2013DCS讲稿

1,曹生现 2013年9月7日,集散控制系统,目 录,1,2,4,5,火电厂概述DCS系统结构典型DCS系统特点DCS关键技术发展趋势,3,1、火电厂概述,火电厂的主要生产过程,在我国及世界范围内，火电厂主要以燃煤电厂为主，以采用煤粉炉的燃煤凝汽式电厂为例，介绍其生产过程。火电厂的工作过程主要是以燃烧系统、烟风系统和汽水系统这三条线展开的。以图示说明。,1、火电厂概述,燃烧系统生产流程,1、火电厂概述,汽水系统生产流程,1、火电厂概述,火电厂热工自动化范围,1自动检测（仪器仪表）2自动调节（过程控制）3. 程序控制 （顺序控制）4自动保护 5. 综合自动化技术,1、火电厂概述,1、火电厂需要连续进行检测的信号有： 温度、压力、流量、液位、电流、电压、转速、 频率、振动、位置、火焰、成份、汽水品质等。,1、火电厂概述,2、火电厂模拟量控制（MCS） MCS的策略是把锅炉-汽轮发电机组作为一个整体进行控制，通过控制回路，协调锅炉与汽轮机组的工作状态，以适应负荷变化的需要。根据这种策略，设计、组态的机组模拟量控制系统常被称为机组协调控制系统(CCS)。MCS主要包括：1）锅炉控制子系统（给水自动调节系统、燃烧自动调节系统、过热器和再热器蒸汽温度调节系统；2）汽轮机控制子系统（汽轮机功率及频率调节功能；汽机自启停系统（TAS）；旁路自动控制系统（BPC）；汽轮机超速保护；汽动给水泵的控制系统等）,离心调速器,1、火电厂概述,1、火电厂概述,为保证安全和经济，工艺上要求系统按一定的顺序执行相应的操作步骤。火力发电厂中典型的顺控系统有燃煤输送系统、化学水处理系统、锅炉吹灰系统、锅炉定期排污系统等。,程序控制 （顺序控制SCS ）,1、火电厂概述,4自动保护,在早期的火力发电厂，锅炉灭火、“放炮”、炉膛爆炸是比较常见的恶性事故。在系统的机、炉、电三大件中，锅炉是比较在锅炉复杂环节，为防止起停过程、低负荷燃烧不稳定等工况发生恶性事故，均设置锅炉炉膛安全监控系统。主要是：炉膛安全监视系统(FSSS)，主要功能是炉膛点火前的吹扫 燃油投入许可及控制 煤粉投入许可及控制 持续运行监视 特殊工况监控 主燃料跳闸 跳闸后炉膛吹扫,低压旁路阀,高压旁路阀,1、火电厂概述,火电厂控制以DCS为主控系统仪表检测面广-机、炉、电、水、煤、烟仪表使用量大-2350WM：AI-1105 AO-150 II-1407 IO-1042 -2600WM：AI-1455 AO-137 II-3047 IO-1166仪表种类增多-温度、压力、液位、流量、 震动、偏心、转速、水参数、 煤参数、烟参数等,火电厂控制现状分析,3704,5805,1、火电厂概述,高能耗-节能、降耗（煤、检测准确性、优化）高污染-烟、灰、污水（脱硫、脱硝、除尘、 水质检测）高投入-设备、维护（仪表质量、国产化）,存在问题,目 录,1,2,4,5,火电厂概述DCS系统结构典型DCS系统特点DCS关键技术发展趋势,3,2、DCS系统结构,DCS结构层次,现场级,过程控制级,过程管理级,生产管理级,经营管理级,市场和用户分析，订货销售统计、制造协调、合同人、财、档案 生产监视、报告，规划产品结构和规模 过程操作，装置之间协调，优化过程控制，错误检测、 数据存档等 数据采集、预处理、开闭环控制、设备监诊、实施安全、冗余措施 连续控制、批量控制、离散控制（仪表、开关、阀门、执行器等）,2、DCS系统结构,2、DCS系统结构,SIS网络结构,2、DCS系统结构,SIS功能,2、DCS系统结构,基建期MIS功能,2、DCS系统结构,MIS功能,目 录,1,2,4,5,火电厂概述DCS系统结构典型DCS系统特点DCS关键技术发展趋势,3,3、典型DCS系统特点,Ovation DCS系统（美国西屋）EDPFNT 分散控制系统（国电智深）I/A Series（福克斯波罗FOXBORO）HOLLiAS-MACS（和利时）TXP核电DCS（西门子）,国内电站常用DCS系统特点,3、典型DCS系统特点,Ovation I/O,Westinghouse Q-Line I/O,Ovation 控制器,Ovation 人机接口PC机或工作站,连接网络化 I/O, PLCs 