DCS简介

NEPB 美国国家环保局
NEC 美国国家电气标准
HEI 热交换协会
ISO 国际标准化组织
TCP/IP 网络通讯协议
IEEE 802 局域网标准
中国标准 GB
G-RK-95-51 火力发电厂分散控制系统技术规范
G-RK-98-54 火力发电厂汽轮机控制系统技术规范
ANSI/ASME TDP-1-1985 电站蒸汽轮机防进水保护措施
HPCS-3000
华文自动化系统工程有限公司
图 4 机柜的外观尺寸图 3.3 过程处理单元 PCU
过程处理单元 PCU 是 DCS 过程控制站，存储系统信息和过程控制策略与数据。它包 括：现场总线的通讯与控制、实时网络(Data Highway)的数据交换、过程控制逻辑与回路调 节算法的计算执行等功能。PCU、实时网络及现场总线都是冗余配置。
点开关量。 实时性-----1 秒内可更新所有全局点，1 秒内调出任何图形显示，50ms 的控制周期。 开放性----除可接华文公司的 I/O 模块外，通过本公司的协议转换站还可接其它常用的
现场总线如 HH、HART、PROFIBUAS I/O 系统、各种 PLC、厂级 MIS 和其它控制系统。 发展-----硬件与软件跟随国际工业主流产品同步发展。 功能-----集模拟量控制、顺序控制、数据监视和记录于一体。 可靠性-----系统经可靠性设计，采用冗余技术，容错技术，双路电源供电，保证系统
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通讯------采用成熟的计算机网络通讯技术，构成高速的冗余实时数据网，符合 IEEE802.3 标准，通讯速率 10Mbps/100Mbps。
显示-----高分辨率显示，分辨率 1280×1024 或 1600×1200。窗口显示及三维空间的 显示画面。
一体化-----通过以太网（Ethernet）与其它信息网络联接，从工业生产过程控制、测 量、生产管理信息一体化。
系统硬件结构可分为现场控制机柜和人机接口站(HMI)及通讯电缆等几部分。人机接口站 (HMI)的硬件主要是工控 PC 工作站与操作台，此部分将在后面章节中单独介绍。
在 DCS 系统中，现场控制柜的硬件非常重要，它直接关系到整个系统的安全性。现场控 制柜中主要有冗余电源组、过程主控控制单元（PCU）、I/O 站、风扇箱、电源切换箱等。
DCS-2000 分 散 控 制 系 统
济南沃克森自动化设备有限公司
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1. 简介 DCS-2000 分散过程控制系统是在多年研究国内外多种 DCS 产品技术基础上，汇集了多年
发电、造纸、化工等生产过程控制经验最新推出的新一代 DCS 产品；是一个融计算机、网络、 数据库、信息技术和自动控制技术为一体的工业信息技术系列产品。
美国仪器仪表学会（ISA）
ISA IPTS 68
热电偶换算表
ISA RP55.1
数字处理计算机硬件测试
美国科学仪器制造商协会（SAMA）
SAMA 22.1
仪表和控制系统功能图表示法
美国电气制造商协会（NEMA）
ANSI/NEMA ICS4
工业控制设备和系统的端子排
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ANSI/NEMA ICS6
直流电源都是按冗余要求配置，可在线维护与替换，而且内电源与外电源在电气上相互 隔离。图 9 是冗余配置的直流电源组外观图。
3.6 柜内配电箱
图 9 冗余配置电源外观图
DL/T 609-1996 300MW 级汽轮机运行导则
DL/T 656-1998 火力发电厂汽轮机控制系统在线验收测试规程
DL/T 657-1998 火力发电厂模拟量控制系统在线验收测试规程
DL/T 658-1998 火力发电厂顺序控制系统在线验收测试规程
DL/T 659-1998 火力发电厂分散控制系统在线验收测试规程
(1) 通用标准
美国防火协会（NFPA）
ANSI/NFPA 70
国家电气规范
ANSI/NFPA8502
多燃烧器锅炉炉膛防内爆和外爆
ANSI/NFPA8503
制粉系统的安装及运行
美国电气和电子工程师协会（IEEE）
EIA RS-232-C
数据终端设备与使用串行二进制数据进行数
据交换的数据通讯设备之间的接口
DL/T 589-1996 火力发电厂燃煤电站锅炉的热工检测控制技术导则
DL/T 655-1998 火力发电厂锅炉炉膛安全监控系统在线验收测试规程
DL5002/3-91 电力系统调度自动化设计技术规程
GB/T 13729-92 远动终端通用技术条件
GB/T 15153.1-1998 电源与 EMC 标准
图 5 是装有 PCU 的 I/O 站外形图。
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图 5 DCS—3000 过程处理单元 PCU 的外形图（最左侧）
PWR COM1 COM2 MAS
HW-PCU
