统没有采用专用接地网,而是改用电气接地网接地,取得了良好的效果。
对公共接地极(网)的要求:
(1)当厂区电气接地网对地分布电阻≤4Ω时,可将厂区电气接地网当着DCS系统的公共接地极(网)。
(2)当厂区电气接地网对地分布电阻较大或较杂乱时,应设置独立的DCS系统公共接地极(网),即为DCS系统专用独立的接地网。
(3)设置独立的DCS系统公共接地极(网)时,应确保:没有本安地接入的公共接地极(网)的对地分布电阻小于4Ω,有本安地的小于1Ω,接地总干线的线路阻抗小于0.1Ω。
(4)接地极周围15m内无避雷地的接入点,8m内无30kW以上的高低压用电设备外壳的接入点。当现场无法满足该条件时,防雷保护地应通过避雷器/冲击波抑制器与公共接地极的主干线相连。电焊地切勿与公共接地极及其接地网搭接在一起,二者应距离10m以上。
2 DCS系统的接地原则
2.1 集中布置的DCS系统
集中布置的DCS系统的接地装置的配置应遵循以下原则:
(1)操作台、打印台、服务器(主控制器)柜、继电器柜、UPS柜、配电柜:应设置保护地螺钉。
(2)DCS系统I/O机柜:应设置屏蔽接地汇流排,保护地螺钉。采用隔离电源时,系统地(DC24V的负端)悬浮,以实现24VDC供电与交流供电系统的隔离;非隔离电源时,系统地应接在逻辑地汇流排上。
(3)仪表柜、操作盘(台):设置屏蔽地接地汇流排,保护地螺钉。
(4)安全栅柜:对于防爆有严格要求的场所,应配备安全栅柜。安全栅柜设置屏蔽地接地汇流排,本安地接地汇流排,保护地螺钉。
DCS系统的信号传输电缆的选择与敷设,应严格按照有关规定执行,一般均应采用屏蔽电缆。为了提高系统抗干扰能力,对于开关量I/O信号,最好选用阻燃型对绞铜网屏蔽计算机电缆。信号传输电缆屏蔽层不得浮空,必须接地,接地方式应符合下列规定:
(1)当信号源浮空时,屏蔽层应在计算机侧接地。
(2)当信号源接地时,屏蔽层应在信号源侧接地。
(3)当放大器浮空时,屏蔽层的一端与屏蔽罩相连,另一端宜接共模地E(当信号源接地时,接信号地;当信号源浮空时,接现场地)。
(4)当屏蔽电缆途经接线盒分断或合并时,应在接线盒内将其两端电缆的屏蔽层连接。
2.2 分散布置的DCS系统
分散布置的DCS系统设备之间的连接一般采用网络(通信)线。例如:现场控制站分散布置在离被监控设备、生产线较近的DCS系统机房,而操作员站位于远离现场的不同控制室,各站点间距离在100m以内的(含100m),一般使用5类双绞线或DP屏蔽双绞线,超过100m的则要使用多模光纤连接。
使用光纤连接的站点:各站点内的接地方法与集中布置的DCS设备相同。
使用5类双绞线或DP屏蔽双绞线连接的各站点,按以下原则进行接地:
(1)控制室的各类地线先连接到公共连接板,公共连接板通过接地总干线与公共接地极相连。从公共接地极看过去,整个接地网络是一个星型结构。
(2)使用5类双绞线或DP屏蔽双绞线时,两端应通过网络浪涌保护设备(最好使用通流量不小于5kA的信号避雷器)与DCS系统的SWITCH、HUB、RE-PEAT或其他网络设备相连。当雷击,或者电气事故造成两边站点的地电位差过大时,信号避雷器可以保护两边的设备。
(3)连接线两边的站点应有各自的公共接地极,二者不必用金属连接,各站点内部的接地方法同集中布置的DCS设备。
(4)DP屏蔽双绞线或5类双绞线必须穿镀锌钢管敷设或在金属桥架内敷设,钢管或桥架必须可靠接地。
3 DCS系统的接地安装
DCS系统的接地体为钉入地下的良导体,由接地总干线传来的电流通过接地体导入大地。接地体与接地总干线之间采用铜焊,焊接后应做防腐处理。可用接地网干线把多个接地体连接成网,接地网应满足DCS系统接地电阻的要求,为此应降低土壤电阻率。降低土壤电阻率的方法如下:
(1)改变接地体周围的土壤结构。在接地体周围2~3m范围的土壤内,掺入不溶于水的、有良好吸水性的物质,如木炭、焦碳煤渣或矿渣等。该法可使土壤电阻率降低到原来的1/10~1/5。
(2)用食盐、木炭降低土壤电阻率。将食盐、木炭分层夯实(木炭和细掺匀为一层,约10~15cm厚,再铺1层2~3cm厚的食盐,……共5~8层),铺好后打入接地体。此法可使电阻率降至原来的1/5~1/3。但食盐日久会随流水流失,一般超过2年就要补充一次。
(3)用长效化学降阻剂。用长效化学降阻剂方法可使土壤电阻率降至原来的40%。
4 现场接地注意事项
(1)现场控制站:接地螺丝因机柜本体与底座间有胶皮形成绝缘,屏蔽地汇流排与底座间绝缘,现场控制站必须按规定做好接地处理,即分别接至现场控制站接地汇流排上;I/O柜的电源地与UPS的电源地必须接至同一个地,保证等电位。
(2)操作员站、工程师站、网络交换机、主控制器(服务器主机)等采用外壳接地或直接将电源地线连接至电气接地网。
(3)I/O卡件(模件):采用隔离电源的模拟量卡件(模件)的24VDC负端接到系统地上;采用非隔离电源的模拟量卡件(模件)的24VDC负端接至逻辑地汇流排上,逻辑地汇流排接至屏蔽地,再接入总接地汇流排。
(4)现场控制站的保护地应从机柜下方的接地螺钉接至接地分干线,现场控制站的屏蔽地应从接地汇流排接至公共连接板。
(5)接地系统的电阻必须进行测试,以保证接地能满足控制系统制造商的要求。
5 结语
通过对商洛炼锌厂20万t烟气制酸装置DCS系统试运行期间连续数次出现的各子工作站间通信中断故障的处理及事后原因分析,以及在后来的DCS系统日常维护中的实践,总结出系统接地方面的经验和注意事项。严格按以上所述实施,作好足够的预防措施,会对系统的稳定性及监控的准确性起到很大的作用,有效避免参数显示的大范围波动,从而避免了误动作的发生。
DCS系统应用 篇2
【摘要】智能电网的发展对火力发电厂电气设备运行水平提出了更高的要求，本文基于此对火力发电厂的核心系统DCS进行了分析。首先介绍了DCS控制系统的相关概念，此后介绍了DCS系统在火力发电厂的应用，最后分析了DCS系统运行中的常见故障并提出了解决措施。
【关键词】DCS系统；火力发电厂；电气设备
引言
随着智能电网的建设和发展，火力发电厂向着规模化、高效化、复杂化发展，对机组控制系统的自动化水平要求不断提高。分散控制系统（DCS）是控制机组生产运行的核心部分，其可靠稳定的运行直接决定着整个运行机组生产过程的安全、经济稳定运行。
一、DCS控制系统的相关概念
DCS（Distributed Control Systems，分布式控制系统）是指：通过多个计算机来对火力发电厂生产过程中的多个回路进行控制，并可以进行集中数据管理。DCS系统因此又被称为集散控制系统。DCS系统是火力发电厂机组的核心控制程序之一，它集成了控制（Control）技术、计算机（Computer）技术、通信（Communication）技术、显示（CathodeRay Tube，CRT）技术的多级计算机系统，以通讯网络为纽带实现过程控制和监控控制。
二、DCS系统在火力发电厂电气设备中的应用
火力发电厂一般规模较大、占地面积广、内部体系庞杂，这些特征决定了对其电气设备的控制应该一方面注重全局调控，另一方面对其本地化问题不断进行响应和处理，实施分散集中控制。DCS系统具有灵活的组态软件、先进的控制算法、高度可靠性和开放的联网能力，完全符合火力发电厂的发展要求，因此近年来逐渐占据了大中型火力发电机组机、炉主控的自动化领域。
以DCS在某火力发电厂烟气脱硫控制系统中的应用为例，为确保系统的安全稳定运行，采用了西门子PCS7的DCS系统，该系统基于过程自动化，实现了从传感器、执行器到控制器、上位机的全集成自动化，设置两个操作员站和一个工程师站，对进行烟气脱硫的两套机组进行监控，每套机组的脱硫岛系统中，都设有一个控制站，通过I/O模块采集和输出现场参数。通讯方面，I/O模块通过PROFIBUS现场总线与控制站相连，工程师站、操作员站、控制站通过工业级以太网相连，通过DCS系统能够方面的控制各个参数，有利于提升烟气脱硫的工作效率，降低现场人员的劳动强度。
