DCS在火電廠主控系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘 要：利用日本山武公司的HARMONAS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)火電廠主控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，采用RTC進(jìn)行工程組態(tài)，用Intouch作為系統(tǒng)的監(jiān)控軟件，將先進(jìn)的操作管理、優(yōu)越的控制功能和系統(tǒng)的可靠性完美地結(jié)合在一起，達(dá)到分散控制集中管理的目的。
關(guān)鍵詞：DCS；控制器；I／O卡件；主控系統(tǒng)

Application of DCS in Power Plant Control System

（School of Electronic and Information Engineering，Dalian University of Technology，Dalian 1 16023，China）
Abstract：Using Japan’s YAMATAKE-HARMONAS （Harmony automation system）system achieves to develop the power plant control systerm The system works by
RTC configuration，using Intouch system as monitoring software，and combining advanced operation and management，excellent control function and the reliability of the system to obtain the purpose of
decentralized control and centralized management．
Key words：DCS（Distributed Control System）；Controller；I／O card；Main control system
　　分散控制系統(tǒng)DCS應(yīng)用于火電廠主控系統(tǒng)中，將管理監(jiān)控、實(shí)時(shí)控制、數(shù)據(jù)采集等功能分散到不同的計(jì)算機(jī)中，并采取冗余技術(shù)，保證了系統(tǒng)的可靠性；利用計(jì)算機(jī)組態(tài)和圖形化技術(shù)實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)功能的模塊化組態(tài)，以適應(yīng)不同控制過(guò)程的控制要求和算法，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的調(diào)試和投運(yùn)；將過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行記載，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)自動(dòng)傳輸?shù)缴a(chǎn)管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)集成化管理與控制。
1 火電廠主控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
　　火電廠主控系統(tǒng)的控制方式分為：DAS、MCS、SCS、BMS、DEH等，其中DAS．MCS系統(tǒng)由DCS來(lái)實(shí)現(xiàn)。山武公司的DCS系統(tǒng)有較強(qiáng)的抗干擾能力及完善的模擬量和數(shù)字量I／0模塊，在火電廠主控系統(tǒng)應(yīng)用中，摒棄了以往的模擬盤、儀表盤、操作按鈕控制臺(tái)等，采用上位機(jī)聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)完成控制與管理任務(wù)。
1．1 主控系統(tǒng)的配置與功能
　　在有近2000個(gè)開(kāi)關(guān)量，200多個(gè)模擬量測(cè)點(diǎn)和20多個(gè)PID調(diào)節(jié)回路控制對(duì)象的火電廠中，主控系統(tǒng)可配置三套開(kāi)放式監(jiān)控操作站（HSS）、兩臺(tái)激光打印機(jī)、一臺(tái)針式打印機(jī)、一套冗余HARMONAS控制器（HC），整個(gè)控制系統(tǒng)通過(guò)以太網(wǎng)相連，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、達(dá)到操作和管理的集中控制要求。主控系統(tǒng)具有如下功能：采集與監(jiān)視工作過(guò)程數(shù)據(jù)，以動(dòng)態(tài)的畫(huà)面顯示；實(shí)現(xiàn)各種控制以及聯(lián)鎖保護(hù)；處理數(shù)據(jù)報(bào)警與系統(tǒng)報(bào)警；存儲(chǔ)、查詢數(shù)據(jù)；生成各種報(bào)表等。
　　三套操作站中，一套為工程師站兼操作員站，兩套為操作員站，通過(guò)交換機(jī)與主控制器相連。現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)通過(guò)安全柵進(jìn)入控制柜與I／O卡件相連，通過(guò)控制器來(lái)完成現(xiàn)場(chǎng)模擬量、開(kāi)關(guān)量的數(shù)據(jù)采集及對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)控制。當(dāng)操作站或網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)，控制器可以獨(dú)立工作。圖1為火電廠主控系統(tǒng)配置圖。

1．2 監(jiān)控操作站
　　作為人機(jī)接口，從硬件開(kāi)放的角度出發(fā)，采用最負(fù)盛名的工業(yè)級(jí)DELL PC，并安裝完全開(kāi)放的Windows 2000作為實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，完全支持SQL、DDE、OLE、ODBC和OPC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，被稱為協(xié)調(diào)監(jiān)控站HSS（HARMONAS Supervisory Station）。
1．3 HARMONAS控制器（HC）
　　HC由中央處理單元（CPU）模塊、控制模塊、通訊模塊、適配器單元接口（AuI）=I奠塊及／／O卡件組成，它具有如下特點(diǎn)：
　　（1）具有19種標(biāo)準(zhǔn)算法的調(diào)節(jié)控制功能；
　　（2）具有128個(gè)邏輯功能塊和26種邏輯算法的邏輯運(yùn)算功能；
　　（3）具有足以處理各種連續(xù)／非連續(xù)過(guò)程問(wèn)題的順序控制功能；
　　（4）提供用戶再開(kāi)發(fā)功能，如非標(biāo)算法等用戶編程功能。
　　本系統(tǒng)的控制變量共有2120點(diǎn)，其中DI948點(diǎn)，AI138點(diǎn)，DO948點(diǎn)，AO86點(diǎn)，主要控制卡件的選擇如表1所示。