图 6 PCU 的外形示意图。 PCU 则可直接插在任一 I/O 机箱的第一个插槽中，每一 PCU 占 2 个槽位。 3.4 IO 卡件
I/O 卡件完成现场数据的实时采集与控制输出。所有的 I/O 卡件都必须通过 I/O 卡件上 所具有的 96 线欧式插针插入 I/O 卡件专用导轨箱内才能工作。导轨箱后背有总线插槽，卡 件的电源和通讯由总线完成，I/O 现场信号的输入与输出也从板后的插座转接后引出，对于 中小系统而言现场电缆可直接连在弹簧压接式端子上（可直接接入 2.5mm2 的导线）。I/O 卡 件与 PCU 之间以串行总线方式通讯，在 I/O 卡与 PCU 之间不存在类似于数据转发卡、站控制
GB/T 15153-94 远动设备及系统工作条件环境与电源
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IEC688（92） 交流电量变换为模拟电量或数字量的电气测量送器 IEC 61334 系列 配电网自动化系统结构 (2) 网络通讯 IEEE802.3/IEEE802.3n 电站电子工程师协 以太网工作组 IEC60870-5 国际电工委员会远动设备及系统传输规约 IEC61158 现场总线技术标准 IEC61850 变电站通信和系统 (3) 软件工程 GB/T 11457-95 软件工程术站 IEC-1131-3 图形在可编程逻辑控制语言标准 GB/T15532-95 软件单元测试规范 GB/T12504-90 软件质量保证规范 GB/T16680-96 软件文档管理规范 1.防爆级别甲级，2.电磁干扰必须达到 EMC 级，IEC6100-6 标准，3.不符合 GB50058-1992<< 爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范>>HGJ-21-1989<<化工企业爆炸和火灾危险环境电 力装置设计规范>>GB3836.1-1983《爆炸性环境用防爆电气设备通用要求》，4.机柜、控制台 必须符合 NEMA4X 要求，5.防护必须符合 IEC60529 标准，6.整体安全性必须达到 IEC-61508 4 级标准，7.软件相关要求请参照：IEC061508-1、IEC061508-2、IEC061508-3、IEC061508-4、 IEC061508-5、IEC061508-6 标准。 3. 硬件结构 3.1 整机结构
F212
F312
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图 8 I/O 站导轨箱背面图
3.5 系统电源组件 DCS 系统直流电源可分成内电源与外电源两大部分。内电源是供机柜内计算机系统的电
源，由两部分组成：一组供 PCU 及导轨箱内的 I/O 卡件，电压为 24V。外电源是供信号调理 端子板及外部变送器的电源：一组供模拟量信号调理及外部变送器，电压也为+24V；另一组 专供开关量查询，电压为+48V。（开关量查询电压也可用＋24V 或更高的电压）
DCS 系统的开放式结构、模块化设计技术、合理的软硬件功能配置和易于扩展的特点， 可广泛用于电站的分散控制、电厂调度和管理信息系统、变电站监控、电网自动化、钢铁企 业的高炉监控、化工企业的过程自动化和造纸厂过程自动化。
图 1 为 DCS 系统结构示意图
图 1 DCS 系统结构示意图 2. 技术说明 2.1 系统结构
工业控制设备和系统外壳
ANSI/NEMA ICS2
工业控制装置、控制器及组件的标准
美国保险商实验室（UL）
UL 1413
电视用阴极射线管的防内爆
UL 44
橡胶导线、电缆的安全标准
国际电工委员会（IEC）
IEC TC529 基础安全标准：外壳防护等级的分类
AWS 美国焊接学会
ICEA 绝缘电缆工程师协会
图 3 是 DCS 现场控制机柜的外观图。
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图 3 DCS 控制柜外观图
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3.2 机柜 DCS 采用的机柜如图 4，它是按国际标准制作，尺寸为 800mm×600mm×2200mm，具有
通用、容量大和方便灵活等特点。机柜内部安装方式为：由上至下为冗余直流电源组、PCU、 IO 导轨箱与卡件、交流进线配电箱等。
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卡、中继器一类的部件。一般情况下系统也无需另配端子扩展柜，不但降低了成本而且也大 大提高系统的可靠性
下图是 I/O 模块插在导轨箱内的情形。
图 7 导轨箱内插入 I/O 卡件后的情形
B_LINE A_LINE RTS
RTS A_LINE B_LINE
B_LINE A_LINE RTS
RTS A_LINE B_LINE
SLOT01
DATA1B DATA1A
R1 120 JP1
SLOT02
DATA1B DATA1A
-&) .
