dcs在電廠鍋爐中的應(yīng)用

1、<p>　　DCS在電廠鍋爐中的應(yīng)用</p><p>　　[摘 要]集散控制系統(tǒng)（Distributed Control System，DCS），是以多個(gè)微處理機(jī)為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)、通信、顯示和控制4C技術(shù)的新型控制系統(tǒng)。DCS的設(shè)計(jì)原則是分散控制、集中操作、分級(jí)管理、分而自治和綜合協(xié)調(diào)。DCS的特點(diǎn)是控制分散、信息集中；系統(tǒng)模塊化；數(shù)據(jù)通信能力較強(qiáng)；人機(jī)接口友好而豐富；可靠性高。本文主要以長(zhǎng)海發(fā)電廠

2、670t/h鍋爐為例，詳細(xì)介紹DCS在該鍋爐中的應(yīng)用。我廠的DCS廠商為北京國(guó)電智深，本論文主要通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）采集模擬量和開關(guān)量，模擬量控制系統(tǒng)（MCS）控制水溫、汽溫、汽壓等參數(shù)，順序控制系統(tǒng)（SCS）控制輔機(jī)及其設(shè)備的啟停和聯(lián)鎖控制，主燃料跳閘（MFT）完成鍋爐保護(hù)功能。達(dá)到有效監(jiān)測(cè)和控制發(fā)電廠鍋爐運(yùn)行的目的。本論文詳細(xì)介紹了北京國(guó)電智深控制系統(tǒng)的基本功能和主要技術(shù)，在硬件選型和軟件組態(tài)、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)方面都作了一定的說明。在

3、論文后面將例舉幾個(gè)鍋爐控制實(shí)例，進(jìn)一步加以描述。 </p><p>　　[關(guān)鍵詞]DCS；發(fā)電廠；北京國(guó)電智深；組態(tài) </p><p>　　中圖分類號(hào)：TG336 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2015）17-0182-01 </p><p>　　一、EPDF-NT+系統(tǒng)硬件組成結(jié)構(gòu) </p><p><b>　　1

4、.1 概述 </b></p><p>　　EPDF-NT+系統(tǒng)是北京國(guó)電智深控制技術(shù)有限公司完全自主設(shè)計(jì)的，基于最新計(jì)算機(jī)嵌入系統(tǒng)技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)開發(fā)的的分布式控制系統(tǒng)。每個(gè)I/O模塊具有獨(dú)立的現(xiàn)場(chǎng)總線通訊節(jié)點(diǎn)，具有先進(jìn)、可靠和易用多個(gè)特點(diǎn)。 </p><p>　　EPDF-NT +控制系統(tǒng)硬件體系結(jié)構(gòu)由控制系統(tǒng)由操作員站、工程師站、歷史站、輸出設(shè)備、分布式處理單元（DPU）

5、及IO模塊、電源、機(jī)柜等組成。通過高速網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的局域網(wǎng)將這些設(shè)備連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在設(shè)備中的傳遞、交換和共享。 </p><p>　　其中操作員站、工程師站、歷史站可由一臺(tái)或多臺(tái)計(jì)算機(jī)組成，并可根據(jù)需要在局域網(wǎng)上連接一臺(tái)或多臺(tái)輸出設(shè)備。 </p><p>　　1.2 分布式處理單元（DPU） </p><p>　　分布式處理單元（DPU）是系統(tǒng)的最基本控制單元。其中主控

6、制器采用嵌入式無風(fēng)扇設(shè)計(jì)的低功耗高性能計(jì)算機(jī)，內(nèi)置實(shí)時(shí)多任務(wù)軟件操作系統(tǒng)和嵌入式組態(tài)控制軟件，將網(wǎng)絡(luò)通訊、數(shù)據(jù)處理、連續(xù)控制、離散控制、順序控制和批量處理等有機(jī)地結(jié)合起來，形成穩(wěn)定、可靠的控制系統(tǒng)。軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速掃描，用于實(shí)現(xiàn)各種實(shí)時(shí)任務(wù)，包括任務(wù)調(diào)度、I/O管理、算法運(yùn)算。軟件同時(shí)擁有開放的結(jié)構(gòu)，可以方便的與其它控制軟件實(shí)現(xiàn)連接和數(shù)據(jù)交換。 </p><p>　　分布式處理單元（DPU）通過高速工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)

