火電廠的DCS系統(tǒng)

1、火電廠DCS系統(tǒng) 什么是DCS系統(tǒng) DCS系統(tǒng)的研究背景及意義 DCS系統(tǒng)介紹 DCS在火力發(fā)電廠煙氣脫硫控制系統(tǒng)的應用什么是DCS系統(tǒng) DCS 是分散控制系統(tǒng)（Distributed Control System）的簡稱，國內(nèi)一般習慣稱為集散控制系統(tǒng)。它是一個由過程控制級和過程監(jiān)控級組成的以通信網(wǎng)絡為紐帶的多級計算機系統(tǒng)，綜合了計算機（Computer）、通訊（Communication）、顯示（CRT）和控制（Control）等 4C 技術，其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活、組態(tài)方便。 DCS具有以下特點：高可靠性；開放性；靈活性；易于維護；協(xié)調(diào)性；控制功能齊全。在火電廠

2、的 DCS 項目一般包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) DAS、模擬量控制系統(tǒng) MCS、爐膛安全與監(jiān)控系統(tǒng) FSSS、順序控制系統(tǒng) SCS、廠用電監(jiān)控系統(tǒng) ECS、汽輪機緊急跳閘保護系統(tǒng) ETS 以及數(shù)字電調(diào)系統(tǒng)（DEH）等。什么是DCS系統(tǒng) 電力行業(yè)是中國引進 DCS（Distributed Control System，是分散控制系統(tǒng)的簡稱）較早的行業(yè)領域之一，而且，電力行業(yè)整體的自動化控制水準較高，也被認為是中國目前最能與國際接軌的行業(yè)。國內(nèi)電力行業(yè)的第一套 DCS 投入使用是在 1992 年，在此之前的電廠控制全部都是采用常規(guī)儀表或者組件組裝儀表。DCS系統(tǒng)的研究背景及意義DCS系統(tǒng)的研究背景及意義 由

3、于 DCS 的可靠性高，運轉(zhuǎn)效率高，能有效降低煤耗，火電廠為改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和產(chǎn)業(yè)結構，提高自動化、智能化、信息化水平，增強企業(yè)競爭能力，因而在火電廠迅速得到推廣，之后新建的大型機組全部都采用了 DCS 控制。DCS系統(tǒng)的研究背景及意義 在大型火電廠，DCS是計算機系統(tǒng)與發(fā)電機組控制模式結合的控制系統(tǒng)，與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)有本質(zhì)區(qū)別。DCS具有通用性強、系統(tǒng)組態(tài)靈活、控制功能完善、數(shù)據(jù)處理方便、顯示操作集中、調(diào)試方便、運行安全可靠等特點，在大型火力發(fā)電廠的生產(chǎn)過程中，能提高發(fā)電技術的自動化水平，減少不必要的人員浪費，增強系統(tǒng)的安全系數(shù)。 DCS系統(tǒng)介紹基本體系結構 操作員站、現(xiàn)場控制站、工程師站和系統(tǒng)網(wǎng)

4、絡構成了集散控制系統(tǒng)結構的四個基本組成部分。除了四個最基本的組成部分外，目前的集散控制系統(tǒng)中加入了一些能夠?qū)崿F(xiàn)特殊功能的站，還有更加完備的信息管理網(wǎng)絡，以滿足生產(chǎn)管理和各種特殊參數(shù)的采集以及處理。 操作員站（Operator Station） 操作員站通常應用計算機來作為承載工具。處理一切與運行操作有關的人機界面功能的網(wǎng)絡節(jié)點。 主要功能：為系統(tǒng)的運行操作人員提供人機界面，使操作員可以通過操作員站及時了解現(xiàn)場運行狀態(tài)、各種運行參數(shù)的當前值、是否有異常情況發(fā)生等，并可通過輸入設備對工藝過程進行控制和調(diào)節(jié)，以保證生產(chǎn)過程的安全、可靠、高效、高質(zhì)。現(xiàn)場控制站（Control Station） 現(xiàn)場控