随着DCS技术的不断发展，其硬件和软件特性不断升级，在火力发电厂的各个工艺过程中的应用日益深入。目前，FSSS、DEH、SOE等都可以由DCS组态实现，机炉的整套电气设备均可以处于DCS系统的统一监控之下，大型火力发电厂的机、炉、电一体化控制成为主流趋势。近年来现场总线技术飞速发展，为DCS控制提供了新的发展空间，目前火力发电厂的第四代DCS系统中已经能够支持多种标准的现场总线仪表。
三、火力发电厂DCS系统的常见故障和应对措施
火力发电厂DCS系统的常见故障主要包括硬件故障、软件故障和人为故障三种，现将其常见故障及其应对措施归纳总结如下：
3.1硬件故障
火力发电厂运行环境相对复杂，受到高温、高热、粉尘等因素的影响，DCS系统中最常见的多为硬件故障。硬件故障常见的主要有DPU主控单元故障和I/O单元故障。
（1）DPU主控单元故障
DPU（Distributed Processing Unit，分散处理单元）用于执行工程师组态的控制策略，用来实现系统的离散梯形逻辑控制、连续调节、过程控制算法，还具有数据的采集、变换、告警、记录等功能，是火力发电厂DCS系统的核心软件之一。DPU主控单元故障主要有DPU脱网、初始化程序异常、切换异常等。
其中，DPU脱网的可能原因包括元器件严重老化、端子接触不良、主板故障、系统负载率过高等，DPU初始化程序异常的原因多为主DPU与从DPU之间的下位机程序出现问题，或是两者之间的DOC芯片兼容问题导致的。一旦出现DPU主控单元故障，应该立即检查报警日志，并对系统进行检修，及时分析故障原因并排除，对于出现器件老化或主板故障的DPU主控单元，应该立即更换相应的故障器件。
（2）I/O单元故障
I/O单元是DCS系统的模拟量采集元件，在运行中出现的I/O单元故障可能原因包括通讯线路接触不良、端子板接线虚焊、元器件特性不良、板卡因故损坏等。目前，I/O单元的故障率多与板卡的制造和安装工艺密切相关，因为I/O单元质量不过关导致DCS系统被迫停运的故障屡见不鲜。此外，火力发电厂内部运行环境相对恶劣，空气粉尘较大，I/O单元长期运行于高温环境下，一旦散热环境不佳，也很容易导致I/O单元出现接触不良或元件老化。针对这种情况，火力发电厂I/O单元在进行配置时，应该尽量将重要信号分散配置在不同的板卡上，用于同一个保护或控制系统的信号避免完全集中在一个控制站内，为系统硬件进行充足的容错处理，避免因某一块I/O板卡故障，引发电气设备整体失效，影响整个机组的整体运行。
3.2软件故障
DCS应用软件故障包括程序存在缺陷、控制模块异常、软件在线下载功能不完善、历史数据记录不全等，根据故障出现的原因，可以分为系统软件故障和应用软件故障两种。其中，系统软件故障主要是程序编写时设计存在缺陷，必须返厂进行整改和升级，应用软件故障主要是某一个具体应用存在待完善环节，可能是应用软件编写者的疏漏，导致图形软件画面与火力发电厂实际情况不符合，设备的位置序列号与软件不对应等。目前，火力发电厂DCS系统软件还处于不断的升级和优化的过程中，有些DCS系统生产厂商为了迎合业主的要求，增加某些新功能或新特性，而经常给系统软件打补丁或升级，软件开发缺乏持续追踪和系统性，可能会给软件安全带来较大隐患。例如，近年来安徽电网中发生的两起火力发电大机组故障，就是由于DCS版本升级后，因系统软件存在缺陷、软件与硬件驱动不匹配、系统容错性差等原因造成的。因此，火力发电厂在进行DCS系统升级和改造时，应该慎重考虑，必须经过严谨的系统验证和技术检测后才能进行，以确保DCS系统的安全稳定。
3.3人为故障
火力发电厂DCS系统操作内容庞杂、涉及技术多样、对人员素质要求较高，对DCS熟悉使用需要一个逐步深入的过程。在火力发电厂的日常运行和维护过程中，因为对DCS系统特性不熟悉而导致的人为故障也时有发生，这种故障具有一定的偶发性，也容易被发现和解决。在实际工作中，火力发电厂应该经常对在岗人员展开技术培训，尤其是对新上岗员工，要及时进行深入的专项培训，使得员工真正能够熟练掌握DCS系统特性。同时，建立健全相应的管理制度，降低人为误操作导致的DCS系统故障概率。
结语
DCS系统目前已经在火力发电厂电气设备中得到普遍应用，并处于不断发展和完善的过程中。火力发电是我国最主要的发电形式，伴随国家建设智能电网的进程不断深入，各类火力发电厂将不断兴建和投产，火力发电企业应该不断地引进新技术，完善电气设备的控制，提升DCS系统的应用水平，推动我国电网持续健康发展。
参考文献
DCS系统应用 篇3
【关键词】： 化学水处理；DCS系统；应用
1.发电企业化学水处理DCS系统应用的重要性
随着我国经济迅猛快速增长，电力供应将呈现持续紧张， 确保电力的安全、稳定供应显得更为重要； 在电力系统厂网分离、电力作为商品进入市场改革下，发电企业比以往更注重自身的经济效益，提高自动化水平、运行安全、降低运营成本成为其自身发展的内在要求。因此， 实现电厂热力系统水汽品质的化学水处理DCS系统应用已成为大中型火力发电企业的迫切需要，这也是我们探究化学水处理DCS系统的目的。
化学水处理DCS系统的应用，水汽品质的精确控制，解决大中型发电企业化学水处理系统工艺设备分散、化学量的测量滞后及介质存在腐蚀性等条件导致全过程自动集中控制难的问题， 实现原水预处理、补给水处理、给水处理、覆盖过滤、凝结水精除盐、水汽监督等系统的集中监控。实现热力系统的水汽品质的在线诊断功能，可达到炉外原水系统及除盐水系统在线诊断功能； 自动化水平大幅度提高， 减轻了运行劳动强度、减少维护工作量，达到了提高机组安全经济运行的要求。
2.发电企业化学水处理DCS系统应用的技术难点
2.1发电企业化学水处理过程中地域分散。它包括：从原水开始处理， 生产成为工业水的水厂；化学锅炉补给水的化水车间；给水热力除氧、化学除氧及给水的加氨防腐处理；炉内加药、排污、防腐蚀防结垢处理；热力系统的水汽品质分析取样系统；凝结水精处理及加氨化学防腐蚀处理等。这导致集中控制系统所要求的信号电缆、控制电缆长、加药距离远，管道长，信号滞后性大，还会伴随加药过程中出现的吸热介质产生结霜和液体烧碱在冬季结冰等现象也使控制过程具有特殊的难点。
2.2各种化学在线仪器的监测和加药控制过程中的化学变量与电量间转换是电化学过程， 这种信号很弱、干扰成份多。要实现DCS全过程集中控制， 要对一些设备进行必要的改造。
2.3物理化学工况复杂，相互作用。在发电企业内，按照热力循环过程要求， 并存着不同参数即： 高温高压、中温中压、低温低压等水汽系统。所以其热力循环系统的水汽品质与整个炉内、炉外的水处理过程， 与机、炉运行工况等是相互关联， 相互作用的。
2.4水汽系统的全过程、涉及的热工控制系统自身具有多样性。水和凝结水处理控制系统与化学水汽系统DCS实现对接处理， 以便纳入集中自动控制。火电厂集控所采用的汽轮机、锅炉的计算机MIS系统也需与化学水汽系统DCS成功实现对接。炉内水、汽取样装置的巡检信号和炉内加药装置的数据信号要通过MIS系统与化学水汽系统DCS实现交换数据。
2.5化学水处理过程主要涉及强酸、强碱等腐蚀性介质及炉水、蒸汽等高温、高压介质， 外围设备多，要将诸多的化学仪表、热工仪表等纳入系统， 实现自动控制的难度较大。
3.发电企业化学水处理DCS系统实际的应用
发电企业化学水处理系统由化学水预处理系统、锅炉化学补给水系统、覆盖系统、凝结水精处理系统、工业水系统、生活消防水系统及机炉汽水分析系统等组成。根据化学水处理DCS系统的实际情况和运行控制需求， 以化学水处理系统（ 包括预处理系统、锅炉补给水系统、覆盖系统、凝结水精处理系统、工业水系统、生活消防水系统） 为控制主体，最大限度地发挥了DCS 数据处理能力极强、能完成逻辑复杂的控制且控制精度高、特别适合完成复杂的模拟量控制等优势。
