DCS之淺談

（山東省淄博市淄博中軒生化有限公司，山東 淄博 255000）

DCS之淺談

邵明法

（山東省淄博市淄博中軒生化有限公司，山東 淄博 255000）

本文介紹了DCS的主要組成和結(jié)構(gòu)及在小型火力熱電廠的應(yīng)用，如何通過(guò)設(shè)置參數(shù)，實(shí)現(xiàn)熱電廠系統(tǒng)的穩(wěn)定和自動(dòng)調(diào)節(jié)和及時(shí)反饋控制，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況針對(duì)DCS在實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)的問(wèn)題提出相應(yīng)的改進(jìn)方案。

小型熱電廠；DCS控制；應(yīng)用

引言

隨著技術(shù)的不斷更新和進(jìn)步，計(jì)算機(jī)在自動(dòng)控制中起到了不可代替的作用。在現(xiàn)代化控制系統(tǒng)中，DCS控制系統(tǒng)得到大量應(yīng)用。它主要用于工業(yè)控制，在石化、化工、電力等行業(yè)。之所以叫離散控制系統(tǒng)，因?yàn)樗脑砭褪恰凹锌刂?，分散風(fēng)險(xiǎn)”。要用到的知識(shí)，包括控制原理、儀表、電氣等方面的知識(shí)；軟件方面，各家是不同的，但基本都是基于windows平臺(tái)、基于數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的。

一、 DCS系統(tǒng)組成

1人及界面，操作員站、工程師站、歷史站，俗稱上位機(jī)，用于操作設(shè)備，監(jiān)視參數(shù)，系統(tǒng)組態(tài)，歷史記錄等；

2 DPU，俗稱下位機(jī)，用于執(zhí)行系統(tǒng)邏輯、運(yùn)算并發(fā)出指令；

3 I/O模件，用于收集現(xiàn)場(chǎng)一次設(shè)備、元件的參數(shù)，硬接線實(shí)現(xiàn)，分模擬量和開(kāi)關(guān)量等；

4繼電器柜，用于執(zhí)行DPU的指令，如設(shè)備啟停等；

5系統(tǒng)電源柜，用于DCS系統(tǒng)電源供給，雙路；

6數(shù)據(jù)高速公路，同軸電纜或雙絞線，用于數(shù)據(jù)傳輸；

7數(shù)字交換機(jī)，用于聯(lián)系上位機(jī)和下位機(jī)的樞紐；

二、主要組成部分

1中央處理器

處理器是整個(gè)系統(tǒng)的大腦，處理器的配置應(yīng)滿足分散度要求、負(fù)荷率要求，并能兼顧系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立完整的要求。 在一些DCS中，子模件智能化程度較高，具有邏輯處理功能，如和利時(shí)MACSV系統(tǒng)的FM-801,中控JX_300_XP系統(tǒng)的XP243主控制卡。

2通訊接口

通信接口簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)設(shè)備需要與外部設(shè)備交換數(shù)據(jù)，網(wǎng)口是通信接口（如RS-232/485），DCS與其它系統(tǒng)的通訊也越來(lái)越容易，在應(yīng)用中要進(jìn)行總體規(guī)劃，規(guī)范設(shè)計(jì)，避免接口通訊中重復(fù)使用及通訊代碼的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。

3報(bào)警顯示系統(tǒng)

在實(shí)際工作中，會(huì)出現(xiàn)各種問(wèn)題和應(yīng)急情況，通過(guò)所設(shè)報(bào)警元器件自動(dòng)探測(cè)發(fā)生在布防監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的侵入行為，產(chǎn)生報(bào)警 信號(hào)，并提示值班人員發(fā)生報(bào)警的區(qū)域部位，顯示可能采取對(duì)策的系統(tǒng)。

4保護(hù)投切設(shè)置

投切系統(tǒng)應(yīng)該是有效和快速的，DCS應(yīng)設(shè)計(jì)成保護(hù)投切設(shè)置最好，能過(guò)零投切、實(shí)時(shí)跟蹤、平滑調(diào)節(jié)，就保障了系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和供電質(zhì)量，但是由于在實(shí)際改造中出現(xiàn)了故障多、設(shè)計(jì)程序復(fù)雜、維修困難，使得投切過(guò)程復(fù)雜操作比較頻繁，使保護(hù)功能缺失。

5電源

要求控制柜和使用模塊供電可靠：一般有專用電源模件采用雙重?zé)醾?、確保各機(jī)柜也能做到獨(dú)立供電，可靠運(yùn)行高。

6接地

DCS是弱電控制系統(tǒng)，非常易受干擾。一點(diǎn)接地的屏蔽可靠，屏蔽線上不會(huì)有電流，就不會(huì)有干擾的電流產(chǎn)生磁場(chǎng)。如果二點(diǎn)或二點(diǎn)以上接地，二接地點(diǎn)之間的連接線在外界磁場(chǎng)的影響下，會(huì)產(chǎn)生環(huán)流，這個(gè)環(huán)流又會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)來(lái)干擾DCS，所以，提倡一點(diǎn)接地。