5、制站是DCS的核心。 對現(xiàn)場I/O處理并實現(xiàn)直接數(shù)字控制（DDC）功能的網(wǎng)絡節(jié)點。 系統(tǒng)主要的控制功能由它來完成。系統(tǒng)的性能、可靠性等重要指標也都要依靠現(xiàn)場控制站保證。 其設計、生產(chǎn)及安裝都有很高的要求。 分散控制系統(tǒng)中的主要任務執(zhí)行者。工程師站（Engineer Station） 對DCS進行進行離線的配置、組態(tài)工作和在線的系統(tǒng)監(jiān)督、控制、維護的網(wǎng)絡接點。 主要功能：提供對DCS進行組態(tài)，配置工作的工具軟件，并在DCS在線運行時實時地監(jiān)視DCS網(wǎng)絡上各個節(jié)點的運行情況，使系統(tǒng)工程師可以通過工程師站及時調(diào)整系統(tǒng)配置及一些系統(tǒng)參數(shù)的設定，使DCS隨時處在最佳的工作狀態(tài)之下。系統(tǒng)網(wǎng)絡（System

6、 Network） 是連接系統(tǒng)各個站的橋梁。 由于DCS是由各種不同功能的站組成的，這些站之間必須實現(xiàn)有效的數(shù)據(jù)傳輸，以實現(xiàn)系統(tǒng)總體的功能。 系統(tǒng)網(wǎng)絡的實時性、可靠性和數(shù)據(jù)通信能力關系到整個系統(tǒng)的性能，特別是網(wǎng)絡的通信規(guī)約，關系到網(wǎng)絡通信的效率和系統(tǒng)功能的實現(xiàn)。 DCS得以實現(xiàn)的技術關鍵。其他功能站 在先進的集散控制系統(tǒng)結構中，除了操作員站、現(xiàn)場控制站和工程師站以外，還有許多完成特定工作的功能站，如運算各種高級控制策略的計算站，完成數(shù)據(jù)日志記錄的日志記錄站等。通過這些站的工作，集散控制系統(tǒng)的結構更加穩(wěn)固，功能更加強大。 集散控制系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展到具有很強的功能特性的階段，其體系特征表現(xiàn)為功能的層次

7、化。按照功能分層的方法，可以將集散控制系統(tǒng)的功能分為四級。 基本構成由現(xiàn)場級、控制級、監(jiān)控級、管理層四級構成。 現(xiàn)場級主要包括各種過程通道卡件或者模塊。 控制級包括所有的過程站。 監(jiān)控級包括工程師站、操作員站、歷史站和打印機等附屬設備。 管理級包括管理計算機。 四層中間相應的通信網(wǎng)絡由控制網(wǎng)絡（Cnet）、監(jiān)控網(wǎng)絡（Snet）、管理網(wǎng)絡（Mnet）三層網(wǎng)絡結構。 現(xiàn)場級現(xiàn)場級-傳感器、變送器、執(zhí)行器等 現(xiàn)場級設備一般位于被控生產(chǎn)過程的附近。典型的現(xiàn)場級設備是各類傳感器、變送器和執(zhí)行器，它們將生產(chǎn)過程中的各種物理量轉(zhuǎn)換為電信號。 例：將 420mA的電信號（一般變送器）或符合現(xiàn)場總線協(xié)議的數(shù)字信

8、號（現(xiàn)場總線變送器），送往控制站或數(shù)據(jù)采集站進行，將控制站輸出的控制量（420mA的電信號或現(xiàn)場總線數(shù)字信號）轉(zhuǎn)換成機械位移，帶動調(diào)節(jié)機構，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的控制?？刂萍壙刂萍?現(xiàn)場控制站 控制級主要由現(xiàn)場控制站和數(shù)據(jù)采集站構成。一般在電廠中，把現(xiàn)場控制站和數(shù)據(jù)采集站集中安裝在位于主控室后的電子設備室中。 現(xiàn)場控制站接收由現(xiàn)場設備，如傳感器、變送器傳來的信號，按照一定的控制策略計算出所需的控制量，并送回到現(xiàn)場的執(zhí)行器中去?，F(xiàn)場控制站可以同時完成連續(xù)控制、順序控制或邏輯控制功能，也可能僅完成其中的一種控制功能?？刂萍壙刂萍?數(shù)據(jù)采集站 數(shù)據(jù)采集站與現(xiàn)場控制站類似，也接收由現(xiàn)場設備送來的信號，并對其

