分散控制系統(tǒng)現(xiàn)場控制站設(shè)計與開發(fā)

1、<p>　　分散控制系統(tǒng)現(xiàn)場控制站設(shè)計與開發(fā)</p><p>　　[摘 要]分散控制系統(tǒng)應(yīng)用于國內(nèi)電廠已有十幾年的時間，它具有強大的功能，提高了機組的整體控制性能，而且有效、合理地利用了資源，提高了電廠生產(chǎn)過程的自動化水平，并且使電廠的管理水平達到了一個新的高度。在整個分散控制系統(tǒng)中，現(xiàn)場控制站是其最重要的組成部分，承擔(dān)著整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)廣播、實時運算和數(shù)據(jù)備份等任務(wù)，因此現(xiàn)場控制站的設(shè)計對整個

2、DCS的可靠性、實時性和穩(wěn)定性具有重要的意義，是整個分散控制系統(tǒng)開發(fā)過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 </p><p>　　[關(guān)鍵詞]分散控制系統(tǒng)（DCS）；現(xiàn)場控制站；QNX </p><p>　　中圖分類號：TP273 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）09-0171-01 </p><p><b>　　引言 </b></p&

3、gt;<p>　　分散控制系統(tǒng)（Distribute Control System，簡稱DCS）是自從上世紀70年代中期才發(fā)展起來的新型控制系統(tǒng)，它是圖形顯示（CRT）技術(shù)、控制技術(shù)（Control）、計算機技術(shù)（Computer）、通訊技術(shù)（Communication）技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是能夠完成信息管理和過程控制的現(xiàn)代化系統(tǒng)。分散控制系統(tǒng)是以大型的工業(yè)生產(chǎn)過程為對象，從生產(chǎn)過程自動化的角度出發(fā)，按照系統(tǒng)工程中分解與協(xié)調(diào)

4、的原則研制開發(fā)出來的，對生產(chǎn)過程進行集中操作管理和分散控制的新型系統(tǒng)。DCS具有可靠性高、通訊能力強、組態(tài)方便靈活以及具有良好的開放性和擴展性的特點，己廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)的過程控制中，取得了顯著的經(jīng)濟和社會效益。其中現(xiàn)場控制站是DCS中的重要組成部分，其承擔(dān)著DCS的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)廣播、實時運算及數(shù)據(jù)備份等任務(wù)，因此現(xiàn)場控制站的設(shè)計對整個DCS的可靠性、實時性和穩(wěn)定性具有重要的意義，是?苑⒄?個DCS過程中的非常重要的一環(huán)?，F(xiàn)場控制站軟

5、件一個非常重要的指標(biāo)就是系統(tǒng)的實時性，幾乎目前所有的分散控制系統(tǒng)中的現(xiàn)場控制站采用的都是實時操作系統(tǒng)（RTOS）。 </p><p>　　1 分散控制系統(tǒng)在大型火電機組上的應(yīng)用 </p><p>　　1.1 DCS基本結(jié)構(gòu)及原理 </p><p>　　盡管分散控制系統(tǒng)具體結(jié)構(gòu)不盡相同，但其基本結(jié)構(gòu)相似。MAX--1000分散控制系統(tǒng)基本組成如圖1所示。系統(tǒng)可看成由三

6、部分組成：工作站、遠程處理單元RPU和光纖數(shù)據(jù)高速公路。系統(tǒng)工作站采用多個32位微處理器構(gòu)成并行系統(tǒng)，工作站的核心是實時處理器RTP，它包括2個或3個用于操作管理的圖形處理器GP和一個用于信息管理的應(yīng)用處理器AP。 </p><p>　　遠程處理單元RPU由輸入輸出IPO模塊和分散處理單元DPU組成。對象的數(shù)據(jù)經(jīng)IPO模塊輸入并轉(zhuǎn)換，然后送到分散處理單元DPU進行處理，再經(jīng)IPO輸出進行控制。采用了一個雙冗余光纖

7、數(shù)據(jù)高速公路，它由兩個環(huán)形光纜組成。系統(tǒng)通過這兩個冗余的光纖通信環(huán)路將MCS、燃燒器管理系統(tǒng)BMS、順序控制系統(tǒng)SCS、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)DAS連成一個相當(dāng)大的功能分布系統(tǒng)。另外該系統(tǒng)通過RS232 C與汽輪機數(shù)字電液系統(tǒng)DEH進行通信，將兩者緊密相連，從而完成對大機組全面監(jiān)測與控制。 </p><p><b>　　1.2系統(tǒng)功能 </b></p><p>　　MAX-10

