烟气脱硫DCS系统.doc

烟气脱硫工程DCS系统培训远大环保集团有限公司2005.12211.系统概述1. 1本培训材料是根据北京ABB贝利控制有限公司提供的资料，针对永济热电厂2X300MW机组烟气脱硫工程所采用的分散控制系统（以下简称DCS）所提出的。1. 2本脱硫工程采用石灰石-石膏脱硫工艺。2. 系统特点2.1 DCS由分散处理单元、数据通讯系统和操作员站，工程师站等人机接口及厂级计算机网络接口组成。2.2 DCS系统易于组态，易于扩展。2.3 DCS的设计采用合适的冗余配置和诊断至通道级的自诊断功能，具有高度的可靠性。系统内任一组件发生故障，均不影响整个系统的工作。2.4 系统的监视、报警和自诊断功能高度集中在CRT上显示，并能在打印机上打印，控制、报警、监视和保护等基本功能将尽可能在功能上和物理上分散。特别注意保护功能的独立性，以保证人员和设备的安全。2.5 卖方所供DCS系统可防止各类计算机病毒的侵害和DCS内各存贮器中的数据丢失。2.6 整个DCS的可利用率至少为99.99。2.7 控制系统的设计和配置符合下列总的防止故障原则。2.7.1个别故障不会引起整个控制系统故障。2.7.2个别故障不会引起FGD的保护系统误动或拒动。2.7.3将控制功能组合在系统块中，系统设计要保证使任何模块故障只解列部分系统的控制，且这种局部解列可由操作人员随时干预。2.7.4控制系统的结构能反映设备的冗余度，不致于因控制系统内的个别故障而导致受控设备控制失灵，同时又使备用设备也无法启动。2.7.5由于一个控制系统故障，电厂设备或控制功能要能在执行级(即远方手动控制)响应其控制。该设备或控制过程自动解列2.7.6所有重要保护信号采用冗余(三取二)通道，以保证其可靠性，卖方充分保证防止保护系统误动或拒动。2.8 显示设备状态的颜色规定如下：2.8.1红色：带电、运行、阀开2.8.2绿色：断电、停止、阀关2.8.3淡黄色：异常、偏差2.8.4白色：电源的监视2.9 每个控制系统和监视系统的交流电源由两路独立电源提供，电源安排能做到单一的故障不会使两路电源断电，同时不会由于电源切换而发生控制系统误动作或拒动作。DCS系统内部的电源，包括DCS柜、打印机、工程师站、操作员站等的电源由其自行分配。3.硬件系统3.1DCS系统硬件采用有现场运行实绩的、先进可靠的和使用以微处理器为基础的分散型控制系统。3.2系统内所有模件均采用CMOS元器件，其散热量低，模件均采用固态电路、标准化、模件化和密封化，采用表面封装工艺和插入式结构。3.3模件的插拨有导轨和联锁，以免造成损坏或引起故障，模件的编址不受在机柜内的插槽位置所影响，而是在机柜内的任何插槽位置上都能执行功能。3.4机柜内的模件能带电插拨而不影响其它模件正常工作。3.5 分散处理单元内的处理器模件采用冗余配置，一旦某个工作的处理器模件发生故障或运算错误，系统能自动地以无扰方式，快速切换至与其冗余的处理器模件，并在操作员站报警。分散处理单元内的处理器模件应各司其职（功能上应分离），以提高系统可靠性。处理器模块使用I/O处理系统采集的过程信息来完成模拟控制和开关控制。3.6处理器中模件清晰地标明各元器件，并带有LED自诊断显示。3.7处理器模件的所有算法和参数驻留在电可擦除存储器EEPROM中，在系统失电时其数据不会丢失。3.8某一个处理器模件故障，不影响其它处理器模件的运行。此外，系统总线故障时，处理器模件能继续运行。3.9对某一个处理器模件的切除，修改或恢复投运，均不影响其它处理器模件的运行。3.10冗余配置的处理器模件与系统均有并行的接口，即均能接受系统对它们进行的状态和组态修改。处于后备状态的处理器模件，能与工作状态的处理器模块一样不断更新其自身获得的信息。3.11冗余处理器模件的切换时间为1ms，数据更新周期为10ms。系统的控制和保护功能不会因冗余切换而丢失或延迟。3.12电源故障属系统的可恢复性故障，一旦重新受电，处理器模件能自动恢复正常工作而无需运行人员的任何干预。3.13I/O模件均为智能化, 减轻控制器的处理负荷。I/O模件除能完成扫描、数据整定、数字化输入和输出、线性化热电偶冷端补偿、过程点质量判断、工程单位换算等功能。3.14所有的I/O模件都有标明I/O状态的LED指示和其它诊断显示，如模件电源指示等。