7、總線，可直接同時(shí)連接最多32個(gè)I/O模塊，通過擴(kuò)展最多可連接64個(gè)I/O模塊。分布式處理單元（DPU）可對(duì)自身連接的I/O模塊信號(hào)進(jìn)行組態(tài)控制，所以每一分布式處理單元（DPU）就是一個(gè)小型控制系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)真正的分布式控制。 </p><p><b>　　1.3 IO模塊 </b></p><p>　　I/O模塊通過模塊底座與現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)線纜連接，用于完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集、處理

8、和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)。每個(gè)I/O模塊通過高速現(xiàn)場(chǎng)總線與分布式處理單元（DPU）進(jìn)行通訊連接，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)分布式控制。 </p><p><b>　　1.4 電源單元 </b></p><p>　　EPDF-NT+系統(tǒng)電源單元是提供分布式處理單元（DPU）、IO模塊的工作電源，并可為外部變送器設(shè)備和開關(guān)設(shè)備提供工作或檢測(cè)電源。電源單元采用AC/DC開關(guān)電源技術(shù)，輸入220V AC

9、交流，輸出24V DC及48V DC直流。系統(tǒng)電源模塊既可以獨(dú)立使用，也可以冗余配置。 </p><p>　　1.5 過程控制柜 </p><p>　　過程控制柜由分布式處理單元（DPU）、IO模塊、電源、機(jī)柜組成。 </p><p>　　過程控制柜采用雙冗余設(shè)計(jì)，采用雙冗余分布式處理單元（DPU）和雙冗余電源。內(nèi)部具有硬件構(gòu)成的冗余切換電路和故障自檢電路，可實(shí)現(xiàn)自

10、動(dòng)或手動(dòng)冗余設(shè)備切換。 </p><p>　　所有的分布式處理單元（DPU）、IO模塊都支持帶電拔插功能。允許用戶在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)進(jìn)行模塊的更換，方便系統(tǒng)的維護(hù)。 </p><p><b>　　1.6 通訊網(wǎng)絡(luò) </b></p><p>　　系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)是連接工程師站/操作員站和現(xiàn)場(chǎng)控制站等節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)通訊網(wǎng)絡(luò)，用于工程師站/操作站和主控單元之間的雙向數(shù)

11、據(jù)傳輸。采用工業(yè)以太網(wǎng)冗余配置，可快速構(gòu)建星型或環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的高速冗余的安全網(wǎng)絡(luò)，符合IEEE802.3及IEEE802.3u標(biāo)準(zhǔn)，基于TCP/IP與實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，通訊速率10/100Mbps自適應(yīng)，傳輸介質(zhì)為帶有RJ45連接器的5類非屏蔽雙絞線或單?；蚨嗄９饫w。 </p><p>　　控制網(wǎng)（CNET）是現(xiàn)場(chǎng)控制站的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)控制機(jī)柜內(nèi)的各個(gè)I/O 模塊和主控單元之間的互連和信息傳送，通訊速率1.5M

12、bps，傳輸介質(zhì)為屏蔽雙絞線或光纖。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和控制網(wǎng)絡(luò)分別完成相對(duì)獨(dú)立的數(shù)據(jù)采集和設(shè)備控制等功能，有效的隔離工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)和IT系統(tǒng)。 </p><p>　　二、控制組態(tài)工具EDPF-NT Plus系統(tǒng) </p><p>　　控制組態(tài)工具是EDPF-NT Plus系統(tǒng)工程師站進(jìn)行控制邏輯及IO卡件組態(tài)的工具。其特點(diǎn)為： </p><p>　　1、利用Microsof