利用DCS系统不但完成水处理系统固有的程控要求外， 还与炉内化学水处理系统通过联网实现数据通讯， 使化学运行人员了解机组水汽品质运行情况。
利用DCS系统自动诊断及时发现水处理系统中存在的问题，并提供处理指导意见供运行人员参考。不仅实现了火电机组热力系统的水汽品质的在线诊断功能， 而且达到了炉外原水系统及除盐水系统在线诊断功能， 大大提高了机组的安全经济运行。
利用DCS系统，根据顺控步序以间隙PID 集合程控的方式使凝结水精处理系统再生三塔再生过程中各塔流量的自动控制。
利用DCS系统，原水加药系统以流动电流检测仪控制投药量作为主要控制方式，实现原水自动加药通过对原水加药量的检测进行，在线监测和控制水中胶体（混浊物质） 的脱稳程度， 在原水的流量及混凝剂浓度、流量发生变化时迅速响应， 及时在3～5min内调整加药量， 确保混凝剂的准确加投。为进一步提高在原水流量大幅度变化时的响应速度， 在加入流量比例前馈控制系统， 将会使响应时间达到控制在5min内， 在控制策略方面应用了间隙PID控制技术，化学加药系统的纯滞后问题得到解决。
利用DCS系统良好的可扩展性与多种扩展接口， 奠定了今后整个电厂水网系统DCS控制的良好基础。
利用DCS系统的应用解决化学水处理系统工艺设备分散、化学量的测量存在较大滞后及介质存在腐蚀性等复杂条件导致全过程自动集中控制难的问题， 实现了原水预处理、补给水处理、给水处理、覆盖过滤、凝结水精除盐、水汽监督等系统的集中监控。水处理系统控制模型，专家诊断和控制系统的功能得到了充分的发挥。
发电企业化学水处理DCS系统的应用将补给水、水汽品质、炉内水处理、凝结水处理等专家故障预诊断策略纳入集中控制系统。采用先进的控制策略，实现了原水预处理系统的加药自动控制。在工艺系统中增加了部分电动调节阀， 实现凝结水精与补给水处理系统运行及再生過程中的自动控制流量。采用DCS控制， 有利于拓展控制范围、实现较复杂的控制策略， 保证了系统通讯的可靠性、标准化和一定的技术先进性，为实现电厂管控一体化奠定了基础。
参考文献：
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DCS系统应用 篇4
作为一种良好的分布式控制系统,DCS系统还能够实现集散控制的作用,其中综合了显示技术、控制技术、通信技术、计算机技术等多种技术。技术人员对于控制层面和生产装置,应分别进行分散控制和集中管理。在系统当中,通过规模扩大、功能增加、系统成型等,实现系统对数字控制功能的保留,使其在实际应用中更好的发挥作用。系统的集散结构、数据信息的流动性等,都能够得到保证。
1 DCS系统设计
1.1 主控单元
在DCS系统设计当中,主控单元主要包括CPU、存储器等部分。在DCS系统中,对高性能16位微处理器进行应用。或对32为处理器和浮点预算协处理器进行应用,同样能够降低工作周期,增强处理能力。在存储器当中,包括了RAM、ROM等部分。在计算机中,通过运行固定程序,能够对工作安全性能进行有效的保证。在DCS系统设计的过程中,应当复杂修复组态,从而提升系统运行的可靠性与方便性。
1.2 现场控制站
利用计算机,现场控制站能够对控制、检测等工作独立完成。其中主要包括了机柜、电源、输入通道、输出通道等。在现场控制站的机柜结构中,设有多层机架,用于安装模件、电源等,用金属材料包裹外部,在活动部分,进行相应的电气连接,在内部电子设备中,通过电磁屏障提供服务[1]。在机柜设置中,应当进行良好的接地,保持4Ω以下的电阻,从而实现良好的电磁屏蔽效果。在电源供应当中,应确保可靠、稳定的控制站交流电源。在供电中,对双向交流电源进行应用。系统中的输入和输出通道采用I/O接口模式,可采用模拟量、脉冲量等模式。线路将生产过程中的物理量和化学量转换为电信号向输入通道输送。脉冲信号主要出现在旋转计、涡轮计量器、机械计算装置等。
2 DCS系统先进控制
2.1 先进控制意义
在DCS系统当中,采用了先进的控制技术,对于企业经济效益的提升、竞争能力的增加等,都有着重要的意义。基于现代控制理论,运用人工智能技术,极大的推动了DCS系统先进控制在DCS系统中的应用。在动态环境下,先进控制可对计算能力、数学原理等进行发挥。不同与传统PID控制的是,DCS系统先进控制不单单是一种算法控制,还能提供相应的控制策略[2]。在工业系统中,一旦受到某些因素的影响,参数准确性也将受到影响,因而利用DCS系统先进控制,能够更好地应对这种影响,更加有效地进行工业过程控制。
2.2 先进控制特点
不同于传统PID控制模式,在先进控制模式下,可进行知识控制策略、模型控制策略等。其中,知识控制主要包括智能专家控制、模糊控制等;模型控制中包括软测量技术、生物识别、预测控制等。在DCS系统先进控制当中,这两种控制模式都发挥着十分重要的作用。在工业环境中往往具有多变、复杂的特点,而利用先进控制技术,能够对其中的多变量耦合、非线性、不确定性等控制问题进行解决,同时兼顾到被控变量、控制变量之间的关系[3]。在工业环境下,先进控制能够促使一些模型更好地发挥效果,提升协调、约束、适应能力,从而更好的匹配工业生产和系统控制。同时,能够反映出操作要求、动态生产过程的特点,对控制效果进行提升。
2.3 先进控制发展
很多相变、生化、化学等反应过程,都会出现在工业生产过程当中,对能量、物质等进行转化和传递,因此工业生产过程实际上是较为复杂的。同时,工业生产中,具有非线性、信息部完整性、不确定性等特点,因而都会给先进控制的应用造成限制[4]。在工业生产中,这些因素都具有非常重要的意义,能够对产品的质量产生直接的影响,并且造成该笔那能量消耗、生产含速率等技术指标。在连续化、大型化的工业生产转变中,工业生产的实时性、整体性会得到不断的完善,因此,在DCS系统当中,为了实现工业生产的优化以及系统的协调,在装置复杂等问题的解决当中,对DCS先进控制进行应用,能够取得十分良好的效果。在过程控制当中,一个对象通过对PID控制规律单项输出的应用,实现简单反馈控制,并在控制中以经典理论为基础。在各类工业生产流程中,传统PID控制都得到了广泛的应用。而在现代化的工业生产中,DCS系统的应用也不断扩大,但同样不能忽略现有的PID控制。因此,可以利用PID控制维护工业过程的操作和运行稳定性[5]。在这种方式之下,能够很容易接受和理解简单的操作方式。在科技进一步发展的前提下,能够更加完善控制技术的应用和结构,从而实现DCS先进控制更好的应用。
3 结语
在当前的工业生产等领域当中,DCS系统是一个较为常用的系统,对于功业生产过程的控制有着十分重要的作用。而在DCS系统中,系统设计及先进控制的应用,具有不可替代的意义和效果,对于DCS系统功能的发挥,也有着直接的影响。通过良好的系统设计和先进控制的有效应用,能够更好的确保工业生产的安全稳定,取得更为良好的效益。
参考文献
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加氢系统DCS监控简介 篇5
一、DCS监控系统简介
1、概述
加氢工系共有五套加氢系统组成，其自动化控制系统由美国爱默生公司FISHER-ROUSEMOUNT DELTAV 控制系统和一台工程师站及三台操作员站组成，实现对加氢装置的自动化管理和控制。
2、仪表控制组成每套加氢系统均配有一台质量流量计、一台温度变送器、一台压力变送器，质量流量计为本安型的Danfoss质量流量计（有瞬时流量、累积流量及温度、密度等显示），温度变送器及压力变送器均为本安型的罗斯蒙特变送器，以及计量罐采用的是本安型的罗斯蒙特的双法兰液位变送器，DCS控制柜内采用英国的MTL齐纳式安全栅与现场变送器相连接。
