利用DCS的过热汽温系统控制系统设计

利用DCS的过热汽温系统控制系统设计

一、集散控制系统分析

集散控制系统是以微处理器为基础的集中分散控制系统。自70年代中期第一套集散控制系统问世以来，集散控制系统己经在工业控制领域得到广泛的应用，越来越多的仪表和控制工程师已经认识到集散控制系统必将成为过程工业自动控制的主流。集散控制系统的主要特性是它的集中管理和分散控制，而且，随着计算机技术的发展，网络技术己经使集散控制系统不仅主要用于分散控制，而且向着集成管理的方向发展。系统的开放不仅使不同制造厂商的集散控制系统产品可以互相连接，而且使得它们可以方便地进行数据交换。

DCS集散式温度控制系统图

二、DCS系统主要技术指标调研

（1）操作员站及工程师站：

CPU PⅢ850以上

内存128M以上

硬盘40G以上

软驱 1.44M

以太网卡INTEL 100M×2块

加密锁组态王加密锁

鼠标轨迹球

键盘工业薄膜键盘

显示器21寸

显示器分辨率1280×1024

过程控制站：

CPU PⅢ850以上

内存128M以上

硬盘40G以上

电子盘8M以上

软驱 1.44M

以太网卡INTEL 100M×1块

串行通讯卡485卡×1块（可选）

（2）I/O站技术指标

1）EF4000网络

EF-4000网络是多主站、双冗余高速网络，通信波特率为312.5K和1.25M可编程；EF4000网络配合EF4000系列测控站（前端），可以完成工业现场各类信号的采集、处理和各类现场对象的控制任务。

EF4000网络的主要技术指标如下：

挂网主站数≤31

挂网模块数≤100（不带网络中继器），最多240

通讯速率 1.25MBPS和312.5KBPS可编程

基本传输距离 1.2MBPS时≥500m，312.5KBPS时≥1600m

允许中继级数≤4级

双网冗余具备两个通信口互为冗余的功能

网络通讯方式半双工同步

传输介质聚乙稀双绞线

网络隔离度≥500Vrms

通信物理层全隔离、全浮空、平衡差动传输方式

有效传输字节不小于34K字节/S（1.25MBPS通讯速率）

2）通讯网卡主要技术参数

型号EF-4000网络─ EF4001

安装方式计算机PC总线扩展插槽插卡安装

尺寸160×75mm

宿主计算机具有AT插槽的IBM-PC及其兼容机

I/O地址硬件任选100、120、140、160、180、1A0、1C0七种

中断向量软件任意设定IRQ3、5、7、10、11、12、15或不使用耗电不大于1W

工作方式连续

可靠性指标MTBF80000Hr

运行环境温度0～60C°，相对湿度≤80%

3）模拟量输入前端

模块型号EF4101

输入通道数16路

通道隔离电压400V（峰—峰值）

网络隔离度≥500Vrms

通道采样时间80mS

A/D分辨率17位

测量精度〈0.2%

被测信号类型T/C、RTD、mV、mA

4）模拟量输出前端

模块型号EF4601

输出通道数6路（全隔离）

通道隔离电压500V

网络隔离度≥500Vrms

电压输出范围-10V ~ +10V

电流输出范围0 ~ 20 mA

控制精度0.2级

5）数字量输入前端

模块型号EF4201

输入通道数28路

通道隔离电压350V

网络隔离度≥500Vrms

计数速率≤500次/秒（低频通道）

计数速率≤8000次/秒（高频通道）

事件分辨率1mS（低频通道）

计数长度24位（三字节）

测频范围0 Hz ~ 8000 Hz（高频通道）

6）数字量输出前端

模块型号EF4203

输出通道数16路（EF4203）

通道隔离电压350V

网络隔离度≥500Vrms

结点开关电流≤100 mA

结点开关电压≤350 V

结点隔离电压≤350 V

结点闭合时间≤0.6 mS

结点断开时间≤0.15 ms

7）执行器脉冲控制单元

输出结点电压≤380 V

输出结点电流≤5A

系统网络采用国际上通用的Ethernet 网，通信速率为100Mbps，遵循IEEE 802.3协议。系统网络可直接与其他Ethernet网通信系统连接，也可挂接PC机作为网关连入厂级信息管理系统，加上管理功能，可方便地构成CIMS系统。

系统的可靠性：

过程控制站冗余配置、自动检测和自动进行无扰动切换；

网络服务器冗余配置、自动检测和自动进行无扰动切换；

现场总线层通讯网络冗余配置、自动检测和自动进行无扰动切换；

系统通讯网络冗余配置、自动检测和自动进行无扰动切换；

系统供电电源冗余配置、自动检测和自动进行无扰动切换；

直流供电电源冗余配置、自动检测和自动进行无扰动切换；

系统的平均无故障时间MTBF ＞100000小时。

三、主气温控制方案

1、主气温是单元机组的安全经济参数，主气温控制的目的就是要通过适当的调节而手段，使主气温度按照给定规律变化。

图为采用喷水调节的串级控制系统原理结构。

2、除了减温水量以外，影响过热器出口温度的其他主要因素还有蒸汽量扰动和烟气量扰动，统称为外部扰动。为了提高控制系统抵御外部干扰的能了，一般使用前馈的方法。右图为实际温度控制系统的结构图（SAMA图），图中同时还给出了控制回路的基本结构及调节器跟踪、手动和自动切换逻辑。

四、锅炉主蒸汽温度控制系统画面设计

1、主蒸汽温度控制系统的DCS实现

（1）用DCS实现上述温度控制系统式，需要从输入输出信号连接、控制回路组态、数据库组态及画面组态等几方面进行。

A、输入/输出信号连接

输入信号：主汽温度、喷水后温度、蒸汽流量、送风量及阀位信号

B、输出信号：阀位指令

C、DCS系统：I/O信号要分配I/O模件与端子单元，端子单元与I/O模件相对应。

（2）DCS中，操作员站上的所有显示操作画面均可通过工程师站上的图形组态软件来制作。下图为一个简单的操作画面

简单操作画面

2、根据锅炉汽水系统设备和运行要求，设计锅炉蒸汽控制系统监控画面。本文采用的控制减温喷水量来控制出口蒸汽的温度，即控制减温水阀门来控制。定义变量出口蒸汽温度、压力、流量，给水温度、压力、流量，减温喷水量，汽包水位，并设置相应的变量类型。锅炉汽温控制如下图所示。

运行系统图