13、t Visio圖形設(shè)計(jì)軟件的全圖形繪圖界面，直接繪制SAMA圖； </p><p>　　2、為用戶提供了功能完善的算法庫，可實(shí)現(xiàn)各種控制邏輯； </p><p>　　3、專用的編譯工具可將SAMA圖編譯轉(zhuǎn)換為控制站使用的目標(biāo)文件。 </p><p>　　4、專用的轉(zhuǎn)換工具可將SAMA圖轉(zhuǎn)換MMI站使用的過程畫面，用于實(shí)時(shí)監(jiān)視與調(diào)試。 </p><

14、p>　　2.1 Microsoft Visio工作界面 </p><p>　　Microsoft Visio 是微軟公司生產(chǎn)的一個(gè)圖形設(shè)計(jì)軟件，專門用于繪制如數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)圖、流程示意圖、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖的圖形設(shè)計(jì)軟件。該軟件如同其OFFICE系列軟件一樣，有著強(qiáng)大而繁多的功能，在程序和工程設(shè)計(jì)中被廣泛的應(yīng)用。 </p><p>　　2.2 SAMA圖組態(tài)流程 　　SAMA圖可分為邏輯圖和卡

15、件圖，邏輯圖由控制算法組成，而卡件圖由卡件算法組成。二者的組態(tài)流程稍有不同。 </p><p>　　在上面的流程圖中，編輯產(chǎn)生的圖形文件稱為SAMA圖，文件擴(kuò)展名為VSD。 </p><p>　　SAMA圖經(jīng)過配置、編譯（入庫）后產(chǎn)生的文件為目標(biāo)文件，擴(kuò)展名為SAMA，為二進(jìn)制數(shù)據(jù)文件，需下載到DPU站。 </p><p>　　SAMA圖經(jīng)過轉(zhuǎn)換后產(chǎn)生的文件為過程畫

16、面文件，擴(kuò)展名為GOC，需下載到MMI站。 </p><p>　　在配置、編譯SAMA圖的過程中，根據(jù)算法之間的連接關(guān)系，編譯工具還會(huì)在工程的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中創(chuàng)建自動(dòng)中間點(diǎn)。 </p><p>　　三、EDPF-NT Plus系統(tǒng)在發(fā)電廠的應(yīng)用 </p><p>　　鍋爐控制的目標(biāo)是保證蒸汽品質(zhì)，維持安全燃燒，主要分為汽水控制和燃燒控制兩大塊。汽水控制的主要任務(wù)是控制汽

17、包水位在正常范圍內(nèi)，蒸汽溫度穩(wěn)定在設(shè)定值上，由汽包水位控制系統(tǒng)和蒸汽溫度控制系統(tǒng)等來完成。燃燒控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是在保證安全燃燒的基礎(chǔ)上控制蒸汽壓力穩(wěn)定在設(shè)定值上并獲得最佳燃燒效率、最低排污量，減少污染節(jié)約能源，該系統(tǒng)由蒸汽壓力控制、爐膛負(fù)壓控制、料層差壓控制，燃燒控制等構(gòu)成。 </p><p>　　3.1 汽包水位自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng) </p><p>　　鍋爐給水一般采用母管制，經(jīng)給水門一次分

18、成兩路，一路直接經(jīng)省煤器預(yù)熱后進(jìn)入汽包，另一路進(jìn)減溫器調(diào)節(jié)主汽溫度熱交換后進(jìn)入汽包。主蒸汽從汽包出來后經(jīng)高溫過熱器、減溫器、低溫過熱器換熱后成為成品蒸汽去用汽單位。汽包水位控制是保證鍋爐正常運(yùn)行和蒸汽品質(zhì)的重要措施之。水位過低，容易使水全部汽化而燒壞鍋爐甚至爆炸，水位過高則影響汽水分離效果使蒸汽帶水降低蒸汽品質(zhì)。影響汽包水位的因素很多，主要有燃料燃燒加熱汽包水汽化、給水流量、蒸汽負(fù)荷流量等。特別是負(fù)荷突然增大時(shí)極易產(chǎn)生“虛假水位”現(xiàn)象，

