1、2010.8,熱能與動力工程自動測控技術(shù),教師姓名:韓東太,2010.8,自動控制技術(shù)在工程及科學(xué)發(fā)展中起著極為重要的作用，當(dāng)前火電廠熱力生產(chǎn)過程中也毫無例外地采用了DCS技術(shù)。作為熱力設(shè)備運行管理人員 ，要想真正對熱力設(shè)備及系統(tǒng)的運行、試驗、調(diào)整和技術(shù)改造了如指掌，必須具備熱能與動力工程自動測控技術(shù)方面的基本知識！,講座性質(zhì),2010.8,火電廠過程控制參數(shù),2010.8,計算機控制技術(shù)的基本知識，講述計算機控制基本概念和基本理論；,

2、講座任務(wù),火電廠控制系統(tǒng)的使用操作、熱力過程測控系統(tǒng)的組成；,熱力設(shè)備本身結(jié)構(gòu)和運行特點與計算機控制之間的關(guān)系,2010.8,第一部分：計算機控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識。 包括： 過程通道、人機接口、通信網(wǎng)絡(luò)、控制算法、抗干擾技術(shù)等。第二部分：集散控制系統(tǒng)（DCS）第三部分： DCS在火電廠中的應(yīng)用,講座內(nèi)容,2010.8,1 計算機控制技術(shù)的基本知識,,1-1 計算機控制系統(tǒng)概述1-2 過程通道1-3 過程控制計算機的人機接口1

3、-4 通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)1-5 抗干擾技術(shù),2010.8,1-1 計算機控制系統(tǒng)概述,計算機控制技術(shù)是把計算機技術(shù)與自動化控制系統(tǒng)融為一體的一門綜合性學(xué)科，是以計算機為核心部件的過程控制系統(tǒng)和運動控制系統(tǒng)。從計算機應(yīng)用的角度出發(fā)，自動化控制工程是其重要的一個應(yīng)用領(lǐng)域；而從自動化控制工程來看，計算機技術(shù)又是一個主要的實現(xiàn)手段。,2010.8,1、計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展概況,開創(chuàng)階段：1959年，TRW-300美國Port Arthur煉油廠運行

4、；小型計算機階段：20世紀(jì)60年代，集成電路板出現(xiàn)，工業(yè)控制計算機微型計算機階段：20世紀(jì)70年代，大規(guī)模集成電路出現(xiàn)，集散控制系統(tǒng)集散控制階段。20世紀(jì)80年代以后，分散控制，集中管理，可靠性提高現(xiàn)場總線智能控制,2010.8,2、計算機控制系統(tǒng)特點,運算精度高控制性能好操作界面友好管控一體化可靠性高,2010.8,3 、計算機控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及組成,一、控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu),（1）閉環(huán)控制系統(tǒng),2010.8,（２）開環(huán)控

5、制系統(tǒng),（３）計算機閉環(huán)控制系統(tǒng),計算機控制系統(tǒng)原理圖,2010.8,電廠中常見的有：風(fēng)機、水泵、鍋爐、汽輪機、發(fā)電機。分析設(shè)計時，對象用傳遞函數(shù)的微分方程（數(shù)學(xué)模型）表示?？刂埔?guī)律簡單化、近似化、線性化處理，誤差進(jìn)行補償。,被控對象,2010.8,執(zhí)行器,電動、氣動、液動三大類執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)閥組成調(diào)節(jié)閥三大特性見右圖執(zhí)行前要調(diào)校，減少死區(qū)，非線性補償環(huán)節(jié),2010.8,測量變送器,,傳感器和傳感線路組成溫度——熱電偶、熱電

6、阻壓力——壓力變送器流量——差壓變送器等液位、力、應(yīng)變、振動、火焰?zhèn)鞲衅鞯?2010.8,控制裝置種類,可編程控制器,可編程調(diào)節(jié)器,總線式工控機,單片微型計算機,過程控制計算機,,2010.8,過程控制計算機,硬件組成,主機--CPU ＋RAM＋ROM＋系統(tǒng)總線 常規(guī)外部設(shè)備--輸入/輸出設(shè)備、外存儲器等過程輸入輸出通道—AI、AO、DI、DO操作臺—CRT、LED、LCD 等通信設(shè)備—交換機、modem、集線器等,201

7、0.8,計算機控制系統(tǒng)硬件組成框圖,2010.8,2010.8,數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(Data Acquisition System)--DAS,4 計算機控制系統(tǒng)的類型,2010.8,直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC）,2010.8,監(jiān)督計算機控制系統(tǒng)（SCC）,2010.8,集散控制系統(tǒng)（DCS）,集散控制系統(tǒng)的控制功能，主要由計算機技術(shù)（computer）、控制技術(shù)（Control）、顯示技術(shù)（CRT）和通信技術(shù)（communicate）來完成