和 DCS,Allen-Bradley PLCs,Westinghouse WDPF 系统,Ovation 企业网络,企业级 Intranet,The Internet,典型Ovation 控制系统总貌,PCI 设备,3、典型DCS系统特点,编程中心（建立数据库，控制逻辑）Power Tools 服务器Oracle 数据库服务器,典型的OVATION系统结构,操作员站,监视和控制过程的操作员借口,历史站,CNTRL,1,51,2,52,历史/记录服务器,长期点数据的存储（周、月、年）检索操作站/报警站的历史趋势,冗余控制器对,其它工作站,PROCESS,( Power plants, Blast Furnaces, Waste Treatment plants, etc.),CNTRL,CNTRL,CNTRL,操作员站,工程师站,工程师站,冗余控制器对实时控制器，扫描、刻度变换、监测全部的过程输入，输出控制信息给过程。在OVATION网或乙太网上广播点信息。,switch,switch,交换机,交换机,3、典型DCS系统特点,Ovation系统三大组成部分,网络部分：由图可看出Ovation分散控制系统网络又互为冗余网、数据交换站以及操作员站、工程师站、历史站、控制器等各节点构成。 工作站：根据站的使用功能不同分为几种不同功能站，包括：数据库服务器、工程师服务器、操作员站、历史报表站以及其他功能站。 控制器：作为控制中心，控制器采用了冗余的方式达到最大的可靠性、安全性。控制器采用与PC兼容的实时操作系统（全32位优先级多任务系统），以及标准的PC结构和无源的PCI/ISA总线接口。,3、典型DCS系统特点,系统状态图上站点的状态颜色,Ovation 网络特点,光纤快速局域网(LAN)Fast Ethernet/Token Bus or Ring/Ovation network标准硬件ANSI X3T12全冗余光纤网络200Km,1000站点协议OSI/TCP/IP,系统应用层标准化网络采用国际上通用的全冗余网络，严格遵循ANSI标准IEEE802.3。可以实现企业内部的局域网（LAN）和广域网（WAN）以及与Intranet网的联网。,3、典型DCS系统特点,3、典型DCS系统特点,EDPFNT DCS系统结构,3、典型DCS系统特点,EDPFNT DCS系统组成,EDPF-NT 分散控制系统支持面向厂区级应用的基于分布式计算环境（DCE)的多域网络环境。采用“域”管理技术，成功解决多套控制系统管理互连及集中监控功能要求。工程师站（ENG）操作员站（OPR）过程控制站（DPU）历史数据记录站（HSR）计算站（CAC）制表站（LOG）接口工作站（GATEWAY）,3、典型DCS系统特点,EDPFNT DCS系统特点,通讯网络 网络形式：快速交换型工业以太网 通讯标准：TCP/IP 通讯速率：100/1000Mb/s 网络介质：光纤/UTP/STP 拓朴结构：星型/环型/树型/总线型 通信网络冗余：多重化冗余（多点交叉冗余容错的环网结构、自愈型网状结构） 实时数据库总容量65000100 点 网络数据负荷率：10 系统支持网络节点数：100 个域253 个站,3、典型DCS系统特点,EDPFNT DCS系统特点,过程控制站 CPU 低功耗Pentium 500MHZ 内存 64MB RAM 非失电存贮器容量： 铁电存储器128MB 冗余方式：热备冗余 控制处理能力：999 个控制页/每个DPU 系统最快处理周期：20ms 局部实时数据库容量16000 点/每个DPU I/O 级网络形式：冗余总线型网络，网络协议：HDLC & RS485，同 步数据传输 网络多重冗余、DPU 冗余，电源冗余，重要I/O 冗余,3、典型DCS系统特点,I/A Series（福克斯波罗FOXBORO）,AW,CP,Nodebus,Fieldbus,WP操作台,Din FBM,Legacy FBM,NodebusIEEE802.3/10M/s 100 M/s 1 G/s,FieldbusIEEE1118/268.75K/s IEEE802.3/10 M/s 100 M/s,AW51- SUN