3.15系统所有的模拟量输入信号每秒钟至少扫描和更新5次，所有的数字量输入信号每秒至少扫描和更新10次，事故顺序(SOE)输入信号的分辨力小于1毫秒。为满足某些需要快速处理的控制回路要求，其模拟量输入信号达到每秒扫描20次，数字量输入信号达到每秒扫描200次。3.16 I/O模件提供热电偶、热电阻及420mA信号的开路和短路检查功能, 这一功能将在每次扫描过程中完成。3.17所有接点输入模件都有防抖动滤波处理。如果输入接点信号在4毫秒之后仍抖动，模件不接受该点信号。3.18处理器模件的电源故障不会造成已累积的脉冲输入读数的丢失。3.19 I/O模件能自动地和周期地进行零飘和增益校正。3.20冗余输入的热电偶变送器信号的处理，由不同的模件来完成。单个模件的故障不会引起任何设备的故障或跳闸。3.21一块模拟量输入模件只有16点且每一个通道均有一个A/D转换器，每个模拟量输出点都有单独的固态D/A转换器。每一路热电阻输入将有单独的桥路。此外，所有的输入通道、输出通道及其工作电源，均相互隔离。每个输入/输出通道都采用电气隔离和光电隔离。3.22 DCS和其他供货商提供的控制、保护装置之间的信号交换采用I/O通道时，采用了电隔离措施。3.23重要的和用于机组跳闸的输入/输出信号的通道冗余设置，并分别配置在不同模件上。不同控制器之间用于机组跳闸的输入/输出信号采取硬接线。3.24分配控制回路I/O信号时，使一个控制器或一块I/O通道板损坏时，对装置安全的影响尽可能小。冗余辅机控制的I/O，除个别不重要的外，置于不同控制器的通道板上。3.25 当控制器I/O模件及系统电源故障时，控制系统将采取相应的措施，确保工艺系统处于安全的状态，不出现误动，在系统电源丧失时，执行机构应保持失电前的位置。3.26 I/O类型(1) 模拟量输入420mA信号，最大输入阻抗为250，系统提供420mA二线制变送器的直流24V电源。对15VDC输入可选。(2)模拟量输出：420mA或15VDC, 具有驱动回路阻抗为600的负载能力,系统提供24 VDC的回路电源。(3)开关量输入：接受无源接点信号，有隔离, 有滤波器，能消除接点的抖动（4ms), 每个通道有LED标识.(4)开关量输出模件直接输出（负荷许可的情况下）或继电器输出，触点：220VAC、3A, 每个通道有隔离，每个通道有LED标识(5)热电阻（RTD）输入：热电阻：Pt100,三线制或四线制, 热电偶：J、K、E，有断偶检测功能, 冷端补偿在DCS柜内完成,能直接输入，不需要信号变换.(6)脉冲量输入：每秒能接受6600个脉冲。(7)高电压输入能接受240VAC、240VDC 的接点信号输入。(8) 位置调节输出专用于电动调节阀的控制模件。有阀位的输入、输出信号，有电机的控制和保护、报警信号。(9) SOE数 量：60点, 分辨率：1ms3.27 采样周期模拟量：250ms,最快40ms开关量：200个信号。事故顺序记录（SOE）：该功能用来确定引起FGD装置事故跳闸的最初的原因，用于事故分析。数量：60点分辨率：1ms采用专用的模块,在任一N秒周期内,从首次发生的事故开始记录,将一个包含40次变化或N秒周期的报告存入存储器.N在10秒至60秒间可调.SOE的报告包括:状态、注释、校正时间，在N秒区间内所改变的状态，状态开始变化的时间，在毫秒内第一个变化与随后变化的校正时间差。变化按校正时序排列，并能按时、分、秒和毫秒打印。打印：事故报告自动地记录在存储器中，事件结束后能自动地打印，也能按命令打印。存储器有足够的空间，能存储同时发生的两个独立事件，（可覆盖20-120S的空间），存储器的空间确保在不考虑顺序的情况下，不丢失任何输入变化。在打印报告时，采集空间是可用的。报表/报告：DCS系统提供报表设计和打印功能。报表的格式和具体内容在结合工艺要求和用户需要后确定。报表生成：自动或手动触发，可生成报表文件也可直接打印，报表内的项目主要包括：（可选）(a)报表名称(b)日期、时间(c)变量名称(d)变量说明(e)每小时平均值(f)每天平均值此外，还可按需要，当重要的设备状态变化时进行打印。能对DCS系统的设备操作情况进行打印。依据用户的要求最终确定报表的具体格式。6.1.3 操作员站配置：(a) 型号： 数量：4台，互为冗余，工业PC(b) CPU:PIII 866MHz,RAM:128M,硬盘：40G 及以上(c) CRT：4台,21纯平,32位真彩色,1280X1024, 防闪烁画面(d) 光盘刻录机CDRW：4X4X6 2M ,USB接口； 数量：2台。