19、測(cè)量出錯(cuò)誤水位造成干鍋損壞鍋爐，因此汽包水位一般采用傳統(tǒng)的三沖量控制系統(tǒng)，能達(dá)到一定的控制效果。經(jīng)過不斷摸索，集眾家控制之所長(zhǎng)，我們成功地采用了以三沖量為基礎(chǔ)的串級(jí)控制系統(tǒng)，并參考人工控制大量的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)負(fù)荷大小、水位偏差大小及方向在流程圖上實(shí)時(shí)修改PID參數(shù)――變PID三沖量控制系統(tǒng)。實(shí)踐證明能達(dá)到比較理想的控制效果。另外，由程序?qū)嵤┰诋惓Ｇ闆r下，水位偏差太大時(shí)給水流量隨動(dòng)蒸汽負(fù)荷流量控制，水位正常后恢復(fù)正常控制。 </p&

20、gt;<p>　　3.2 主汽溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng) </p><p>　　蒸汽溫度是蒸汽質(zhì)量重要參數(shù)之一，溫度偏差太大直接影響用汽單位要求。主蒸汽溫度影響因素多，滯后大，非線強(qiáng)，采用主蒸汽溫度加減溫水流量構(gòu)成串級(jí)控制，用爐膛出口煙作前饋以克服大滯后的影響，主汽溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)一般以減溫水調(diào)節(jié)為主，輔以尾部煙道檔板調(diào)節(jié)或噴燃器角度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。由于汽溫調(diào)節(jié)對(duì)象是一個(gè)多容環(huán)節(jié)，它的純遲延時(shí)間和時(shí)間常數(shù)都比較大，在熱工自

21、動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中屬于可控性最差的一個(gè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)， </p><p>　　一般由主、副兩個(gè)調(diào)節(jié)器彼此串接的雙回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)。主調(diào)節(jié)器輸入信號(hào)為主蒸汽溫度，主蒸汽流量與設(shè)定值運(yùn)算后的信號(hào)作為PID的設(shè)定值；其PID輸出又與汽包壓力和風(fēng)量的運(yùn)算結(jié)果再進(jìn)一次運(yùn)算，作為副調(diào)節(jié)器的給定值，副調(diào)節(jié)器同時(shí)接受副參數(shù)信號(hào)（減溫水后汽溫）和給定值并控制調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。副調(diào)節(jié)器的工作是隨動(dòng)調(diào)節(jié)，主調(diào)節(jié)器的工作是定值調(diào)節(jié)。 </p>&

22、lt;p><b>　　4 結(jié)束語 </b></p><p>　　DCS系統(tǒng)在火電廠發(fā)電機(jī)組控制中的應(yīng)用已有10多年的歷史了，而且正在越來越多地得到應(yīng)用。DCS系統(tǒng)是相對(duì)于計(jì)算機(jī)集中控制系統(tǒng)而言的計(jì)算機(jī)（或微機(jī)）控制系統(tǒng)，它是在對(duì)計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)的研究基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是過程控制專家們借用計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)研究成果，把局域網(wǎng)變成一個(gè)實(shí)時(shí)性，可靠性要求很高的網(wǎng)絡(luò)型控制系統(tǒng)，運(yùn)用于過程控制領(lǐng)域。 &l

23、t;/p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1] 《UE003-控制組態(tài)工具使用手冊(cè)2.0》.版本：1.0 編號(hào)：UE003（北京國(guó)電智深控制技術(shù)有限公司）.2007年11月. </p><p>　　[2] 《UG005- NT100 IO硬件用戶手冊(cè)V2.7》.版本：1.0 編號(hào)：UG005 （北京國(guó)電智深控制技術(shù)有限