3、重要检测参数报警
对每套加氢系统的加氢釜的温度、压力进行设定声光报警，设定了高报及高高报警值。
4、监控与管理功能
1）动态数据监视及操作，工艺流程画面显示，工艺流程的各重要检测点实时数据；
2）历史趋势与实时趋势：各重要检测点的历史数据记录、趋势显示；
3）报警：声光、显示报警并记录；
4）分级权限管理：操作管理权限分级制度有利于保护系统运行安全，防止系统参数被无故修改等不安全行为。对于重要参数过程控制均有分级用户及密码。权限分为：操作员（Operator）权限（基本操作）、工程师（Engineer）权限（可修改过程控制参数）、主管（Administrator）权限（所有操作）。
二、基本操作方法
报警值的设定与修改：只有工程师权限以上才可进入（点击监控画面的人员管理图标进行切换用户），打开组态画面对报警值进行设定或修改。报警值共有：高高报、高报、低报、低低报。
确认报警与消音：当出现报警时，监控下方会出现报警的位号、颜色闪烁及发出报警声音，高报与低报为黄色闪烁，高高报与低低报为红色闪烁。点击报警闪烁条可跳至报警位号所在的监控画面及打开报警点的操作面板，点击面板右下角的报警确认按钮可进行报警确认。
DCS系统应用 篇6
关键词：新型DCS系统；海洋石油开发；应用；分析
中图分类号：TE953文献标识码：A文章编号：1006-8937（2012）05-0038-02
经过几次更新换代之后，新型的DCS系统已具有开放性、高可靠性、灵活性、协调性好、亦维护、控制算法齐全等优点，且越来越多被应用于工业生产领域，为企业自动化的实现奠定了坚实基础。近年来，随着油田开发群的日渐形成，传统的人工管理与维护方式已不再适用。出于对运营成本的考虑，无人驻守井口平台成为多井口的开发模式，但其功能的实现则需要自动化的高新技术来提供支持，对诸多资产和平台的高效管理就成为亟待解决的关键问题，而新型DCS系统的出现和应用就成为人们关注的焦点。
1新型DCS系统的特征和突出优点
集散控制系统（DCS）是20世纪70年代中期出现的，它是计算机（Computer）技术、控制（Control）技术、通讯（Communication）技术和CRT显示技术（简称四C技术）相结合的产物。它以微处理机为核心，把微机算机、工业控制机、数据通讯系统、显示操作装置、过程通道、模拟仪表等有机的结合起来，采用组合装式组成系统，为实现工程大系统的综合自动化创造了条件，所以，以PLC为基础的集散控制系统已成为工业自动化系统的主流。在海洋平台石油生产中，由于海上作业条件艰苦、工作环境恶劣，且随着海上石油开采规模的不断扩大化，海上平台石油生产的生产与管理越来越迫切的要求能迅速、准确、全面的掌握生产设备的工作运行状况，因此集散控制在海上石油开采中得到了日趋广泛的应用。
在集散控制系统的发过历程中，厂家对系统网络和现场控制站的设计开发尤为注重。系统网络由最初的封闭高速数据总线已发展成为应用现场总线技术和以太网技术的先进网络，现场控制站的功能亦得到了完善，其应用的成熟逐渐实现了标准化。新型DCS系统实现了由信息控制向综合信息管理的转变。随着系统规模的日渐扩大，产品集成和功能集成能力明显提高，实现了企业网络和控制网络的集成。由此可以看出，集成化和信息化是新型DCS系统的两个显著特征。
新型DCS系统的突出优点是系统功能的开放新和分散化。DCS系统中应用了FCS技术，实现了控制单元现场化和控制功能的单元化、模块化，提高新能的同时，降低了成本。且新型DCS系统的开放新实现了同第三方产品的互操作性。
2新型DCS系统在海洋石油开发中的应用分析
规模经营的发展，市场竞争的激烈，都要求海洋石油开发行业将经营决策更为有效地转化为生产力，将基于新型DCS系统的集先进的经营、控制、管理为一体的综合信息系统应用于海洋石油的开发。新型DCS系统在海洋石油开发中的应用大致包括以下三层内容：现场仪表与执行机构层、控制层、平台监控与管理层。
2.1现场仪表与执行机构层的应用分析
现场仪表将包括压力、温度、流量、液位等在内的各种现场物理信号转换为数字信号或电信号，并采取一定的必要处理措施。而执行机构则是将控制的各种输出信号转变为如位移、阀位等物理变量。近年来，HART智能现场设备技术日渐成熟，航洋石油开采中各种现场只能仪表和执行机构的应用愈加普遍起来。HART智能现场设备具有连续监视、自检仪表的功能，能够向DCS系统提供确定的设备自检状态信息、设备状态信息、设备功能性能信息及传感器校对等。基于这一良好基础，便可进行资产管理系统的建立，来对开发区域或整个平台的现场设备状况实施智能化管理，同时将HART智能现场设备纳入到新型DCS控制系统中，从而促进航洋石油开采平台管控一体化的实现。
2.2控制层的应用分析
统筹海洋石油中控平台，其控制室除负责监控本平台油气处理工艺过程外，还对单独井口平台进行监控、遥测及高级别的关断。海洋石油开发的中心平台处理系统主要包括原油三级分离系统、三甘醇脱水系统、伴生气处理系统、油气外输系统及公用系统。平台油气经工艺流程处理后，将其外输或送至其他平台用于生产。对于三甘醇脱水系统和分离系统，中控系统以系统中温度、压力及变送器采集数据为依据，来计算PID调节，实现对压力、液位、加热器调节阀的精确控制。对于应急发电机系统、油气外输泵、伴生气处理系统等设有控制键盘，平台中控系统便是通过现场控制键盘、硬线及RS485来交换信息，从而满足对现场设备重要参数的监控需求。
2.3平台监控与管理层的应用分析
新型DCS系统的网络结构采用的是标准化的工业以太网，为平台层面有效运用提供了实时、便捷的决策信息传递通道。通过DCS系统，实现了现场控制单位和智能设备对现场单位和设备云南行故障、状态、诊断信息的收集，并整合、分析其同历史数据的比较，从而对设备、装置的性能退化及可能将要发生的故障发出提前报警，为海洋石油开发平台的监控管理提供有效及时的决策信息。此外，平台的监控与管理还应涉及平台资产的管理，通过定期报告整个平台的监控状况，来促进海洋石油开采平台资源的分配和生产的调度。
3结语
在基于对石油平台海水处理的工艺复杂性和海上石油生产环境恶劣性研究的基础上，结合DCS系统的优越性，运用Rockwell RSView32组态软件研究并实现了石油平台水处理DCS系统，实现了对平台水处理工艺各子过程的分散控制和被采集信息的集中管理。该系统是DCS技术在海上石油生产中的重要应用，其长期运行，证明了系统的稳定性与可靠性，提高了海上石油生产效率，确保了海上工作人员的安全。通过上述内容可以看出，新型DCS系统的优点众多，其在海洋石油开发中的应用，对于企业进行资产管理十分有利。在计算机自动化的发展道路上，还有更难更多的问题等待着我们探索，需要充分考虑投资效益，使新型DCS系统的应有优势得到充分的发挥，从而在新时期的竞争中取胜，促进行业石油开发行业的更大进步。
参考文献：
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DCS系统应用 篇7
1.1 系统现场控制站设计
现场控制站的运行主要通过计算机来实现, 计算机对现场进行监控和测量。现场控制站主要由两个部分组成, 分别是机柜和电源、输入和输出通道。
现场控制站内部设有很多的机柜、电源和相应的模件。电源的外部通常都用金属材料包裹起来, 并与正常运行的电气相连接。机柜和电源主要用于为电子设备提供电源屏障。为了确保现场工作人员的人身安全以及电磁屏蔽的效果, 机柜必须接地, 并且使其电阻尽量保持在4Ω以内。
