火电厂的DCS系统分解

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控制级-数据采集站
• 数据采集站与现场控制站类似，也接收由 现场设备送来的信号，并对其进行一些必 要的转换和处理之后送到分散型控制系统 中的其它部分，主要是监控级设备中去。 • 数据采集站接收大量的过程信息，并通过 监控级设备传递给运行人员。 • 数据采集站不直接完成控制功能，这是它 与现场控制站的主要区别。 • 电子间一般不再独立设置，更多为远程I/O 站。
DCS系统的研究背景及意义
• 由于 DCS 的可靠性高，运转效率高，能有 效降低煤耗，火电厂为改造传统产业和产 业结构，提高自动化、智能化、信息化水 平，增强企业竞争能力，因而在火电厂迅 速得到推广，之后新建的大型机组全部都 采用了 DCS 控制。
DCS系统的研究背景及意义
• 在大型火电厂，DCS是计算机系统与发电机 组控制模式结合的控制系统，与传统控制 系统有本质区别。DCS具有通用性强、系统 组态灵活、控制功能完善、数据处理方便 、显示操作集中、调试方便、运行安全可 靠等特点，在大型火力发电厂的生产过程 中，能提高发电技术的自动化水平，减少 不必要的人员浪费，增强系统的安全系数 。
• 工程师站安装PCS7组态软件，用于对整个 系统进行组态和编程，并下载到操作员站 和控制站中。操作员站安装PCS7操作员站 软件，用于对整个系统进行监控。
• 通过应用 DCS 系统, 使得运行人员能方便地 控制各种参数, 操作简单, 确保了系统稳定运 行, 提高了系统安全性, 降低了运行人员的劳 动强度, 提高了工作效率。
现场级-传感器、变送器、执行器等
• 现场级设备一般位于被控生产过程的附近。典型 的现场级设备是各类传感器、变送器和执行器， 它们将生产过程中的各种物理量转换为电信号。 • 例：将 4—20mA 的电信号（一般变送器）或符合 现场总线协议的数字信号（现场总线变送器）， 送往控制站或数据采集站进行，将控制站输出的 控制量（4－20mA的电信号或现场总线数字信号） 转换成机械位移，带动调节机构，实现对生产过 程的控制。
• 操作员站通常应用计算机来作为承载工具 。处理一切与运行操作有关的人机界面功 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 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。
烟气脱硫系统的流程简图如下：
• 为保证FGD系统安全稳定的运行，自控系统 采用西门子PCS7系统作为FGD的DCS系统。 PCS7是西门子的DCS系统，基于过程自动化 ，从传感器、执行器到控制器，再到上位 机，自下而上形成完整的TIA（全集成自动 化）架构。主要包括Step7、CFC、SFC、 Simatic Net和WinCC以及PDM等软件，组态 对象选用S7-400高端CPU，一般应用于钢铁 和石化等行业。作为先进的过程控制系统 ，SIMATIC PCS7 形成了一个带有典型过程组 态特征的全集成系统。
现场控制站（Control Station）
• 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。
火电厂DCS系统
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什么是DCS系统 DCS系统的研究背景及意义 DCS系统介绍 DCS在火力发电厂烟气脱硫控制系统的应用
什么是DCS系统
• DCS 是分散控制系统（Distributed Control System）的简称，国内一般习惯称为集散控 制系统。它是一个由过程控制级和过程监 控级组成的以通信网络为纽带的多级计算 机系统，综合了计算机（Computer）、通 讯（Communication）、显示（CRT）和控 制（Control）等 4C 技术，其基本思想是分 散控制、集中操作、分级管理、配置灵活 、组态方便。
什么是DCS系统
• DCS具有以下特点：①高可靠性；②开放性 ；③灵活性；④易于维护；⑤协调性；⑥ 控制功能齐全。在火电厂的 DCS 项目一般 包括数据采集系统 DAS、模拟量控制系统 MCS、炉膛安全与监控系统 FSSS、顺序控制 系统 SCS、厂用电监控系统 ECS、汽轮机紧 急跳闸保护系统 ETS 以及数字电调系统（ DEH）等。
