DCS调试技术培训

1、浙江火电调试验分公司热工室,调试技术培训,前言,随着现代控制技术的发展，分散控制系统（ DCS ）在我国火力发电机组上的应用正在普及，除新建大机组外，越来越多的中小机组也逐步完成了DCS改造。DCS的功能已逐步扩展到机、炉、电全厂控制以及外围辅助系统。DCS作为热控乃至全厂的主要自动化控制设备，越来越显现出它的重要性。 DCS的调试、检修和维护也逐渐成为热工调试的主要发展方向。近几年调试公司已逐步介入到DCS调试，由外围输煤、脱硫系统调试开始，再到小机组的整套调试，并进一步向大机组整套调试发展。本文总结了DCS调试的流程和热工调试项目，以供学习参考，水平有限，不足之处在所难免，恳请各位专家批评

2、指正。,DCS概述,分散控制系统（Distribution Control System，简称DCS）是以微处理机为基础，以控制危险分散、操作和管理集中为特征，集数据采集、监视、过程控制、顺序控制、记录于一体的标准的、开放的工业控制系统，它紧跟当代先进微处理器技术、GRT图形显示技术、高速通信技术、先进和现代控制技术的发展。目前在国内火电机组中应用较多的DCS产品主要有：西门子Teleperm XP、ABB Bailey Symphony、西屋Ovation、Foxboro I/AS、日立HIACS- 5000M、北京和利时MACS、新华XDPS400+、欧陆NETWORK-6000等。,DC

3、S系统结构,三站一线：工程师站、操作员站、现场控制站、系统网络,工程师站,对DCS进行进行离线的配置、组态工作和在线的系统监督、控制、维护的网络接点。 主要功能：提供对DCS进行组态，配置工作的工具软件，并在DCS在线运行时实时地监视DCS网络上各个节点的运行情况，使系统工程师可以通过工程师站及时调整系统配置及一些系统参数的设定，使DCS随时处在最佳的工作状态之下。,操作员站,处理一切与运行操作有关的人机界面（OI，Operator Interface或MMI，Man Machine Interface）功能的网络节点。 主要功能：为系统的运行操作人员提供人机界面，使操作员可以通过操作员站及时

4、了解现场运行状态、各种运行参数的当前值、是否有异常情况发生等，并可通过输入设备对工艺过程进行控制和调节，以保证生产过程的安全、可靠、高效、高质。,现场控制站,现场控制站是DCS的核心。 对现场I/O处理并实现直接数字控制（DDC）功能的网络节点。 系统主要的控制功能由它来完成。系统的性能、可靠性等重要指标也都要依靠现场控制站保证。 其设计、生产及安装都有很高的要求。 分散控制系统中的主要任务执行者。,系统网络,连接系统各个站的桥梁，DCS得以实现的技术关键 。 由于DCS是由各种不同功能的站组成的，这些站之间必须实现有效的数据传输，以实现系统总体的功能。 系统网络的实时性、可靠性和数据通信能力

5、关系到整个系统的性能，特别是网络的通信规约，关系到网络通信的效率和系统功能的实现。 现代火力发电厂普遍采用的网络架构为： 以现场总线为基础的底层网； 以局域以太网为基础的企业网Intranet； 以广域以太网为基础的互联网Internet。,DCS调试流程,前期准备,CCS投入及试验,DCS出厂验收,DCS首次受电,整理文档资料,DCS前期调试,MCS投入和调试,静态与动态调试,前期准备,调试前的准备主要是指针对性的学习培训，调试资料的收集，调试前对图纸的检查，以及编写调试方案。 热工控制系统调试通常应编写以下调试方案 ：,DCS受电方案 数据采集系统（DAS）调试方案 顺序控制系统（SCS）