通常, 在机柜内部会安装风扇以起到良好的散热作用。除了这种散热方式之外, 还可以通过加强机柜内部与外部空气的气流交换来进行散热, 与此同时还能防止灰尘进入机柜内部。机柜一般采用正压送风的方式将外部的低温气体输送近机柜内部。当外部环境过热或过冷时, 则需要将空调装置设置在机柜的内部, 并最好选用封闭式的机柜, 这样就能保证机柜内部温度能够保持在一个相对恒定的范围内。
此外, 要想确保控制站的正常有效运行, 需要有较为稳定高效的交流电源。双相交流电源是较为理想的选择, 当控制站中有大功率电器时, 可以采用个别变压器先对线圈进行一定的接地处理, 这样能够提高供电的稳定性。一些化工厂对供电的稳定性和连续性要求很高, 这时可以采用可以不间断供电的UPS电源。UPS电源主要有两种类型, 分别是后备式和在线式。
1.2 主控单元
DCS系统中的主控单元主要由两个部分组成, 分别是CPU和储存器。当前, DCS系统中使用的CPU一般是16位的微处理器, 有的系统也会使用32位的处理器。现在已经有一些新的系统开始采用浮点预算协处理器来代替传统的处理器, 从而进一步提高了处理器的运行效率, 缩短了运算的时间。
存储器由两个部分组成, 分别是ROM和RAM。计算机中有固定的程序控制着存储器的运行, 并保障其运行过程中的安全性。在DCS系统的设计过程中, 组态结构的复杂性会更高, 相应的其运行会更加的稳定和可靠。
2 DCS系统中先进控制技术的应用
2.1 先进控制技术的意义
在DCS系统中应用先进控制技术有利于提高系统运行的效率和稳定性, 从而为企业的生产管理提供更好的保障, 提升企业在市场中的竞争力。除此之外, 现代控制理论和人工智能技术的出现和发展为先进控制技术的应用打下了更加扎实的基础。先进控制技术综合应用了数学原理和计算技术。这种控制方式与传统的PID技术有着较大的差异, 先进控制中有多种控制方式可供选择, 使得控制的策略有更大的灵活性, 为企业创造更多的经济收益。在传统的控制方式中, 外部环境的变化会影响参数的准确性, 还有可能导致严重的误差, 在一些对参数精确性较高的工业系统中, 传统的控制方法显然无法满足要求。而采用先进控制技术后则能有效的避免这些问题。先进控制技术已经在很多石油化工产业中得到了应用, 并且起到了良好的应用效果, 为企业带来了经济效益。一些采用了先进控制技术的企业近年来的净增效益持续增长, 而生产成本则有所下降。
2.2 先进控制技术的特点
先进控制技术与传统控制技术有很大的差异。首先, 在控制策略方面, 先进控制技术主要有两种控制策略, 分别是拥有模型的控制策略和知识控制策略。所谓的模型控制主要应用于生物识别和软测量等方面。知识控制则主要应用于智能控制等方面。这两种控制策略都是现今控制技术未来发展的主要方向。先进控制技术的应用能够解决传统控制技术下常见的问题, 使控制策略能够更好的应对多变的工业环境。在传统的控制技术下, 经常会出现不确定性、非线性、多变量耦合等问题。而一些工业环境下的模型只有在先进控制模式下才能有效的发挥出其功能和作用。先进控制技术具有较强的灵活性和环境适应性, 能够与各种控制条件和参数有效的协调和配合, 更好的发挥动态生成过程的特点和要求, 强化了控制的效果。
2.3 先进控制技术的发展现状
当前, 传统的PID控制技术仍然是主流, 在各种工业生产中得到了广泛的应用, 但是在一些现代化程度较高的工业生产中已经开始大量使用DCS系统。在一些工业生产过程中, 会出现复杂的化学和相变的反应过程, 具有很大的不确定性和非线性特征, DCS系统的优势逐渐显现出来。为了适应DCS系统的特点, 需要采用先进控制技术来处理一些复杂的问题。
3 结束语
综上所述, 在DCS系统中应用先进控制技术可以有效的提高系统运行的安全性和稳定性。当在工业生产过程中出现无法直接测量的参数时, 可以选用观测器和估计器进行间接的测量, 但是这一过程十分复杂, 必须采用先进控制技术才能确保系统的合理有效运行。
摘要：根据DCS系统的特点和设计要求, 对DCS设计过程中的要点进行总结和分析, 重点介绍了先进控制在DCS系统中的应用, 并结合实际工作经验, 从先进控制技术的意义、特点和发展这三个方面分析了先进控制技术在DCS系统中的应用效果和前景。
关键词：DCS系统,先进控制,应用
参考文献
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[2]徐伟华.基于PCS7的H-酸生产DCS系统的设计与开发[J].华东理工大学, 2014, (1) :148-149.
DCS分散控制系统电源的应用 篇8
控制中心部分是分散式控制系统中最重要的部分, 核心功能是控制执行装置和采集现场数据, 只要该控制部分正常运行, 即使其它部分短时间断电也不会给整个系统造成太大的影响, 因此, 保证控制中心的的供电就是保证了整个控制系统的正常运行。由于DCS系统对生产安全的重要性, 其中所有关键部分的设计都采取冗余和容错的方式, 这意味着DCS系统具有至少1:1 冗余设计, 当然供电电源部分是控制中心, 乃至整个DCS控制系统最关键的部分, 电源装置必须采用双重或多重冗余的供电方式, 基本的双重供电方式是由两个独立的电源装置来提供。
由于现场在供电回路中可以提供两个220VAC的供电回路 (主供电回路和备用供电回路) , 也可以提供一个220VAC和一个220VDC的供电回路, 鉴此我们希望在提供一个220VAC和一个220VDC的供电回路的情况下不使用供电回路中的隔离变压器。现使用的电源装置技术参数如下所示, 电源系统输入电压的变化范围为:85VAC~264VAC;88VDC~286VDC;输入冲击电流:≤ 5Iinmax;告警电压:当AC输入≤ 70V, DC输入≤ 85V时告警干接点输出告警, 同时该电源具有两路输入, 且有各自的整流桥电路, 每路都可以接受交流或直流输入。
二、系统类型
2.1 双路交流构成的输入回路
1) 有隔离变压器的供电回路
图1 所示为双路交流冗余供电回路, 图中:KY1=KY2:双刀单掷开关;L1=L2:电源滤波器;T1:隔离变压器;电源装置1#= 电源装置2#。图2 是图1 的等效电路, 由于N1和N2 不构成共同参考点, 所以在负载上只有各自的220V相电压作用, 经RC电路构成回路, 则形成两个输入电源回路的热备用。
2) 无隔离变压器的供电回路
图2中由于N线对L1和L2共用参考点, 所以当L1高于L2时:L1 → D11 → RC → D24 → L2 或L2 → D21 → RC → D14 → L1, 这样就可能在负载上造成L1 对L2 的线电压380V所形成的整流电压, 可以对电源构成伤害, 而且任一整流桥中只要有二极管击穿便构成了相间短路。
2.2 一路交流一路直流构成的输入回路
1) 独立的直流输入供电回路
图3 中交流输入部分是标准整流滤波回路, 直流输入部分则通过DC+→D21→RC→D23→DC-对电源没有任何影响。
2) 由另一相交流整流所构成的直流输入的供电回路
由图4 可以看出, 参考点是共同的N点, 所以有:L1 → D11 → RC → D23 → D34 → L2 或L2 → D31 → D21 → RC → D14 → L1, 显而易见, 图4 的方式和图2 的方式相似, 一样会造成AC380V的作用。
2.3 多台电源间的隔离直流输入和交流输入回路的供电回路
图5 画出了两台电源的连接方式:L1 → D11 → RC → D24 → DC+ → D21’ → RC → D14’ → L2;L1 → D11 → RC → D23 → DC- → D22’ → RC → D14’ → L2 或L2 → D11’ → RC → D23’ → DC- → D22 → RC → D14 → L1;L2 → D11’ → RC → D24’ → DC+ → D21 → RC → D14 → L1
