dcs在電廠鍋爐中的應用

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

2、670t/h鍋爐為例，詳細介紹DCS在該鍋爐中的應用。我廠的DCS廠商為北京國電智深，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）控制輔機及其設備的啟停和聯(lián)鎖控制，主燃料跳閘（MFT）完成鍋爐保護功能。達到有效監(jiān)測和控制發(fā)電廠鍋爐運行的目的。本論文詳細介紹了北京國電智深控制系統(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)絡方面都作了一定的說明。在

3、論文后面將例舉幾個鍋爐控制實例，進一步加以描述。 </p><p>　　[關(guān)鍵詞]DCS；發(fā)電廠；北京國電智深；組態(tài) </p><p>　　中圖分類號：TG336 文獻標識碼：A 文章編號：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)是北京國電智深控制技術(shù)有限公司完全自主設計的，基于最新計算機嵌入系統(tǒng)技術(shù)和現(xiàn)場總線技術(shù)開發(fā)的的分布式控制系統(tǒng)。每個I/O模塊具有獨立的現(xiàn)場總線通訊節(jié)點，具有先進、可靠和易用多個特點。 </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、輸出設備、分布式處理單元（DPU）

5、及IO模塊、電源、機柜等組成。通過高速網(wǎng)絡構(gòu)成的局域網(wǎng)將這些設備連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)在設備中的傳遞、交換和共享。 </p><p>　　其中操作員站、工程師站、歷史站可由一臺或多臺計算機組成，并可根據(jù)需要在局域網(wǎng)上連接一臺或多臺輸出設備。 </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扇設計的低功耗高性能計算機，內(nèi)置實時多任務軟件操作系統(tǒng)和嵌入式組態(tài)控制軟件，將網(wǎng)絡通訊、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)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速掃描，用于實現(xiàn)各種實時任務，包括任務調(diào)度、I/O管理、算法運算。軟件同時擁有開放的結(jié)構(gòu)，可以方便的與其它控制軟件實現(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

7、總線，可直接同時連接最多32個I/O模塊，通過擴展最多可連接64個I/O模塊。分布式處理單元（DPU）可對自身連接的I/O模塊信號進行組態(tài)控制，所以每一分布式處理單元（DPU）就是一個小型控制系統(tǒng)。實現(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)場信號線纜連接，用于完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集、處理

8、和現(xiàn)場設備驅(qū)動。每個I/O模塊通過高速現(xiàn)場總線與分布式處理單元（DPU）進行通訊連接，實現(xiàn)現(xiàn)場分布式控制。 </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備和開關(guān)設備提供工作或檢測電源。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、機柜組成。 </p><p>　　過程控制柜采用雙冗余設計，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，可實現(xiàn)自

10、動或手動冗余設備切換。 </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)運行時進行模塊的更換，方便系統(tǒng)的維護。 </p><p><b>　　1.6 通訊網(wǎng)絡 </b></p><p>　　系統(tǒng)網(wǎng)絡是連接工程師站/操作員站和現(xiàn)場控制站等節(jié)點的實時通訊網(wǎng)絡，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)型拓撲結(jié)構(gòu)的高速冗余的安全網(wǎng)絡，符合IEEE802.3及IEEE802.3u標準，基于TCP/IP與實時工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，通訊速率10/100Mbps自適應，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)場控制站的內(nèi)部網(wǎng)絡，實現(xiàn)控制機柜內(nèi)的各個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)絡和控制網(wǎng)絡分別完成相對獨立的數(shù)據(jù)采集和設備控制等功能，有效的隔離工業(yè)自動化系統(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)工程師站進行控制邏輯及IO卡件組態(tài)的工具。其特點為： </p><p>　　1、利用Microsof

13、t Visio圖形設計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，用于實時監(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)的一個圖形設計軟件，專門用于繪制如數(shù)據(jù)庫設計圖、流程示意圖、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖的圖形設計軟件。該軟件如同其OFFICE系列軟件一樣，有著強大而繁多的功能，在程序和工程設計中被廣泛的應用。 </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)生的文件為目標文件，擴展名為SAMA，為二進制數(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，編譯工具還會在工程的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中創(chuàng)建自動中間點。 </p><p>　　三、EDPF-NT Plus系統(tǒng)在發(fā)電廠的應用 </p><p>　　鍋爐控制的目標是保證蒸汽品質(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是控制汽

17、包水位在正常范圍內(nèi)，蒸汽溫度穩(wěn)定在設定值上，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)的主要任務是在保證安全燃燒的基礎(chǔ)上控制蒸汽壓力穩(wěn)定在設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)省煤器預熱后進入汽包，另一路進減溫器調(diào)節(jié)主汽溫度熱交換后進入汽包。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、蒸汽負荷流量等。特別是負荷突然增大時極易產(chǎn)生“虛假水位”現(xiàn)象，

19、測量出錯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)，能達到一定的控制效果。經(jīng)過不斷摸索，集眾家控制之所長，我們成功地采用了以三沖量為基礎(chǔ)的串級控制系統(tǒng)，并參考人工控制大量的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，根據(jù)負荷大小、水位偏差大小及方向在流程圖上實時修改PID參數(shù)――變PID三沖量控制系統(tǒng)。實踐證明能達到比較理想的控制效果。另外，由程序?qū)嵤┰诋惓Ｇ闆r下，水位偏差太大時給水流量隨動蒸汽負荷流量控制，水位正常后恢復正?？刂?。 </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，采用主蒸汽溫度加減溫水流量構(gòu)成串級控制，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)對象是一個多容環(huán)節(jié)，它的純遲延時間和時間常數(shù)都比較大，在熱工自

21、動調(diào)節(jié)系統(tǒng)中屬于可控性最差的一個調(diào)節(jié)系統(tǒng)， </p><p>　　一般由主、副兩個調(diào)節(jié)器彼此串接的雙回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)。主調(diào)節(jié)器輸入信號為主蒸汽溫度，主蒸汽流量與設定值運算后的信號作為PID的設定值；其PID輸出又與汽包壓力和風量的運算結(jié)果再進一次運算，作為副調(diào)節(jié)器的給定值，副調(diào)節(jié)器同時接受副參數(shù)信號（減溫水后汽溫）和給定值并控制調(diào)節(jié)機構(gòu)。副調(diào)節(jié)器的工作是隨動調(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)電機組控制中的應用已有10多年的歷史了，而且正在越來越多地得到應用。DCS系統(tǒng)是相對于計算機集中控制系統(tǒng)而言的計算機（或微機）控制系統(tǒng)，它是在對計算機局域網(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算機局域網(wǎng)研究成果，把局域網(wǎng)變成一個實時性，可靠性要求很高的網(wǎng)絡型控制系統(tǒng)，運用于過程控制領(lǐng)域。 &l

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