6、调试方案 炉膛安全监控系统（FSSS）调试方案 模拟量控制系统(MCS)调试方案 汽机数字电液控制系统（DEH）调试方案 旁路控制系统（BPS）调试方案 汽轮机监视和保护系统（TSI）调试方案 协调控制系统负荷变动试验方案 RB试验方案 AGC负荷跟随试验方案,DCS出厂验收,为保证产品的出厂质量，DCS出厂前应按工程的合同协议要求（如合同协议无规定，则按企业或行业有关标准规定），进行系统硬件、软件、回路组态和系统性能及功能的检查、测试验收 进行出厂试验时，系统的主要功能试验应通过模拟现场实际方式进行；过程输入输出通道精度的检查，通常采用同种类（如毫伏、电阻、电流、开关量、脉冲等）抽样检查的方

7、法，模件通道精确度计算时，其量程范围按工程设计量程范围计算，高电平输入信号应小于0.1，低电平输入信号应小于0.2，输出信号应小于0.25。硬件的抽查数量应不小于每一类硬件数量的方根和，被抽查的硬件必须全部合格，否则应成倍增加抽查数量，直至全部检查。 经检查的出厂设备、软件配置和试验后得出的性能指标，应与合同供货清单、有关设计联络会纪要及设备说明书的技术指标相符。验收合格后，验收报告经双方签署后生效，验收报告备份留档。,DCS出厂验收,DCS出厂验收检查及测试项目 ： 系统硬件配置和外观检查 ； 系统软件配置及技术资料的验收 ； 热工信号系统验收 ； 电源电压测试 ； 控制系统基本性能测试 ；

8、 系统基本应用软件功能的测试； 数据采集系统的验收； DCS控制系统功能验收； 考核指标统计报表和实时数据统计功能的检查；,DCS首次受电,虽然DCS受电是以DCS厂家现场服务人员为主进行，但对于调试人员来说，DCS系统的首次受电及软件恢复，是一个很好的熟悉和掌握DCS控制系统的机会。若调试人员不重视DCS系统首次受电及软件恢复，在未来的调试过程中，热控调试所依赖的基础设备将难以驾驭，DCS控制系统也可能难以得到正确地维护。,DCS首次受电,（1） 受电前的检查,DCS机柜正确安装就位； DCS系统设备及模件安装结束，设备外观无破损； 网络通讯电缆、模件间预制电缆安装结束； 各设备的电源接线正

9、确，DCS供电系统准备好； 各I/O柜端子未与就地设备连接； DCS机柜接地良好，接地电阻经测试合格； 主控制室、工程师室、电子室的空调系统、消防系统 工作正常，符合DCS系统运行环境要求，室内环境整洁，照明充足。,DCS首次受电,（2）DCS控制系统受电,检查确认所有电源开关在OFF位置； 从DCS机柜插槽中拔出所有模件，并将所有终端单元与模件连接电缆脱开； DCS系统交流供电回路绝缘检查； 检查通讯电缆完整无破损，端口连接正确； 检查模件间预制电缆完整无破损，连接正确； 检查核对模件地址及功能设置开关，确认与软件组态一致； 检查电源模块，确认其已正确插入； 检查供电电源的品质和UPS至配电

10、柜的进线，应符合品质要求，合上配电柜电源开关。,DCS首次受电,DCS控制机柜受电 ： 检查电源进线及供电电压； 合上机柜电源，检查风扇工作情况； 检查电源模块工作情况； 依次插入过程控制模件，检查模件工作情况； 将终端单元与模件进行连接； 检查I/O电源电压； DCS操作员站及工程师站受电； 利用工程师工作站对过程控制模件进行软件恢复； 操作员站软件恢复。,DCS首次受电,（3）控制机柜受电后测试项目,电源冗余切换试验； 控制站主控制器模件和备用控制器模件冗余切换试验； 通讯冗余切换试验； 工程师站组态功能检查； 操作员站功能检查； 打印机、拷贝机、事件记录功能检查,DCS首次受电,（4）I

11、/O通道测试,DCS各I/O模件的正常工作，是保证DCS调试工作进一步顺利开展的基础，因此系统受电后，应及时检查测试所有I/O信号通道。 DCS控制系统的I/O信号主要有五类：模拟量输入（AI）、模拟量输出（AO）、数字量输入（DI）、数字量输出（DO）、脉冲量输入（PI）。根据火力发电厂分散控制系统验收测试规程的要求，DCS系统数字量输入/输出通道应准确无误，模拟量输入/输出通道的精度应满足下表：,控制系统的静态调试与动态调试,控制系统投运前的检查和模拟试验称为静态调试，主要有以下内容： （1）控制系统软件组态检查和功能测试； （2）操作控制界面的检查及模拟试验； （3）控制系统与外部系统的