控制级-现场控制站
• 控制级主要由现场控制站和数据采集站构 成。一般在电厂中，把现场控制站和数据 采集站集中安装在位于主控室后的电子设 备室中。 • 现场控制站接收由现场设备，如传感器、 变送器传来的信号，按照一定的控制策略 计算出所需的控制量，并送回到现场的执 行器中去。现场控制站可以同时完成连续 控制、顺序控制或逻辑控制功能，也可能 仅完成其中的一种控制功能。
DCS在火力发电厂烟气脱硫控制 系统的应用
• 华能山西榆社发电厂为2台300MW燃煤机组 ，为保证烟气排放达到环保要求，安装了2 套FGD烟气脱硫系统。本系统采用石灰石－ 石膏湿法脱硫工艺，该工艺是目前世界上 应用最为广泛和最可靠的工艺。该工艺以 石灰石浆液作为吸收剂，通过石灰石浆液 在吸收塔内对烟气进行洗涤，发生反应， 以去除烟气中的SO2，反应产生的亚硫酸钙 通过强制氧化生成含两个结晶水的硫酸钙( 石膏)。
榆社电厂脱硫DCS系统的配置如下图。
• 榆社电厂脱硫DCS系统设置一个操作室，IO 总数达1900。系统共有两个操作员站和一 个工程师站，工程师站由两个机组共享。 每个机组各有一个操作员站站，但每个操 作员站站可以在出现异常情况时以不同级 别权限监控两个机组。每套机组的脱硫岛 系统设有一个控制站，现场监控参数通过 分部式I/O(ET200)的I/O模块进行采集和输出 ，控制站和分部式I/O通过PROFIBUS现场总 线相连。工程师站、操作员站和控制站通 过工业以太网相连，以太网交换机采用西 门子工业级的以太网交换机，通讯速率可 达100M，支持光纤、双绞线等介质。
监控级
• 监控级的主要设备有操作员站、工程师站 、历史站和计算站等。 • 操作员站安装在中央控制室。 • 工程师站、历史站和计算站一般安装在电 子设备室。
管wk.baidu.com级
• 管理级包含的内容比较广泛，一般来说， 它可能是一个发电厂的厂级管理计算机， 也可能是若干个机组的管理计算机。 • 它所面向的使用者是厂长、经理、总工程 师、值长等行政管理或运行管理人员。 • 厂级管理系统的主要任务是监测企业各部 分的运行情况，利用历史数据和实时数据 预测可能发生的各种情况，从企业全局利 益出发辅助企业管理人员进行决策，帮助 企业实现其规划目标。
工程师站（Engineer Station）
• 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。
其他功能站
• 在先进的集散控制系统结构中，除了操作 员站、现场控制站和工程师站以外，还有 许多完成特定工作的功能站，如运算各种 高级控制策略的计算站，完成数据日志记 录的日志记录站等。通过这些站的工作， 集散控制系统的结构更加稳固，功能更加 强大。
• 集散控制系统已经发展到具有很强的功能 特性的阶段，其体系特征表现为功能的层 次化。按照功能分层的方法，可以将集散 控制系统的功能分为四级。
DCS系统介绍
基本体系结构
• 操作员站、现场控制站、工程师站和系统 网络构成了集散控制系统结构的四个基本 组成部分。除了四个最基本的组成部分外 ，目前的集散控制系统中加入了一些能够 实现特殊功能的站，还有更加完备的信息 管理网络，以满足生产管理和各种特殊参 数的采集以及处理。
操作员站（Operator Station）
系统网络（System Network）
• 是连接系统各个站的桥梁。 • 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。 • DCS得以实现的技术关键。
• 基本构成由现场级、控制级、监控级、管 理层四级构成。 • 现场级主要包括各种过程通道卡件或者模 块。 • 控制级包括所有的过程站。 • 监控级包括工程师站、操作员站、历史站 和打印机等附属设备。 • 管理级包括管理计算机。 • 四层中间相应的通信网络由控制网络（Cnet ）、监控网络（Snet）、管理网络（Mnet ）三层网络结构。
DCS系统的研究背景及意义
• 电力行业是中国引进 DCS（Distributed Control System，是分散控制系统的简称） 较早的行业领域之一，而且，电力行业整 体的自动化控制水准较高，也被认为是中 国目前最能与国际接轨的行业。国内电力 行业的第一套 DCS 投入使用是在 1992 年， 在此之前的电厂控制全部都是采用常规仪 表或者组件组装仪表。