8、，一般也稱為4C技術(shù)，4C技術(shù)是DCS系統(tǒng)的四大支柱。DCS中通信技術(shù)更為重要，操作員站的操作、工程師站系統(tǒng)的組態(tài)以及現(xiàn)場設(shè)備信息的交換都依靠通信技術(shù)來完成。,2010.8,集散控制系統(tǒng)（DCS）,2010.8,每個現(xiàn)場儀表(例如變送器、執(zhí)行器)都作為一個智能節(jié)點，都帶CPU單元，可分別獨立完成測量、校正、調(diào)節(jié)、診斷等功能，靠網(wǎng)絡(luò)協(xié)議把它們連接在一起統(tǒng)籌工作。,現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）,2010.8,6 火電廠熱工自動測控技術(shù),

9、發(fā)電廠的生產(chǎn)過程,鍋爐(燃料),汽輪機,發(fā)電機,,,機械能,電能,蒸汽,汽流的動能,一臺燃煤發(fā)電機組的發(fā)電過程： 燃燒過程、水蒸汽轉(zhuǎn)換過程、發(fā)電轉(zhuǎn)化過程,2010.8,火電廠熱力過程自動化的組成,火電廠過程控制參數(shù),2010.8,熱力生產(chǎn)過程自動化主要包括鍋爐、汽輪機及其輔助設(shè)備的自動控制。自動控制的任務(wù)是使鍋爐、汽輪機適應(yīng)負(fù)荷的需要，同時又能在安全、經(jīng)濟的工況下運行。 一、鍋爐自動控制系統(tǒng) 鍋爐自動調(diào)節(jié)的任務(wù)主要有：

10、,火電廠熱力過程自動化的組成,2010.8,（1）使鍋爐供給的蒸汽量適應(yīng)負(fù)荷變化的需要或保持給定負(fù)荷； （2）使鍋爐供給用汽設(shè)備的蒸汽壓力保持在一定范圍內(nèi)； （3）使過熱蒸汽（和再熱蒸汽）溫度保持在一定范圍內(nèi)； （4）保持汽包水位在一定范圍內(nèi)； （5）保持燃燒的經(jīng)濟性； （6）保持爐膛負(fù)壓在一定范圍內(nèi)。,2010.8,為了實現(xiàn)上述調(diào)節(jié)任務(wù)，根據(jù)實際運行經(jīng)驗，組成以下幾個相對獨立的調(diào)節(jié)系統(tǒng)： （1）給水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)

11、； （2）過熱蒸汽（和再熱蒸汽）溫度自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)； （3）燃燒過程自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括燃料量調(diào)節(jié)、送風(fēng)量調(diào)節(jié)、引風(fēng)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)。,2010.8,二、汽機自動控制系統(tǒng),汽輪機自控系統(tǒng)主要有功率—轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)，由于汽輪機的轉(zhuǎn)速較高，生產(chǎn)對汽輪機維持一定的轉(zhuǎn)速和適應(yīng)負(fù)荷變化的要求都很嚴(yán)格，人工操作無法滿足這樣的要求，因此汽輪機功率—轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)以及超速保護(hù)成為汽輪機本體不可分割的一部分，汽輪機的自控屬于汽輪機專業(yè)的范疇。,三、輔機自動控制

12、系統(tǒng) 輔機自動控制系統(tǒng)主要有除氧給水系統(tǒng)、水處理系統(tǒng)等。,2010.8,主參數(shù)：為安全、經(jīng)濟運行或僅為安全運行而必須檢測的參數(shù)；重要參數(shù)：為經(jīng)濟分析或換收費用而必須的檢測參數(shù)；輔助參數(shù)：為分析上述兩參數(shù)中的問題而需要檢測的相關(guān)參數(shù)；啟動參數(shù)：僅為機組啟動過程中特別需要監(jiān)視的參數(shù)。,火電廠熱力過程自動化需要檢測的參數(shù),2010.8,7 火電廠計算機控制系統(tǒng)的應(yīng)用展望,電氣控制納入DCS，機爐電一體化采用大屏幕顯示器FCS應(yīng)