由于线电压380V作用于两台电源的负载, 所以不会对电源产生伤害, 同时由于每台电源的两个滤波回路间具有大选功能, 所以不影响电源的正常输出。
三、结论
经过以上的讨论, 认为在独立的一路直流供电 (非交流直接整流获得的直流) 和一路交流供电的情况下省去交流隔离变压器的方案是可行的。
摘要：本文介绍在DCS分散控制系统中, 供电电源取电的各种回路方式, 通过分析得出隔离变压器的使用方式, 为实际工程提供可选方案。
关键词：DCS分散控制系统供电,电源装置,隔离变压器
参考文献
DCS系统应用 篇9
DCS-(Distributed Control System)是一种分散式的控制系统,在我国业内,一般将其称之为“集散控制系统”。在其系统内部设备技术构造上,包括计算机-(Computer)、通讯-(Communication)、显示(CRT)、控制(Control)等技术,该4C信息技术,集中体现了一种控制思想,简单一点讲就是分散控制、分级管理、集中操作,最终实现灵活配置。DCS控制技术目前被广泛应用于各工业生产领域,比如化工厂、电厂等。
在工业生产领域应用中,DCS控制系统的功能主要包括四类,分别是DAS功能(数据采集控制)、SCS功能(顺序控制)、DEH功能(纯电液控制)、FSSS功能(炉膛安全监视)。其中,DAS控制系统的功能作用主要体现在对数据信息的收集、处理,在过程中包括CRT显示、信号预处理输入、安全警报、事故顺序记录以及人机远程联系控制等;SCS系统的功能主要作用于汽轮机给水泵层面上,内部两项功能分别是减温水电动门控制、辅机保护等;DEH系统的功能,重点在于急速挂闸、暖机,或者升速控制等;FSSS的功能,即安全监视,包括磨煤机启动,机组关停控制,炉膛吹扫等,最主要的是可以快速火检冷却、锅炉报警。
2 实例探究———以北方XX电厂#2机组DCS系统为例
2.1 机组DCS控制系统现状
XX电厂#2机组,在2002年A检时,对整个控制系统进行了重新改造设计。在当时电力控制系统改造设计过程中,最终所选用的控制系统是北京日立华盛控制公司研发设计出来的HIACS-3000,由于该控制系统属于上世纪八九十年代研发的产品,在技术层面上,以及控制思想设计上都比较落后,存在部分技术上的缺陷,因此经常出现POC站死机的情况,并且网络通讯速度相当缓慢。与此同时,该机组包括主控制器、从控制器在内,设备本身性能上就存在一定的缺陷,并且它们在后续运行与相互切换的过程中,经常发生内部数据信息传输错误或者数据跟踪错误、数据丢失等情况。除此之外,还包括其他一些问题,比如电源配置结构不完善、控制系统警报设计失灵、系统自动诊断故障的效率与能力较为低下、CRT操作存在失灵情况、H-3000系统控制器可靠性较差。
该机组及相关辅助设备在改造设计前运行情况介绍如下:首先该机组总控制系统选用的为HIACS-3000,同时,该控制系统在日常运行过程中,所选用的控制器为HISECO4-M/F。数据处理中最快运算周期为50ms,网络配置为双层,在信息传输连接层面,主要是在中间以网络桥接的形式,通讯速率为0.5Mbps。
2.2 DCS电力控制系统改造设计
首先,制定并选择DCS控制方案。在DCS控制系统改造设计方案选择中,备选了两套方案,即两套DCS控制系统,经过综合考虑分析,最终选用了由艾默生过程控制公司研发设计的控制系统(Ovation)。在#2电力机组DCS控制系统的改造设计当中,本次所选用的系统(Ovation)是一种集合了4C技术的最新型集散控制系统,内部安装的奔腾处理器设备。基于技术上的完善化,该控制系统首先解决了之前所存在的网络通讯问题、数据传输丢失和错误问题,以及容量存储空间不足等问题,其优势就是高网络速度、高容量。在站点设计层面,其主要包括有历史站点、工程师站点、SIS接口站点、智能设备管理站点等。该DCS控制系统的控制站,主要由以下部件来组成,即机柜、I/O模件、电源设备、控制器,其中,每一个机柜内部都安装设计了32个I/O模块。
其次,系统结构、控制器、DAS改造设计。在系统结构设计层面,DCS控制系统主要采用的是FDDI高速光纤网络,将其设计为控制级网络,同时,系统内的控制站,其功能处在独立状态,与其余各站点建立网格式的协助关系,详见图1。
在基本控制器的设计与使用层面,如图1所示,使用的是H-5000M高速控制器,性能稳定、运行可靠、数据传输更加快速,完全可以满足机组设备运行工作与生产发电的需要。在编程控制方面,嵌入的是超高性能的R-600CH编程处理器,同时选用的CPU嵌入了4C技术。
在DAS(数据采集控制系统)改造设计层面,#2机组DCS控制系统内部结构经过重新改造设计之后,DAS功能包括有显示功能、记录功能、历史数据存储功能、历史数据检索功能,最为关键的一项核心技术则是机组在运行中,实时获取到的数据指标可以在线对其性能进行计算,而DAS系统在线性能计算出来的结果,能够在CRT上予以实时显示出来,并且可以打印记录。
3 结语
进入到二十一世纪以来,伴随着社会经济的快速发展,以及工业总产值、总规模的不断壮大,国内电力产业的发展也取得了一个新高峰。现阶段,随着国内电力行业产业化深度改革,市场竞争也日益加剧,在这种情况系,各电力企业也逐渐将经营管理重心倾向技术研发与创新层面,与以往单纯注重企业市场利润,将发展的重点转向对生产过程的控制中来。因此,当前国内电力企业更加注重对生产过程的监视,在这种情况下,DCS集散控制系统的性能要求也相应的提升,从之前就地控制阶段发展成为现在的集中控制阶段,尤其是在当前新知识经济时期,集中控制阶段正逐步升级为计算机控制阶段。
摘要：新时期新经济形势下,随着我国社会经济的持续增长,各产业部门生产方式也在逐步转型中,作为推动工业发展的基础性产业,电力产业的发电及服务质量凸显得越来越重要,人们也开始逐渐重视电力行业的发展,在这种经济环境下,DCS控制系统的研究也备受关注。在实践应用中,DCS控制系统是发电厂、变电站等电力系统得以稳定运行的核心关键环节,DCS控制系统性能的优劣,在很大程度上直接关乎着整个发电机组的安全运行状况。据此,重点从DCS改造设计层面出发,简要探讨分析DCS控制系统在电力系统中的嵌入与应用。
关键词：DCS控制系统,电力,改造设计,数据采集系统
参考文献
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DCS系统应用 篇10
福建三安钢铁公司动力厂锅炉发电系统, 主要设备装置有一台25T/h全烧煤气锅炉和两台1.5 M W气轮机发电机组;其他辅助系统有除氧给水, 循环水及软化水控制等;它们的控制集中布置在控制室内, 仪表自控系统采用是和利时公司的M A C S V—D C S (集散控制系统) 。
1 锅炉DCS控制系统的结构组成
MACSV—DCS在本锅炉发电系统的结构, 主要由网络、工程师站、操作员站、服务器、现场控制站组成。其中网络组成又分为三部分:监控网络、系统网络、控制网络。监控网络实现工程师站、操作员站、通讯站与服务器的互连;系统网络实现现场控制站与系统服务器的互连;控制网络实现现场控制站与过程I/O单元的通讯。现场控制站是M A C S V系统直接与现场打交道的、规模较大的I/O处理系统;它的主要功能是采集来自锅炉和气机的各种信号、对电气设备回路进行远程控制、以及对整个锅炉发电系统中的各种逻辑连锁等。根据工程中实际的I/O点数和FM801主控单元的处理数据能力, 此锅炉发电系统只需要一个现场控制站, 配置两个FM801主控单元, 每个主控单元带两路接口, 形成双冗余网络:主控单元之间互为热份, 同时接受网络数据, 一个单元作控制运算, 另一个处于监视状态。一旦工作中的主控单元发生故障, 备份主控单元自动进入工作状态。