SPARC/Solaris70-Intel/Windows NT/XP,CP 10 30 40 60 270,3、典型DCS系统特点,CP60技术规格,10 Mb以太网冗余现场总线连接软件组态支持最大 4,000 功能块每秒可执行3400功能块最快功能块执行周期: 50 毫秒可连接最多 FBM : 120 块,3、典型DCS系统特点,HOLLiASMACS系统的硬件体系结构,和利时公司在成功地开发并应用了HS-DCS-1000系统和HS2000系统之后，在系统地总结了各行业用户的意见和建议，充分调查了计算机技术、网络技术、应用软件技术、信号处理技术等最新发展动态的情况下，基于当今最先进的技术 ，采用成熟的先进控制算法，推出了公司的第四代DCS系统HOLLiASMACS系统。,控制网络CNETProfibus-DP现场总线采用带屏蔽的双绞铜线连接站地址为0-125,3、典型DCS系统特点,1.HOLLiASMACS系统是由以太网和使用现场总线技术的控制网络连接的各工程师站、操作员站、现场控制站、通讯控制站、数据服务器组成的综合自动化系统，完成大型、中型分布式控制系统(DCS)、大型数据采集监控系统(SCADA)功能。2.HOLLiASMACS系统硬件由工程师站、操作站、现场控制站(包括主控单元设备和I/O单元设备)、通讯控制站、系统服务器、系统网络、监控网络、控制网络等组成。3.HOLLiASMACS系统软件包括：工程师站组态软件；操作员站在线软件； 现场控制器运行软件；服务器软件等。,操作员站,现场控制站,工程师站,3、典型DCS系统特点,TXP核电DCS（西门子）岭澳二期DCS,3、典型DCS系统特点,根据电站仪控设备实现的功能要求，电站仪控系统划分为四个处理层级：LEVEL 0I/O层，过程仪表层，即现场各类测量仪表，如温度，压力，流量，液位等传感器；及现场执行器，如阀门，马达等。LEVEL 1过程控制层，AS620自动化控制级，即能自动，独立实现电站控制及保护功能的设备，如电气厂房L15米机柜及其内设备。LEVEL 2操作监视层，OM690人机接口级，即操纵员实现人机对话，对电站进行操作和监视的设备，如控制室。LEVEL 3高级应用（信息管理）层，来自DCS系统的电站信息平台。岭澳二期DCS系统主要指LEVEL 1及LEVEL 2层仪控设备,目 录,1,2,4,5,火电厂概述DCS系统结构典型DCS系统特点DCS关键技术发展趋势,3,3、DCS关键技术,DCS基本控制范围主要包括：DAS、MCS、SCS、FSSS等，以及DEH/MEH、ECS（发电机控制系统）、ETS（汽轮机紧急跳闸系统）等。 硬件配置和稳定性软件组态,处理器处理器配置应满足分散度、负荷率要求，并兼顾系统相对独立完整要求；冗余处理器的主备切换不正常;处理器的初始化易引发意外;处理器配置不够，负载较重，风险集中等。 通讯接口-因通讯问题导致或诱发机组跳闸甚至扩大至设备损坏保护投切设置-保护投切设置要合理、科学逻辑背景支撑 电源-供电应尽量独立，分散 接地一点地，严格按厂家要求实施接地，保证系统稳定大屏幕-大屏幕专用画面或报警信息的设计等不适用,硬件配置和稳定性,3、DCS关键技术,3、DCS关键技术,报警系统-智能化、动态的报警系统要落实、实践；重视细调整重视生产调试及控制系统完善化提高DCS改造层次-实施DCS改造易陷入仅更换“工具”“界面”的低级水平，设计先进控制策略先进控制技术以现代控制理论为基础的各种高级控制系统的总称（预测、鲁棒、模糊、智能、专家系统等）过程优化技术数据挖掘、数据校正、实时优化实时监控软件平台实时数据库、OPC、动态图形显示技术、Internet/Intranet技术、平台服务技术系统集成技术,软件组态,目 录,1,2,4,5,火电厂概述DCS系统结构典型DCS系统特点DCS关键技术发展趋势,3,4、发展趋势,（1）数字化电厂（2）火电厂将进入信息网络化时代,4、发展趋势,4、发展趋势,1）现场总线技术的DCS 2）面向测-控-管一体化设计方向发展 3）重视软件开发，精心组态-投入大量人力和财力开发高级应用软件，编制小型应用软件以及用组态工具精心实现先进控制技术和信息智能化，例如，预估控制技术、模糊控制、神经网络技术、自