　　本系統(tǒng)卡件數(shù)為75塊（其中冗余卡件為15塊），相當(dāng)于90塊卡件，可配置三臺(tái)控制柜（最多可安裝120塊卡件）。模擬量輸入卡件對(duì)模擬輸入信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波、線性修正和熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償，并可設(shè)置兩個(gè)上限和兩個(gè)下限報(bào)警；對(duì)流量信號(hào)和水位信號(hào)進(jìn)行溫度、壓力校正及線性處理等。開(kāi)關(guān)量輸入卡件對(duì)開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)進(jìn)行開(kāi)入跳變紀(jì)錄并同時(shí)存盤，已備事故分析查閱，具有經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算與性能分析計(jì)算功能；歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、機(jī)組數(shù)據(jù)可存儲(chǔ)1個(gè)月，實(shí)現(xiàn)一次風(fēng)粉濃度在線檢測(cè)，二次風(fēng)速測(cè)量。
　　模擬量調(diào)節(jié)系統(tǒng)MCS部分主要包括協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)、給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)、過(guò)熱汽溫自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)、再熱汽溫自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)、送風(fēng)量自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)（含氧量控制）、引風(fēng)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)、凝結(jié)器水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)、軸封汽壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)、高壓水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)等。各調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行操作均在操作員站上完成，自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的參數(shù)整定在工程師站上或授權(quán)的操作員站上完成。
2 HARMONAS組態(tài)軟件
　　HARMONAS系統(tǒng)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)采用微軟公司的win—dows 2000，數(shù)據(jù)記錄軟件采用Excell；在開(kāi)放的工程應(yīng)用軟件Intouch上開(kāi)發(fā)了RTC系統(tǒng)生成軟件；采用Intouch軟件進(jìn)行監(jiān)控。Intouch軟件定義方便，報(bào)表功能強(qiáng)大，內(nèi)部按鈕等圖庫(kù)形式多樣，安全鎖采用硬件狗和軟權(quán)的形式，使用安全、可靠。
2．1 RTC 的主要功能
　　（1）資料管理；
　　（2）硬件設(shè)計(jì)；
　　（3）控制功能設(shè)計(jì)；
　　（4）邏輯功能設(shè)計(jì)；
　　（5）順序功能設(shè)計(jì)；
　　（6）報(bào)表生成功能；
　　（7）歷史，趨勢(shì)定義功能。
2．2監(jiān)控系統(tǒng)功能
　　監(jiān)控系統(tǒng)由一個(gè)主畫(huà)面和若干分畫(huà)面組成，以變量和狀態(tài)變量實(shí)時(shí)顯示。設(shè)備的工作狀態(tài)以動(dòng)畫(huà)形式顯示、模擬量以數(shù)值形式顯示。主畫(huà)面顯示整個(gè)火電廠的生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)；分畫(huà)面顯示子控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，包括汽機(jī)控制系統(tǒng)、鍋爐燃燒控制系統(tǒng)、爐膛安全保護(hù)系統(tǒng)、給水泵控制系統(tǒng)等。分畫(huà)面以類似常規(guī)調(diào)節(jié)表和指示表的形式顯示回路和測(cè)量指示點(diǎn)的信息，如變量值、設(shè)定值、輸出值、控制方式（MAN，AUTO／CASC）和高低報(bào)警（無(wú)報(bào)警時(shí)不出現(xiàn)）等。操作員可從分畫(huà)面調(diào)出任意變量（模擬或數(shù)字）的信息。對(duì)于模擬回路，操作員可對(duì)設(shè)定值、輸出值、控制方式等進(jìn)行操作；對(duì)于數(shù)字回路，操作員可對(duì)設(shè)備發(fā)出啟、停命令；畫(huà)面可顯示出命令狀態(tài)和實(shí)際工作狀態(tài)。細(xì)目畫(huà)面用于顯示出任一指定控制點(diǎn)的全部信息。趨勢(shì)曲線畫(huà)面可用不同的顏色和時(shí)問(wèn)間隔在一個(gè)畫(huà)面上顯示8個(gè)變量，變量可任意選擇組合，并有放大和卷動(dòng)功能。報(bào)警匯總畫(huà)面包括全部的報(bào)警點(diǎn)，并可按時(shí)問(wèn)順序列出最近的200個(gè)報(bào)警，包括儀表標(biāo)號(hào)、報(bào)警內(nèi)容、開(kāi)始和恢復(fù)正常工作的日期和時(shí)問(wèn)等，未經(jīng)確認(rèn)的報(bào)警點(diǎn)則處于閃爍狀態(tài)。
2．3報(bào)表功能
　　用報(bào)表生成軟件（EXCEL）可以建立和修改報(bào)表，并可對(duì)報(bào)表的各個(gè)字段進(jìn)行組態(tài)。報(bào)表功能可由程序控制、報(bào)警控制和操作員控制啟動(dòng)，可由任意一臺(tái)打印機(jī)完成打印任務(wù)。
3 結(jié)論
　　HARMONAS系統(tǒng)的應(yīng)用，使得火電廠主控系統(tǒng)安全可靠、易于擴(kuò)展、維修方便。HC采用高耐熱部件、CMOS技術(shù)高密度設(shè)計(jì)，確保了系統(tǒng)的可靠性和事故容錯(cuò)性；軟硬件均采用模塊化結(jié)構(gòu)，易于擴(kuò)展；維修時(shí)只需更換卡件即可，并且卡件可以帶電更換，維修方便。
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