9、進行一些必要的轉(zhuǎn)換和處理之后送到分散型控制系統(tǒng)中的其它部分，主要是監(jiān)控級設備中去。 數(shù)據(jù)采集站接收大量的過程信息，并通過監(jiān)控級設備傳遞給運行人員。 數(shù)據(jù)采集站不直接完成控制功能，這是它與現(xiàn)場控制站的主要區(qū)別。 電子間一般不再獨立設置，更多為遠程I/O站。監(jiān)控級監(jiān)控級 監(jiān)控級的主要設備有操作員站、工程師站、歷史站和計算站等。 操作員站安裝在中央控制室。 工程師站、歷史站和計算站一般安裝在電子設備室。管理級管理級 管理級包含的內(nèi)容比較廣泛，一般來說，它可能是一個發(fā)電廠的廠級管理計算機，也可能是若干個機組的管理計算機。 它所面向的使用者是廠長、經(jīng)理、總工程師、值長等行政管理或運行管理人員。 廠級管理

10、系統(tǒng)的主要任務是監(jiān)測企業(yè)各部分的運行情況，利用歷史數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)預測可能發(fā)生的各種情況，從企業(yè)全局利益出發(fā)輔助企業(yè)管理人員進行決策，幫助企業(yè)實現(xiàn)其規(guī)劃目標。DCS在火力發(fā)電廠煙氣脫硫控制系統(tǒng)的應用 華能山西榆社發(fā)電廠為2臺300MW燃煤機組，為保證煙氣排放達到環(huán)保要求，安裝了2套FGD煙氣脫硫系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用石灰石石膏濕法脫硫工藝，該工藝是目前世界上應用最為廣泛和最可靠的工藝。該工藝以石灰石漿液作為吸收劑，通過石灰石漿液在吸收塔內(nèi)對煙氣進行洗滌，發(fā)生反應，以去除煙氣中的SO2，反應產(chǎn)生的亞硫酸鈣通過強制氧化生成含兩個結晶水的硫酸鈣(石膏)。煙氣脫硫系統(tǒng)的流程簡圖如下： 為保證FGD系統(tǒng)安全穩(wěn)定

11、的運行，自控系統(tǒng)采用西門子PCS7系統(tǒng)作為FGD的DCS系統(tǒng)。PCS7是西門子的DCS系統(tǒng)，基于過程自動化，從傳感器、執(zhí)行器到控制器，再到上位機，自下而上形成完整的TIA（全集成自動化）架構。主要包括Step7、CFC、SFC、Simatic Net和WinCC以及PDM等軟件，組態(tài)對象選用S7-400高端CPU，一般應用于鋼鐵和石化等行業(yè)。作為先進的過程控制系統(tǒng)，SIMATIC PCS7 形成了一個帶有典型過程組態(tài)特征的全集成系統(tǒng)。榆社電廠脫硫DCS系統(tǒng)的配置如下圖。 榆社電廠脫硫DCS系統(tǒng)設置一個操作室，IO總數(shù)達1900。系統(tǒng)共有兩個操作員站和一個工程師站，工程師站由兩個機組共享。每個機組各有一個操作員站站，但每個操作員站站可以在出現(xiàn)異常情況時以不同級別權限監(jiān)控兩個機組。每套機組的脫硫島系統(tǒng)設有一個控制站，現(xiàn)場監(jiān)控參數(shù)通過分部式I/O(ET200)的I/O模塊進行采集和輸出，控制站和分部式I/O通過PROFIBUS現(xiàn)場總線相連。工程師站、操作員站和控制站通過工業(yè)以太網(wǎng)相連，以太網(wǎng)交換機采用西門子工業(yè)級的以太網(wǎng)交換機