三、實(shí)際應(yīng)用

2008年我廠針對(duì)兩套傳統(tǒng)熱電廠鍋爐系統(tǒng)應(yīng)用浙大中控工程有限公司研制的jx300分散控制系統(tǒng)對(duì)熱電廠部分系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，jx300系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)從功能上分成操作員站、工程師站和現(xiàn)場(chǎng)控制站三種類型，站上運(yùn)行的軟件是浙大中控系統(tǒng)專用的實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件。功能有：動(dòng)態(tài)跟蹤、時(shí)間顯示與會(huì)話、歷史報(bào)警顯示、打印報(bào)表、歷史庫(kù)儲(chǔ)存和查找，該站配以浙大中控組態(tài)軟件包，供用戶實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)的組態(tài) 現(xiàn)場(chǎng)控制站是DCS系統(tǒng)完成現(xiàn)場(chǎng)測(cè)拉的重要站點(diǎn)。該站主要完成兩項(xiàng)功能：信號(hào)的轉(zhuǎn)換與處理和控制運(yùn)算。

1鍋爐系統(tǒng)控制方案

（1）改造原則。2008年首先對(duì)兩臺(tái)15t／h中溫中壓鏈條鍋爐進(jìn)行DCS改造，輔助部分仍由智能和常規(guī)儀表控制。

（2）鍋爐運(yùn)行控制任務(wù)。① 過(guò)程檢測(cè)：對(duì)常用的物理參量（如壓力、溫度、流量等）進(jìn)行連續(xù)測(cè)量和顯示，并為自動(dòng)調(diào)節(jié)和安全保護(hù)提供（4---20ma,0---10v）檢測(cè)信號(hào)。② 過(guò)程調(diào)節(jié)：利用反饋原理和自動(dòng)控制原理對(duì)鍋爐運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)外部參數(shù)發(fā)生變化時(shí)及時(shí)跟蹤和調(diào)整。③程序控制：原有的控制仍由PLC程序控制。（S7--300系統(tǒng)）④連鎖保護(hù)系統(tǒng)：系統(tǒng)必須具有超過(guò)設(shè)備要求時(shí)（如：聲光報(bào)警和急停操作）。電氣聯(lián)鎖保護(hù)是為防止設(shè)備在啟、停過(guò)程中由于操作錯(cuò)誤而造成事故。

（3）控制參數(shù)。根據(jù)需要，分別對(duì)：① 水位；② 壓力；③ 主汽壓力；④ 分汽缸出口穩(wěn)壓；⑤ 鍋爐膛負(fù)壓；⑥主機(jī)汽溫度；⑦ 汽包水位；⑧ 爐排轉(zhuǎn)速；

（4）燃燒系統(tǒng)的控制。要做到偏差還沒(méi)有形成之前，最好用微分調(diào)節(jié)作用消除，可以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。在微分時(shí)間選擇合適情況下，可以減少超調(diào)，減少調(diào)節(jié)時(shí)間。微分作用對(duì)噪聲干擾有放大作用，因此過(guò)強(qiáng) 的加微分調(diào)節(jié)，對(duì)系統(tǒng)抗干擾不利。微分作用不能單獨(dú)使用，需要與另外兩種調(diào)節(jié)規(guī)律相結(jié)合，組成PD或PID控制器。常規(guī)的P、I、D調(diào)節(jié)跟隨性較差，無(wú)法完成這樣一個(gè)大滯后系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)。采用基于模糊理論的專家系統(tǒng)方案，可較好地實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐燃燒系統(tǒng)的自動(dòng)控制鍋爐參數(shù)中。

（5）設(shè)備中閥門(mén)的調(diào)節(jié)。閥門(mén)的開(kāi)量是保證自動(dòng)控制的關(guān)鍵，依據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，爐排轉(zhuǎn)速達(dá)到一定限額將不再對(duì)汽包壓力起決定作用。 勢(shì)必會(huì)污染環(huán)境。這就要求及時(shí)調(diào)節(jié)煤質(zhì)、爐況、變頻器轉(zhuǎn)速，在運(yùn)行中需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況及時(shí)調(diào)整。

（6）運(yùn)行效果和問(wèn)題。自從2008年對(duì)兩臺(tái)設(shè)備進(jìn)行DCS改造后，兩套鍋爐系統(tǒng)基本實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制。通過(guò)設(shè)置合適的參數(shù)（爐排轉(zhuǎn)速、鼓風(fēng)轉(zhuǎn)速、引風(fēng)轉(zhuǎn)速限幅值），基本保證了煤的充分燃燒，減少了環(huán)境污染.實(shí)現(xiàn)了正常工作時(shí)整個(gè)鍋爐系統(tǒng)的自動(dòng)控制。

結(jié)論

DCS在我國(guó)被大量的應(yīng)用在各行各業(yè)中，特別在我國(guó)火電廠的普遍應(yīng)用使機(jī)組的自動(dòng)化水平明顯提高，新的電力形勢(shì)要求我們從管理、設(shè)計(jì)、考核、培訓(xùn)等多方面著手，進(jìn)一步提高DCS的安全可靠性，改善DCS自動(dòng)控制效果，使DCS在火電廠的應(yīng)用達(dá)到新的境界，充分發(fā)揮它的性能和優(yōu)勢(shì)。

[1]侯自林.過(guò)程控制與自動(dòng)化儀表[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社。2000.

[2]Siemens Co.Ltd.SIMATIC NET網(wǎng) 絡(luò)解決方案工業(yè)以太網(wǎng)[z].北京-.Siemens Co.Ltd，2001.

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