12、接口检查和信号联调； （4）联锁保护动作模拟试验；,控制系统的静态调试与动态调试,控制系统投运后的整定试验称为动态调试，主要有以下内容： （1） 燃油系统泄漏试验及炉膛吹扫功能试验； （2） 火焰检测系统的动态参数整定； （3） 模拟量输入检测参数的投运和检查； （4） 模拟量控制系统的投运及参数整定； （5） 顺序控制系统启停试验；,控制系统的静态调试与动态调试,机组整套启动前，热控系统的调试工作主要以静态调试为主；机组整套启动以后，热控系统的调试工作主要以动态调试为主。 开关量控制系统的组态软件检查和功能测试，一般是在机组分部试运期间分别按系统分阶段进行，调试依据主要是逻辑图。软件检查的主

13、要内容： （1）核对检查I/O清单； （2）核对检查控制接线图； （3）核对检查组态图； （4）对各系统操作控制界面进行相应的核对检查和 完善。,控制系统的静态调试与动态调试,模拟量控制系统组态软件检查和功能测试： （1）现场信号处理模块的检查； （2）例外报告量程及报警限值检查； （3）各系统控制软件逻辑、定值、参数设置的检查和模拟试验； （4）各控制系统相关画面的检查； （5）检查各控制系统相关的外围设备，包括变送器量程的核对与确认，执行机构行程和方向确认等。 （6）检查模拟量控制系统与FSSS、SCS、DAS、BPS、DEH等控制子系统之间联锁动作关系。,模拟量控制系统的投入和调试,（1

14、） 常用信号处理,差压式水位计（汽包水位）的计算和修正：,模拟量控制系统的投入和调试,蒸汽流量的测量和修正：,过热蒸汽密度，（过热蒸汽压力和温度的函数） p - - - 过热蒸汽绝对压力 t - - - 过热蒸汽温度 K - - - 流量系数,给水流量的计算和修正：,t 给水温度 K 流量系数,模拟量控制系统的投入和调试,在火力发电厂热工自动控制系统中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID。PID控制器以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。PID控制器的输出与输入之间的关系，在时域中可下式表示：,U(t) - 控制器输出 e(t) -

15、 误差 K - 比例系数 Ti - 积分时间常数 Td - 微分时间常数,（2） PID控制器简介,模拟量控制系统的投入和调试,（3） PID参数整定,在现场调试中，最常用的参数整定方法是建立在理论基础上通过实践总结出来的工程整定法，主要有响应曲线法、稳定边界法和衰减曲线法三种。它们各有特点，但都是先通过试验获得控制过程的特性参数，然后按照工程经验公式来设定控制器的参数。另外还有在现场得到广泛应用的经验整定法，是热控工程师必须掌握的一项技能，其整定步骤如下： （1）首先设定积分系数Ki = 0, 微分系数Kd = 0，控制系统投入闭环运行。由小到大改变比例系数K, 每次改变后加入阶跃扰动，观察

16、调节曲线，直到满意为止。 （2）以步骤（1）中获得的比例系数K乘以0.83，作为新的比例系数设定值；由小到大增加积分系数Ki，每次改变后加入阶跃扰动，观察调节曲线，直到满意为止。 （3）保持步骤（2）中获得的积分系数Ki不变，改变比例系数K，观察控制过程有无改善，如有改善则继续调整，直到满意为止。否则，将原比例系数K增大一些，再调整积分系数Ki，如此反复试凑，直到找到满意的比例系数K和积分系数Ki。 （4）引入适当的实际微分系数Kd和实际微分时间Td，再适当增大比例系数K和积分系数Ki ，反复调整，直到实现满意的控制效果。,模拟量控制系统的投入和调试,经验整定法口诀一则： 阶跃扰动投闭环，参数