13、用（現(xiàn)場總線）智能控制廣泛應(yīng)用管控一體化,2010.8,1-2 過程通道,一、信號的種類模擬量信號：時間、幅值都是連續(xù)變化的信號。模擬量信號可以用連續(xù)的數(shù)學(xué)函數(shù)表示，例如溫度、壓力、負(fù)壓、水位、軸向轉(zhuǎn)移、電流、電壓等。開關(guān)量信號：指隨時間離散變化的信號，如逆止閥的開與關(guān)、水泵的運行與停止、燃燒器的投入與切除、閘刀開關(guān)的閉合與打開、風(fēng)門擋板的打開與關(guān)閉等。,2010.8,脈沖量信號：隨著時間離散變化的信號，但也可以用數(shù)字來表征的信

14、號，如渦輪計、電量表等所測的信號。數(shù)字量信號：指可用二進(jìn)制數(shù)來表示的信號。數(shù)字信號可以是數(shù)字電壓表、鍵盤等輸出的信息，也可以是頻率輸出型傳感器的輸出信息，它可以直接被計算機接受。 根據(jù)輸送信號的不同，可分為AI、DI、AO、DO通道。,2010.8,二、通道結(jié)構(gòu)形式,1、共享S/H和A/D的結(jié)構(gòu)形式,2、共享A/D的結(jié)構(gòu)形式,2010.8,3、并行轉(zhuǎn)換的結(jié)構(gòu)形式,4、多通道共用一個可編程放大器形式,2010.8,5、 單通道A/D

15、轉(zhuǎn)換后數(shù)字多路切換形式,2010.8,6 、開關(guān)量輸入通道,7 、開關(guān)量輸出通道,2010.8,人機接口的種類常規(guī)接口：按鈕、旋鈕、開關(guān)、指示器及記錄儀組成。過程計算機接口：LED、LCD，回路顯示器，鍵盤，打印機，CRT，報警顯示器、鼠標(biāo)、觸摸屏、繪圖機、語音輸入系統(tǒng)等。,1-3 人機接口,2010.8,2010.8,回路顯示操作器,ＰＶＳＰＯＵＴ,,,,,,,,對應(yīng)回路標(biāo)簽,,,,,上位機,,報警,2010.8,2010.8

16、,2010.8,2010.8,2010.8,2010.8,1-4 通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù),通信技術(shù)就是研究通信設(shè)備（通常就是計算機）如何進(jìn)行信息交換。例如，使用鼠標(biāo)或鍵盤在計算機屏幕上對某個現(xiàn)場閥門進(jìn)行開大或關(guān)小操作，實際的操作過程是：該操作首先翻譯成二進(jìn)制數(shù)據(jù)(在操作站完成)，然后通過數(shù)據(jù)總線傳遞到現(xiàn)場的控制計算機，再由現(xiàn)場控制計算機將控制信息發(fā)送到對應(yīng)閥門的卡件，通過適當(dāng)?shù)目罱K完成操作。,2010.8,1.數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),2010

17、.8,,星型網(wǎng)：所有外圍計算機之間的通信都必須經(jīng)過中間的通信裝置。,環(huán)形網(wǎng)絡(luò)：通信沿著環(huán)順或逆時針進(jìn)行。,總線形網(wǎng)絡(luò)：是目前多數(shù)電廠控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式，各點依靠總線可以直接通信，通信速度比較高。,2010.8,2.基帶傳輸與寬帶傳輸,基帶傳輸（直接數(shù)據(jù)傳輸）：利用線路直接將表示數(shù)字的高低電平直接傳輸?shù)綄Ψ健Ｔ诰钟蚓W(wǎng)中經(jīng)常使用基帶傳輸模式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。為了防止分布參數(shù)對數(shù)據(jù)產(chǎn)生干擾，一般使用曼徹斯特編碼方式。,原則1：在每個時鐘下降沿上形成

18、數(shù)據(jù)。,原則2：上跳表示0；下跳表示1。,原則3：相鄰數(shù)據(jù)不同時表示數(shù)據(jù)的電平保持不變，相鄰數(shù)據(jù)不相同時，表示完數(shù)據(jù)的跳變發(fā)生后，在數(shù)據(jù)通信無效期間，變化電平準(zhǔn)備表示下一數(shù)據(jù)。,2010.8,寬帶傳輸：通過調(diào)制手段在一條通信線路上可以同時傳遞多路通信。如閉路電視系統(tǒng)。,圖9-7調(diào)制解調(diào)器工作原理示意圖,將串行信號（基帶信號）通過調(diào)幅或調(diào)頻方法，轉(zhuǎn)換成具有一定頻率的電信號。這樣不僅可以在一條線路上實現(xiàn)多路通信，而且可以信號遠(yuǎn)距離傳遞。,寬

