火电厂的DCS系统

火电厂DCS系统•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（DistributedControlSystem）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。•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。什么是DCS系统•电力行业是中国引进DCS（DistributedControlSystem，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。DCS系统的研究背景及意义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。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（OperatorStation）•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。现场控制站（ControlStation）•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。工程师站（EngineerStation）•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。系统网络（SystemNetwork）•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。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。•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。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。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。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。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。管理级•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。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)。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、SimaticNet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，SIMATICPCS7形成了一个带有典型过程组态特征的全集成系统。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。•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。•谢谢