17、整定看曲线； 先投比例后积分，最后再把微分加； 理想曲线两个波，振幅衰减 4 比 1； 比例太强要振荡，积分太强过程长； 动差太大加微分，频率太快微分降； 偏离定值回复慢，积分作用再加强。,模拟量控制系统的投入和调试,（4） 模拟量控制系统分阶段调试,模拟量控制系统按空负荷阶段、030%负荷阶段、30%70%负荷阶段、70%100%负荷阶段进行试投运和动态调试。在各个负荷段根据运行需要投入相应的模拟量控制系统，并进行各种扰动试验，整定调节器的参数，直到调节过程动态、稳态品质指标均满足电力行业验收标准火力发电厂模拟量控制系统验收测试规程DL/T 657-2005的要求。,模拟量控制系统的投入和调

18、试,机组空负荷试运期间 一般要求投入炉膛压力、燃油压力、汽包水位（单冲量调节）、除氧器水位、除氧器压力、润滑油温度、电泵再循环流量、辅助蒸汽压力及就地基地式调节器等控制系统。为了争取调试时间，控制系统阶跃扰动试验可在机组空负荷试运期间进行，用定值扰动来整定调节器的PID参数。 。,模拟量控制系统的投入和调试,030%带负荷试运期间 机组由030%带负荷试运期间，在机组运行许可条件下，进行机组空负荷试运期间已投控制系统的内、外扰动试验。给水控制系统先投单冲量调节回路，进行单冲量给水旁路调节阀的特性试验及其阀位阶跃扰动试验；进行电动给水泵勺管位置与泵出口流量、压力特性试验；进行给水主调节阀的特性试

19、验。炉膛压力控制系统可进行引风机挡板阶跃扰动试验。中储式制粉系统可投入磨煤机入口风压控制、出口温度控制、给煤量控制；其他一些有条件进行试验的单回路、单参数控制系统，也可以进行阀位阶跃扰动试验。,模拟量控制系统的投入和调试,30%70%带负荷试运期间 机组在30%70%负荷试运期间，根据运行需要相继投入三冲量给水调节回路、风量氧量控制（送风机动叶风量控制/二次风门风量控制、风箱与炉膛差压控制/二次风压控制、氧量校正、燃料风控制、燃尽风控制）、主汽温度调节、再热汽温度调节、直吹式制粉系统磨煤机控制（磨煤机一次风量控制、出口温度控制、给煤量控制）、主汽压力调节或协调控制系统的负荷指令回路、锅炉主控回

20、路、汽机主控回路等控制系统。 70%100%带负荷试运期间 机组在70%100%负荷试运期间，对模拟量控制系统及协调控制系统各控制子系统进行内、外扰动动态阶跃响应试验，并按火力发电厂模拟量控制系统验收测试规程的要求进行调节品质测试。,协调控制系统的投入及负荷变动试验,机组达到100%额定负荷之后，根据不同负荷下所测得的机组稳态参数，对协凋控制系统的前馈比例关系重新进行设定，并对协凋控制系统进行细调。在协凋控制系统的主要子系统如锅炉给水、主汽压力、主汽温度、再热汽温度、炉膛压力、送风和氧量校正控制系统等均已投入自动的情况下，让机组在70%100%的负荷范围进行负荷变动试验，整定协调控制系统的参数

21、。 在协调控制系统投入前，对协调控制的三种主要控制方式：协调控制方式（CCS）、锅炉跟随控制方式（BF）、汽机跟随控制方式（TF）之间进行无扰动切换操作试验，检查切/投条件和保护动作的正确性。 分别在汽机跟随和锅炉跟随方式下进行机前压力定值扰动试验。 在协调控制方式下进行负荷变动试验，负荷变动量为P=15%Pe，负荷指令变化速率应达到：直吹式机组2%Pe/min或3%Pe/min、中储式机组3%Pe/min或4%Pe/min。Pe为机组额定负荷。 AGC负荷跟随试验，进行AGC远方/就地控制方式的无扰动切换操作试验。在协凋控制方式下，由调度中心或CCS负荷给定回路发出负荷变化指令，进行AGC控制系统的功能及