(e) 磁带机1只：8GB，内置(f) 键盘：2个，鼠标：2个，3.5软驱：2个，6.1.4虽然操作员站的使用各有分工，但任何显示和控制功能均能在任一操作员站上完成。6.1.5操作人员发出指令到所需画面完全生成在CRT屏幕上的时间为CRT画面响应时间，它不超过1秒。所有显示的数据每秒更新一次。6.1.6一个现场输入信号变化到显示在CRT屏幕上的时间为CRT数据更新时间，它不超过1秒。6.1.7运行人员通过键盘、跟踪球或鼠标等手段发出的任何操作指令均在1秒或更短的时间内被执行。从指令发出到已被执行完毕的确认信息在2秒或更短时间内在CRT上反映出来，这不包括现场执行机构动作的时间。对运行人员操作指令的执行和确认，不会由于系统负载改变而被延缓。6.1.8 数据保存(a)可将系统配置文件保存在硬盘或软盘，以便将来使用。(b)可通过操作员站配置的刻录光驱转存历史记录数据。6.2工程师站6.2.1工程师站专用于DCS系统的维护。通过它可进行系统的配置修改、调试、诊断。可通过工程师站进行在线修改、下装，不会影响系统的运行。(a) 型号： 数量：1台，工业PC(b) CPU:PIII 866MHz,RAM:128M,硬盘：20G 及以上(c) CRT：1台,21纯平, 32位真彩色,1280X1024(d) CD-ROM：40X(e) 键盘：1个，鼠标：1个，3.5软驱：1个，(f) Ethernet 网卡：1块6.2.2工程师能调出任一已定义的系统显示画面。在工程师站上生成的任何显示画面和趋势图等，均能通过数据高速公路下载到操作员站。6.2.3工程师站能通过数据公路，既可调出系统内任一分散处理单元的系统组态信息和有关数据，还可使买方人员将组态的数据从工程师站上下载到各分散处理单元和操作员站。此外，当重新组态的数据被确认后，系统能自动地刷新其内存。6.2.4工程师站包括处理器、及能容纳系统内所有数据库、各种显示和组态程序所需的主存贮器和外存设备。还提供系统趋势显示所需的历史趋势缓冲器。6.2.5工程师站可设置软件保护密码，以防一般人员擅自改变控制策略、应用程序和系统数据库。6.3 系统安全性DCS系统设置有三个不同权限的操作级别，以保证系统的安全可靠性。通过键盘输入口令的方式，可进入相应的操作级别。(1)操作员级进入该级别后，操作员可实现以下的操作：切换画面、手/自动切换、手动调节、CRT操作、打印(2)管理员别进入该级别后，可实现以下操作：参数的设定、修改，操作员级的全部操作。(3)工程师级为最高级别，进入该级别后，可实现以下操作：程序的组态、调试、修改，其它的全部操作。7.数据通讯系统7.1每个操作员站和分散处理单元均作为冗余的数据总线上的一个站，相互间可通讯。可将任意一个分散处理单元从数据总线上隔离，不会影响整个系统的运行。数据总线通讯介质采用同轴电缆或光纤，波特率：10M(bit/s).7.2连接到数据通讯系统上的任一系统或设备发生故障，不会导致通讯系统瘫痪或影响其他联网系统和设备工作。通讯高速公路的故障不会引起机组跳闸或使分散处理单元的功能丧失。7.3所提供的通讯总线是冗余的（包括冗余的通讯总线接口模件）。冗余的数据通讯总线在任何时候都将同时工作。7.4挂在高速公路上的所有站，都能接受数据高速公路上的数据，并可向数据公路发送数据。7.5数据通讯系统的负载容量，在最繁忙的情况下，以太网不超过20%，其它网不超过3040%，以便于系统的扩展。7.6在装置稳定和扰动的工况下，数据高速公路的通讯速率保证运行人员发出的任何指令均能在1秒或更短的时间里被执行。7.7数据通讯协议包括CRC(循环冗余校验)、奇偶校验码等，以检测通讯误差并采取相应的保护措施，确保系统通讯的高度可靠性。能连续诊断并及时报警。7.9当数据通讯系统中出现某个差错时，系统能自动要求重发该数据，或由硬件告知软件，再由软件判别并采取相应的措施，如经过多次补救无效，系统能自动采取安全措施，如切换至冗余的装置，或切除故障设备等。7.10数据通讯高速公路能防止外部损伤。7.11系统提供一个“数字主时钟”，使挂在数据通讯总线上的各个站的时钟同步。“数字主时钟”本身与电厂的主时钟同步。8. DCS与PLC接口。