19、帶通信特點：存在調(diào)節(jié)解調(diào)器。撥號上網(wǎng)等需要貓的都屬于該類型,2010.8,3.數(shù)據(jù)傳輸中的差錯處理,（1）奇偶檢驗法,（2）垂直水平奇偶檢驗法,（3）循環(huán)檢驗碼,2010.8,4.數(shù)據(jù)通信的傳輸介質(zhì),（1） 雙絞線：雙絞線由兩根均勻排列成螺旋狀的絕緣銅導(dǎo)線組成。通常，一定數(shù)量的這樣的雙絞線捆成一電纜，外面包著硬的保護(hù)性護(hù)套。具體結(jié)構(gòu)見雙絞線結(jié)構(gòu)示意圖。雙絞線兩根導(dǎo)線絞扭，可減少兩根導(dǎo)線之間的電磁干擾。,,2010.8,（2） 同軸電纜,

20、同軸電纜由兩個導(dǎo)體組成，其外導(dǎo)體是一個空心圓柱形導(dǎo)體，它圍裹著一個內(nèi)芯線導(dǎo)體，外導(dǎo)體除了有導(dǎo)電作用外，還具有屏蔽電磁場防止干擾的作用。,,2010.8,（3） 光導(dǎo)纖維電纜,光導(dǎo)纖維由兩層折射率不同的材料構(gòu)成。內(nèi)層物質(zhì)具有非常高的折射率，光線傳輸主要靠內(nèi)層進(jìn)行。外層物質(zhì)幾乎對光線沒有折射，光線一旦接觸到外層就會被外層材料所吸收，外層相當(dāng)于是光的絕緣體，主要作用防止光纖之間光信號的相互干擾。,,,光導(dǎo)纖維的外層有吸收

21、光線的物質(zhì)，以保證光纖之間的相互干擾。,2010.8,5.DCS中常用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,（1）OSI：open System Interconnection reference,2010.8,網(wǎng)絡(luò)層,2010.8,（2）IEEE802協(xié)議,國際電氣和電子工程師協(xié)會(Institute of Electrical and Electronics Engineer)的IEEE802課題組針對局域網(wǎng)的特點制訂了適合局域網(wǎng)的通信協(xié)議。它們是用于邏輯鏈

22、路層控制(LLC)的IEEE802.2通信協(xié)議，用于帶有沖突檢測的載波偵聽多路存取方式的IEEE802.3通信協(xié)議，用于令牌總線存取方式的IEEE802.4通信協(xié)議和用于令牌環(huán)媒體存取方式的IEEE802.5通信協(xié)議等。,2010.8,（3）以太協(xié)議（Ethernet）,,,一條電纜線路上最多可以連接100個設(shè)備，稱為一段,,通過中繼設(shè)備（整形放大）可以將兩個段連接起來。,2010.8,6.網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備,2010.8,1-5 抗干擾技術(shù)

23、,2010.8,2010.8,抗干擾措施,雙絞線做信號引線,外界電磁場會在雙絞線相鄰的小環(huán)路上形成相反方向的感應(yīng)電勢，從而互相抵消減弱干擾作用。雙絞線相鄰的扭絞處之間為雙絞線的節(jié)距，雙絞線不同節(jié)距會對串模干擾起到不同的的抑制效果,2010.8,雙絞線節(jié)距對串模干擾的抑制效果,2010.8,引入濾波電路,2010.8,變壓器隔離,2010.8,光電隔離,2010.8,浮地屏蔽,2010.8,全機一點接地,主機外殼接地，機芯浮空,2010.

24、8,2.1 集散控制系統(tǒng)的概念2.2 集散控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點2.3 集散控制系統(tǒng)的功能2.4 集散控制系統(tǒng)的展望2.5 集散控制系統(tǒng)產(chǎn)品簡介,第二部分：集散控制系統(tǒng),2010.8,2.1 集散控制系統(tǒng)的概念,以微處理器作為核心的集中分散控制系統(tǒng)，利用4C技術(shù)，對生產(chǎn)過程進(jìn)行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制的新型控制系統(tǒng)。（Total Distributed Control System，TDCS），又稱分布式控制系統(tǒng)。主要特點

25、：集中管理、分散控制。,2010.8,集散控制系統(tǒng)產(chǎn)生的原因,模擬儀表難以勝任生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大；儀表控制系統(tǒng)應(yīng)適應(yīng)工業(yè)技術(shù)發(fā)展的要求；計算機集中控制的風(fēng)險太大；系統(tǒng)上下及子系統(tǒng)之間的通信聯(lián)系要求越來越高。,2010.8,第一個集散控制系統(tǒng)是1975年首先由美國霍尼威爾（Honeywell）公司推出， Honeywell公司的TDC2000，TPS Bailey公司的 Network 90系統(tǒng) 橫河公司的CENT