8、00集散控制系統(tǒng)實現(xiàn)以下4個系統(tǒng)的功能：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)DAS、順序控制系統(tǒng)SCS，燃燒器管理系統(tǒng)BMS及模擬量控制系統(tǒng)MCS。其中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)DAS能連續(xù)采集和處理所有與機組有關(guān)的測點信息及設(shè)備狀態(tài)信息，以便及時向操作人員提供有關(guān)的運行信息，實現(xiàn)機組安全經(jīng)濟運行。一旦機組發(fā)生任何異常工況，能及時報警，提高機組的可利用率。SCS通過聯(lián)鎖、聯(lián)跳和保護跳閘功能來保證被控對象的安全。鍋爐燃燒管理系統(tǒng)BMS將鍋爐燃燒系統(tǒng)控制與安全保護系統(tǒng)溶為一體，

9、既向操作人員提供燃燒系統(tǒng)操作手段，又可實施連續(xù)監(jiān)視報警及保護。BMS的安全聯(lián)鎖功能是最高等級的。主要邏輯系統(tǒng)有爐膛吹掃、主燃料跳閘、火焰監(jiān)視判斷、燃料啟動許可、燃油系統(tǒng)控制。MCS系統(tǒng)中協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)采用了直接能量平衡的機爐協(xié)調(diào)控制方案，這種DEB控制系統(tǒng)是美國利諾公司的專利，控制品質(zhì)好，能較好地克服燃燒率自發(fā)擾動（如給粉自流及不均勻下粉等），能快速地控制機組的發(fā)電功率與外界負荷要求相匹配，能在任何工況下計算出汽機對鍋爐的能量要求，并控制

10、鍋爐出力與汽機能量要求相匹配，使主汽壓波動較小。它擔(dān)負著發(fā)電過程中的水、汽、煤、油、風(fēng)、煙以及子系統(tǒng)的過程變</p><p>　　2 現(xiàn)場控制站軟件設(shè)計 </p><p>　　2.1現(xiàn)場控制站軟件功能與結(jié)構(gòu) </p><p>　　由于實際工程的需要，對于控制生產(chǎn)過程的現(xiàn)場控制站來講，高可靠性和有效的實時性是必不可少的，所以在設(shè)計整套DCS的過程中，要對硬件的構(gòu)造和性

11、能進行嚴密的蹄選外，在保證了硬件可靠的基礎(chǔ)之上，還要從現(xiàn)場控制站的軟件下手，保證其也具有很高的實時性和可靠性。與工程師站和操作員站相比，現(xiàn)場控制站一般沒有鍵盤、鼠標(biāo)以及顯示器等人機接口設(shè)備。當(dāng)工程師站和操作員站死機的時候可以采用重啟電腦的方式進而恢復(fù)其功能，但是對于現(xiàn)場控制站而言，這種方法是不可行的。所以現(xiàn)場控制站軟件設(shè)計在設(shè)計?苑⒌氖焙蠐Ω帽Ｖふ?常運行，堅決不能讓死機的現(xiàn)象發(fā)生，而且其程序要具有很強的故障自恢復(fù)能力，當(dāng)出現(xiàn)問題時能夠

12、進行自我的修復(fù)和容錯，同時也要具有很強的抗干擾能力，因為現(xiàn)場控制站的工作是處于一個強干擾，高福射的機柜中，保證其具有超強的抗干擾能力也是一項必不可少的工作。目前大部分廠商的DCS，其現(xiàn)場控制站軟件一般都是采用模塊化程序的設(shè)計方法。利用通用的編程語言（如C、C++等）在實時操作系統(tǒng)上進行程序的設(shè)計與?苑?。以GDPI^-VI分散控制系統(tǒng)中的現(xiàn)場控制站為例，其實時操作系統(tǒng)采用的是由加拿大QSSL軟件系統(tǒng)有限公司開發(fā)的QNX</p>

13、;<p><b>　　3 總結(jié) </b></p><p>　　GDPF-VI系統(tǒng)是面向火電廠熱工控制過程而研發(fā)的分散控制系統(tǒng)，對于分散系統(tǒng)來講，它是由工程師站、操作員站、現(xiàn)場控制站以及系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)所構(gòu)成的，其中現(xiàn)場控制站的設(shè)計與開發(fā)是整個系統(tǒng)設(shè)計的核心之一，它是整個系統(tǒng)運行穩(wěn)定與否的關(guān)鍵組成部分。在設(shè)計現(xiàn)場控制站的過程中，要特別注意實時性的要求，而且要充分考慮實際現(xiàn)場工程的應(yīng)用，特

14、別是對于復(fù)雜的、大遲延、大慣性的火電廠來講，滿足其生產(chǎn)過程的控制的需要是最重要的目標(biāo)要求。在系統(tǒng)的設(shè)計與?苑⒌墓?程中，研究了目前應(yīng)用比較廣泛的數(shù)家DCS廠家的產(chǎn)品，并且對這些廠家的產(chǎn)品進行了總結(jié)。在深刻理解分散控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的基礎(chǔ)上，對GDPF-VI系統(tǒng)的現(xiàn)場控制站進行了全面的設(shè)計與?苑?，相比其他DCS產(chǎn)品?斫玻?在系統(tǒng)的硬件與軟件上都進行了改進，使其更具有可靠性和魯棒性。 </p><p><b&