系统负责完成DCS系统与磨机PLC系统（2套，SIEMENS S7-300）的通讯，提供通讯软件和电缆及接口设备。系统采用硬接线方式将石膏脱水机的状态纳入DCS监视，并可远方启、停脱水机。通过DCS操作员站可监视磨机的状态，也可远方启、停磨机。8.1 脱硫DCS系统提供与电厂SIS的（Ethernet）通讯接口和相应的软件。9. 系统机柜DCS柜为钢结构，内部有支架，方便设备安装。柜外有铭牌。前、后开门，柜内有照明和门开关，柜内有排气和循环风扇及空气过滤器。颜色：按用户要求柜内富余空间：20%，富余接线端子：20%，防护等级：NEMA1（控制室内，有空调的环境下）高度：2100mm，宽度：800mm,深度：600mm，柜子底部进线。柜内有独立的接线端子排，柜内布置合理，方便接线、查线，与图纸相符。柜内的接线按制造商标准，端子排和端子有清晰的标志，DCS卡件与端子排间的连线在制造厂已接好。 10. 系统自诊断功能DCS系统有自诊断功能，能连续地对系统的各个部件进行监视，一旦发现有故障，则CRT上通过颜色变化或代码的方式给出报警，可给出简单的描述。系统对冗余的数据总线/控制器连续地进行监视，一旦发生故障，能自动进行无扰切换，保证系统不间断地运行。冗余的设备中，任一设备故障，无论是运行在主控还是从控方式均会给出报警。诊断功能包括：(a)通讯检测显示系统通讯总线上的各个接点设备的运行状况，如有故障应给出指示和故障代码。(b)模件故障显示各模块的运行状况，如有故障应给出指示和故障代码。包括：控制器（CPU）故障、电源故障、I/O模件故障、测量回路的短路和开路。11 FGD系统结构(a) 石灰石浆液制备系统主要包括：1#球磨机系统2#球磨机系统每套磨机系统主要包括：称重给料装置球磨机本体磨机溢流罐及其出口的泵、阀门磨机给水调节阀磨机溢流罐补水阀硬件配置要求：两套磨机系统的CPU（控制器）、I/O模件分开设置。球磨机随设备带有PLC系统（S7-300）。(b) 烟气系统主要包括：增压风机SGH挡板烟气系统检测仪表(c) SO2吸收系统主要包括：循环泵排浆泵除雾器氧化风机吸收塔系统检测仪表(d) 辅助系统主要包括：石灰石浆液罐、事故浆液罐冲洗水箱（脱水系统）、工业水系统滤液回收池石灰石料仓石膏料仓压缩空气系统(e) 石膏脱水系统主要包括：1#真空皮带脱水系统、2#真空皮带脱水系统硬件配置情况：两套皮带脱水系统的CPU（控制器）、I/O模件分开设置。皮带脱水机随设备带有PLC系统。采用硬接线方式将石膏脱水机的状态纳入DCS监视，并可远方启、停脱水机。12. 过程和顺序控制DCS系统的控制器采用微处理器来实现各种回路调节和顺序控制。通过数据总线，控制器与操作员站间实现双向的数据交流。DCS系统的基本功能为数据采集和处理(DAS)、模拟量闭环控制(MCS)、顺序开环控制(SCS)。12.1数据采集和处理系统其功能包括：显示、记录、历史数据存储和检索、性能计算等。12.2闭环控制系统基本的闭环回路控制模式包括：(a)比例控制(b)比例、积分控制(c)比例、积分、微分控制冗余设置的检测点应分别接不同的输入模块。 主要的闭环控制回路有（不限于此）：(a) 增压风机叶片角度调节(b) FGD出口烟气温度的控制（SGH）(c) 石膏浆液浓度控制(d) 石灰石浆液流量控制(e) 石灰石浆液制备系统的控制（由PLC完成）(f) 皮带脱水机的控制（由PLC完成）12.3开环控制系统通过顺序和联锁控制完成FGD系统自动启动、停止和保护等功能。分为以下的三个等级：(a)驱动级控制驱动级对单个设备进行控制，为控制的最低一级。6KV电机及FGD进、出口档板为主驱动装置，每个主驱动装置有单独的驱动控制模块。所有的驱动装置和阀门都接入驱动控制模块。冗余的驱动装置和阀门配置在不同的模块。(b)子组级控制对设备组进行控制。包括顺序控制，并对驱动控制协调。主要包括： 增压风机 氧化风机A 氧化风机B 1#球磨机 2#球磨机 石灰石给料系统 1#皮带脱水机 2#皮带脱水机 石膏存储系统 密封风机A 密封风机B 工业水系统 压缩空气系统 除雾器冲洗水罐 SGH 各浆液罐、池的泵及阀门各子组的输入、输出信号应配置在不同的模块。(c)组级控制发命令给子组级、并对子组级进行协调控制主要包括以下的组： 石灰石浆液制备系统（2台磨机及石灰石浆液罐） 烟气系统（烟道及相关设备如：SGH、