2 锅炉DCS控制系统的主要软硬件组成
本锅炉发电采用的M A C S V系统是一套全能综合型集成化的综合信息系统, 它在该锅炉系统中的主要控制内容有:数据采集、锅炉和汽机的辅机顺序控制、发电变和厂用电系统的监控和控制、锅炉点火和熄火保护装置、汽轮机监视以及保护系统等。它通过通信站接收来自25T锅炉炉膛燃烧状况、锅炉气包水位状况、气轮机发电系统等现场数据, 在操作员站进行运行状态的监控和生产操作。并对锅炉和汽机的运行状态进行监测和统计, 完成各种信号的综合处理, 包括接受来自操作员的键盘、鼠标信息, 进行画面显示切换, 或输入操作员的命令和参数, 修改系统运行参数实现对系统人工干预, 如锅炉引风机风量调节、气包的给水流量调节等。整个锅炉发电D C S系统软硬件配置如下所示。
2.1 操作站
该操作站采用的是基于Windows 2000环境的工业P C机, 用于局域型控制系统监视、操作和组态编程。其C P U采用了PentiumⅣ芯片、内存256M、硬盘80G, 串行口:C O M 1、C O M 2。
2.2 主控单元FM801
FM801采用的是Pentium级冗余工控机, 具有较强数据处理能力和网络通信能力, 在本锅炉系统中, FM801能够处理所有的I/O点数据信息。因此只配置一个现场控制站, 两块FM801主控单元 (互为冗余) 。FM801主要有以下部分组成:机壳、无源底板、电源模块、CPU卡、2路1 0 M以太网卡等。主控单元的前面板为系统运行状态指示灯:P O W E R (绿) 、S T A N D B Y (黄) 、RUN (绿) 、ERROR (红) 。
2.3 锅炉DCS系统采用的主要卡件列表
如表1所示。
2.4 锅炉MACSV--DCS的组态软件
MACSV组态软件包运行于锅炉发电系统工程师站上, 操作系统采用的是Windows2000。它的应用软件主要包括:服务器算法软件, 控制器算法软件。服务器软件用于锅炉系统的服务器负荷率组态, 以及通讯点算法组态;控制器算法软件主要进行:硬件配置, 数据库定义以及用不同的算法语言编写控制方案。它具有S F C (顺序流程图) 、FBD (功能块图) 、LD (梯形图) 、ST (结构文本) 等控制组态方式。在此锅炉发电系统中, 采用的是F B D (功能块图) 组态方式, 使用它能很好的完成锅炉电气设备的回路控制, 仪表的报警处理, 以及流量的累积与运算等功能。
3 MACSV--DCS系统在本锅炉系统应用中存在的不足
3.1 系统不能完全做到在线修改, 无扰动下装
系统兼有增量及全局编译功能, 增量编译只对部分修改有效, 但有些修改必须用全局编译, 如硬件配置、目标配置、任务配置等, 而全局下装实质是对控制器复位, 即现场所有的电机停转、调节阀关闭等, 整个装置停止运行, 其实质也就是不能完全做到在线修改, 无扰动下装。
3.2 锅炉汽包液位控制算法不是三冲量
锅炉三冲量控制采集汽包液位、蒸汽流量和给水流量三个信号, 它们经过一定的运算后, 共同控制锅炉给水阀。引入蒸汽流量信号可以及时克服蒸汽流量波动对汽包液位的影响, 并有效地克服由于“假液位”现象而引起的控制系统的误动作。引入给水流量信号的目的是为了将给水流量作为副变量, 利用串级控制系统中副回路克服干扰的快速性来及时克服给水压力流量变化对汽包液位的影响。这种控制方案在大型锅炉的汽包水位调节中应用普遍。
而本锅炉采取的方案是在汽包水位PID调节控制的基础上, 引入了蒸汽流量来校正 (二冲量水位控制) , 它补偿了“虚假水位”引起的误动作;可以消除汽包水位“虚假现象”对调节系统的不良影响。但是该控制方案却存在不能及时反映给水流量对水位调节的干扰。
4 结语
MACSV—DCS在此锅炉发电系统中操作方便, 功能齐全, 能够满足各种工艺基本要求。但在一些工艺细节中的控制算法或方案还需要进一步完善。
参考文献
[1]《和利时MACSV组态手册》
DCS系统应用 篇11
关键词:DCS;循环流化床;机组
中图分类号:TK323 文献标识码:A文章编号:1006-8937(2010)10-0108-01
分散控制系统(DCS)广泛应用于发电厂自动控制,不仅提高了机组控制性能,而且合理、有效地利用了资源,使过程控制自动化水平和管理水平都达到了较高层次。
1工程概述
该电厂三期工程为新建两台亚临界参数,纯国产化循环流化床汽包炉,引进型(西门子-西屋公司)300MW纯凝汽轮发电机组,DCS系统采用国产和利时公司第四代DCS系统HOLLIAS-MACSV集散型控制系统,控制范围涵盖机、炉、电等全厂各工艺系统。DCS系统随机组于2009年11月正式投入商业运行。
2机组自动化功能
两台单元机组的监控分别由两套DCS实现,同时对纳入DCS控制的两台单元机组的公用辅助系统采用DCS公用网络进行监视和控制。DCS公用控制网络与两台单元机组的控制网络分开独立设置,设置冗余的公用系统数据服务器。同时设置DCS上层监控网络,公用系统数据服务器接入监控网络。
单元机组操作员站通过软件设置,访问公用系统数据服务器,实现运行人员通过两台单元机组DCS的操作员站对DCS公用控制网络的系统进行监视和控制,两台单元机组DCS对公用系统的控制指令具有相互闭锁功能,防止同时在两处操作。
单元机组分散控制系统DCS按照功能分散和物理分散的原则设计,主要功能包括数据采集系统(DAS)、模拟量控制系统(MCS)、顺序控制系统(SCS)、锅炉炉膛安全监控系统(FSSS),同时还包括有汽机旁路控制、锅炉吹灰控制、锅炉除渣控制、石灰石输送等功能。
汽机数字电液控制(DEH)、汽机紧急跳闸系统(ETS)采用进口DCS硬件和PLC硬件实现,通过通讯方式实现与DCS系统的信息交换。
3 系统配置
3.1单元机组系统测点(单台机组)
单元机组系统测点详情如表1所示。
单元机组模拟量输入点1598点,脉冲量输入点24点,模拟量输出点204点,开关量输入点2928点,开关量输出点1147点,IO点共计5901点。系统备用裕量20%,单元机组系统配置总点数7081点,两台机组共计14162点。
3.2公用系统测点(两台机组)
公用系统测点详情如表2所示。
两台机组公用系统模拟量输入点112点,脉冲量输入点6点,模拟量输出点12点,开关量输入点540点,开关量输出点176点,IO点共计846点。系统备用裕量20%,公用系统系统配置总点数1015点。
3.3硬件配置(两台机组及公用系统)
硬件配置详情如表3所示。
两台机组及公用系统均采用双网冗余配置,各配置两台数据服务器共6台;单元机组分别配置两台工程师站,主要实现系统配置及组态、调试功能,每台工程师站均能实现对公用系统的操作,单元机组分别配置5台操作员站供运行监视使用。
为实现与其它系统的通讯单元机组分别配置两台通讯站;远程I/O及I/O站为现场控制级基本控制单元,所有控制逻辑均在I/O站控制器实现,两台机组及公用系统共配置42对控制器;继电器柜集成主要保护输出继电器,配电柜实现对所有机柜的交流电源分配。
4系统特点
①模拟量控制(MCS)的主要回路、锅炉炉膛安全监控(FSSS)的控制处理器单独冗余配置。锅炉跳闸保护系统(FSS)的处理器模件单独冗余设置;顺序控制(SCS)中发电机/变压器组及厂用电源系统的控制处理器单独设置;数据采集(DAS)/模拟量控制(MCS)简单回路/顺序控制(SCS)的控制处理器和I/O柜根据工艺系统统筹冗余配置;数据采集(DAS)的远程I/O柜(用于炉顶壁温检测和发电机本体温度点检测)布置在现场。
②DCS通过高性能的工业控制网络及分散处理单元、过程I/O、人机接口和过程控制软件等来完成锅炉、汽轮机及其辅机热力生产过程、发电机、变压器组及厂用电源系统等的监视和控制。