DATA2A DATA2B
R2 120 JP2
-&) .
DATA2B DATA2A
SLOT05
SLOT06
SLOT07
SLOT08
SLOT09
SLOT10
SLOT11
JP3
R3
120
SLOT12
F112
JP4
JP8 JP7 JP6 JP5
R4
120
F211 F111
F311
F210 F110
F310
F209 F109
F309
F108 F308
F107 F307
F206 F106
F105
F204 F104
F203 F103
F303
F202 F102
F302
F201 F101
F301
JP12 JP11 JP10 JP9
DCS 系列的最大特点是系统的开放性，硬件、软件与通讯都采用了国际标准或主流工业 产品，构成开放的工业控制系统。 硬件-----硬件跟随计算机发展潮流。人机接口（HMI）采用标准工业 PC 机。 I/O 卡件
采用低功耗、全密封设计。卡件平均功耗低于 1W，封装标准为 IP50，可有效防止各类 粉尘。主控单元 PCU 采用标准军用 PC 总线结构，采用先进的热管技术将 CPU 工作时发 出的热量导至金属封装外壳，彻底取消内部风扇，大大提高了主控单元的可靠性。 软件-----主控单元 PCU 采用 Linux 系统软件，可以有效地防止各类病毒的侵害。人机 接口采用 Windows NT 操作系统。方便直观的符合 IEC-1131-3 的 PCU 图形组态软件、图 形显示、报表、控制、记录统计的生成工具软件。 系统的可伸缩性----- DCS 主要面向的是大型过程控制系统。但 DCS 也充分考虑了数百 点甚至一百点以下小系统的需求。DCS 的每一个 I/O 机箱都可单独构成一工作可靠、配 置灵活、性能完善的过程控制系统 下图所示为由一对冗余 PCU 和单只 PCU 所构成的小型及微型 DCS 系统。
MTBF≥150000 小时。 备件-----标准化与系列化，备件种类大大减少。 维 护 ----- 通 道 级 的 自 诊 断 程 序 ， CRT 自 动 报 警 与 显 示 ， 可 实 现 快 速 带 电 更 换 ，
MTTR<5Min。 接地-----系统要求单独接地，接地电阻≤4.0 欧姆。 2.2.2 引用的规范和标准
图 2 是 DCS-2000 的一个典型应用示意图。 DCS 在构成应用系统时，过程控制单元 PCU 可根据 I/O 规模大小决定机柜数量，人机接 口站 HMI 可根据用户操作的不同决定配置的数量与规格。
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图 2 DCS—2000 典型应用示意图(2×15 万机组)
2.2 技术特点及引用的规范和标准 2.2.1 特点
汉化-----全汉化显示、支持中英文显示界面。 网络-----实时数据网（A 网、B 网）冗余网络，传递实时数据，支持 1～250 个网络节
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点。信息数据网（C 网）实现数据库文件与打印共享，传递系统非实时性文件信息。 容量-----分布实时数据库，对网上各节点透明，全局数据容量达 64000 点模拟量，64000