③冗余配置的处理器模件中,一旦某个工作的处理器模件发生故障,系统应能自动地以无扰方式,快速切换至与其冗余的处理器模件,并在操作员站报警。当故障处理器修复并插入系统后,系统应自动进行状态拷贝并使其处于冗余运行方式。系统的控制和保护功能不会因冗余切换而丢失或延迟。
④所有的I/O模件都具有标明状态的LED指示和其它诊断显示,如模件电源指示等。开关量I/O的各通道具有状态指示。
⑤所有的模拟量输入信号每秒至少扫描和更新4次,所有的数字量输入信号每秒至少扫描和更新10次,事故顺序(SOE)输入信号的分辨率不大于1 ms。为满足某些需要快速处理的控制回路要求,其模拟量输入信号可达到每秒扫描8次,数字量输入信号可达到每秒扫描20次。
⑥在整个运行环境温度范围内,DCS的I/O精确度满足如下要求:模拟量输入信号(高电平)±0.1%;模拟量输入信号(低电平)±0.2%;模拟量输出信号±0.25%。电气系统模拟量输入信号±0.1%;模拟量输出信号±0.2%。
⑦模拟量处理器模件所有指定任务的最大执行周期不应超过250 ms,开关量处理器模件所有指定任务的最大执行周期不应超过100 ms。
⑧DCS提供一个“数字主时钟”,使挂在数据通信总线上的各个站的时钟同步。“数字主时钟”与GPS的时钟同步,也可以在工程师站通过键盘设定。各站之间时间误差应不大于2 ms。“数字主时钟”本身与电厂的GPS主时钟同步并能实现自动校正的接口。
⑨DCS与其它控制系统之间的通讯接口包括:厂级信息监控系统(SIS);汽轮发电机组振动监测和诊断系统(TDM);厂用电管理系统(ECS);电气网控系统(NCS)。
5应用效果
系统投运至今,运行稳定可靠。本工程为和利时公司实施的第一台国产300MW循环流化床机组控制系统。于2009年11月随机组试运行一次成功,全部回路投入自动,各项性能指标完全满足运行要求。
HOLLIAS-MACSV集散型控制系统网络分层设计,通讯快速、开放;系统电源、控制器、模块冗余,切换无扰;组态软件专业化、标准化、开放化,完全满足工艺系统对DCS的具体要求。
6结语
国产大型分散控制系统在2×300MW循环流化床亚临界机组的成功应用,提高了整个机组的运行效率,对电厂的安全、可靠、高效运行有着深远的影响。
参考文献:
DCS在电力系统中的应用 篇12
DCS (分散控制系统, Distributed Control System) 是在计算放大器的基础上利用计算机的模拟运算功能代替原有的模拟计算而开发的控制系统。因综合计算机、通讯、显示和控制等技术而组成的一种多级计算机系统以其分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活和组态方便的独特优势在工业控制领域取得了广泛的应用, 特别是在电力系统应用的工业生产中[1]。
目前, DCS特别在300mw及以上容量组的电力系统的应用中发挥着主导优势, 在电力系统中, 无论是其调度还是管理都需要强大的综合管理和优化控制的功能。这些无不要求电力系统在运行过程中的安全可靠、实时有效和灵活组态、合理配置、保护措施完善, 从这些要求来看, DCS控制系统能够很好的满足这些应用要求。因此, 研究DCS在控制系统中的应用是非常必要的。
1 DCS控制系统
DCS系统结构主要分为四层结构, 即管理层, 系统控制层, 现场控制层和设备层。
一般制造商生产出的DCS系统会提供除管理层外的其它三层的功能, 而通过提供开放的数据库接口连接如ERP、CRM、SCM等第三方管理软件的管理层功能[2], 如图1所示。
管理层主要设备有操作员站和工程师站, 与分散性的控制系统交互信息的人机接口设备及监测系统中各部分的运行情况。控制层主要接收现场设备发送过来的信号, 按照设定的控制策略算出控制量并送回现场设备中。现场设备层一般位于被控生产过程的附近, 是将生产过程中的各种采集物理信号转化为适合传输的电信号。
DCS系统集成了控制和管理功能, 并且集成了信息管理功能。信息和集成描述了DCS系统正在发生的变化情况。操作员采集整个设备层的信息数据, 这些数据可以以合适的方式在DCS系统中得到体现并帮助操作员清晰方便地帮助决策, 得到需要的需求数据。DCS系统已不能完全体现在信息化的控制功能上, 而充当了一个发挥信息管理功能的综合信息管理平台。提供整个工业系统工作过程中的信息通道, 充分体现了系统的全面性、准确性、实时性和系统性的特点。DCS系统已集成了可编程逻辑控制器 (PLC) 、采集发送器 (RTU) 、FCS、回路调节器和各种采集或控制单元等。
2 DCS在电力系统应用功能分析
目前, 大型的电力系统机组中大都选用DCS系统。DCS系统在电力系统中的应用中有悠久的历史和广泛的应用。
由于电力系统运行的特殊机理及在目前国民经济发展中的特殊地位。需要一种可靠性的对于大容量、高参数的控制系统, DCS系统完成了这一系列功能, 并在电力系统的控制系统的各个领域中得到广泛应用, 并且有着扩大的趋势[3]。具体DCS系统在电力系统应用时的结构图示如图2所示。
在电力系统中, DCS系统应用时通过传感器、变送器将处于设备层中的设备的状态、电量和非电量信号等信息收集到服务器, 上传至管理层中的控制计算机上, 然后按照预先设定的数学模型进行运算、判断, 最后向被控的设备发送控制命令。
DCS系统相当于一种计算机 (或微机) 控制系统, 过程控制专家们利用计算机局域网的技术将局域网变为一个实时性和可靠性的运用于过程控制领域的网络型控制系统。这样的控制系统在电力系统中应用时主要带来如下这些优势[4]:
1) 故障分散。DCS系统主要解决集中控制系统中故障集中的致命弱点。在实际电力系统中, DCS出现故障而导致的停运故障等时有发生, 其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, 提高了可靠性;
2) 降低成本。DCS系统的主要设备都是安装在电子设备室中的, 只有现场信号需通过电缆传输到电子设备室。这就减少了电缆的使用量, 降低了安装成本。缩小控制室尺寸或控制表盘的长度;
3) 减少了体积和种类。DCS对于控制室的体积和表盘尺寸做到了大大的缩减, 并且减少了控制系统所需设备的种类数量;
4) 开放性。DCS采用软硬件的开放模式及标准化、模块化的设计方式, 使其具有方便灵活的特点, 可以适应不同的用户需求;
5) 协调性。DCS系统中的信息可以共享, 采用统一管理、统一调度的模式, 提高了工作的效率;
6) 可靠性。DCS系统中采用一定的容错机制, 硬件采用双重模式, 软件采用分段模块化的设计思想。在工作过程中, 如果某一单元出现故障, 仍能够保持整个系统的完整性, 保证整个系统的可靠运行;
7) 多功能性。DCS系统实现过程中提供实时参数和历史数据信息的管理, 提供性能计算, 设备寿命计算等多种功能。
3 结论
综上所述, DCS系统能够解决电力系统工业生产中过程控制传统的传统仪表控制系统难以解决的问题。与传统工业生产中仪表控制系统和计算机集成系统来说, DCS系统相对集中控制的计算机集成系统来说故障分散的, 这在许多实际应用生产中具有独特的优势。当然, 实际生产中可能还会存在一些实际问题, 这需要研究者对于DCS系统进行不断的研究和改进。
参考文献
[1]陈俊林.计算机在火电厂中的应用[M].北京:中国电力出版社, 1996.
[2]侯华发.DCS与PLC的区别及DCS在电力领域的应用[J].工程与建设, 2006, 20 (1) :79-80.
[3]常慧玲.现代工业过程控制系统——DCS和FCS[J].科技情报开发与经济, 2000 (10) .