26、EM 西門子(Siemens)公司的TELEPERM M,,,集散控制系統(tǒng)的知名產(chǎn)品,2010.8,（1）分散過程控制裝置 集散控制系統(tǒng)與生產(chǎn)過程的界面： 過程變量→分散過程控制裝置→操作監(jiān)視的數(shù)據(jù) 操作信息→分散過程控制裝置→執(zhí)行機構(gòu)。 數(shù)/模、模/數(shù)轉(zhuǎn)換、控制算法、軟件濾波等,1 總體結(jié)構(gòu),2.2 集散控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點,2010.8,（2）操作管理裝置 操作人員與集散系統(tǒng)的界面： 監(jiān)視和操作。 （3）通信系統(tǒng)

27、 分散過程控制裝置與操作管理之間數(shù)據(jù)傳遞和交換。,DCS控制站、DCS操作站、數(shù)據(jù)通信及網(wǎng)絡(luò),2010.8,DCS系統(tǒng)用戶界面,2010.8,2 集散控制系統(tǒng)的現(xiàn)場控制站,?主要設(shè)備：現(xiàn)場控制單元。?主要任務(wù)：進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及處理，對被控對象實施閉環(huán)反饋控制、順序控制和批量控制。?用戶可以根據(jù)不同的應(yīng)用需求，選擇配置不同的現(xiàn)場控制單元以構(gòu)成現(xiàn)場控制站?！褚悦嫦蜻B續(xù)生產(chǎn)的過程控制為主，順序邏輯控制為輔，構(gòu)成一個可以實現(xiàn)多種復(fù)雜

28、控制方案的現(xiàn)場控制站;● 以順序控制、聯(lián)鎖控制功能為主的現(xiàn)場控制站；●構(gòu)成對大批量過程信號進(jìn)行總體信息采集的現(xiàn)場控制站。,2010.8,1.機柜,現(xiàn)場控制站機柜,中央控制室機柜間,機柜間機柜組,有了現(xiàn)場控制站，生產(chǎn)過程控制的安全性和可靠性都很容易得到保證,2010.8,現(xiàn)場控制單元,多層I/O卡件箱,電源單元,通信接口,接線端子板,機柜正面（前面）,機柜背面（后面）,現(xiàn)場控制站機柜,2010.8,3.電源,?電源系統(tǒng)的可靠性措施●

29、每一個現(xiàn)場控制站均采用雙電源供電，互為冗余。 ●采用超級隔離變壓器，將其初級、次級線圈間的屏蔽層可靠接地，以克服共模干擾的影響?！癫捎媒涣麟娮诱{(diào)壓器，快速穩(wěn)定供電電壓?！衽溆胁婚g斷供電電源 UPS，以保證供電的連續(xù)性。?現(xiàn)場控制站內(nèi)各功能模塊所需直流電源一般為±5V、±15V(或±12 V)、以及+24V。,2010.8,4.控制計算機,控制器,電源單元,I/O卡件,現(xiàn)場總線接口卡件,導(dǎo)軌,控制計算

30、機,2010.8,●操作臺 ●微處理機系統(tǒng) ●外部存儲設(shè)備 ●圖形顯示設(shè)備 ●操作鍵盤和鼠標(biāo) ●打印輸出設(shè)備,5.DCS 操作站,操作站設(shè)備,2010.8,2.3 DCS的基本功能,1.反饋控制,反饋控制功能分布圖,2010.8,2.邏輯控制,?根據(jù)輸入變量的狀態(tài)，按邏輯關(guān)系進(jìn)行的控制。?在DCS中，由邏輯功能模塊實現(xiàn)邏輯控制功能。,邏 輯 控 制 功 能,●與 ( AND )●或 ( OR )●非 ( NO

31、 )●異或 ( XOR )●連接 ( LINK ),●進(jìn)行延時 ( ON DELAY )●停止延時 ( OFF DELAY )●觸發(fā)器 ( FLIP - FLOP) ●脈沖 ( PULSE ),2010.8,3.順序控制,?順序控制：按預(yù)定的動作順序或邏輯，依次執(zhí)行各階段動作程序。?順序控制中可以兼用反饋控制、邏輯控制和輸入 / 輸出監(jiān)視等功能。?實現(xiàn)順序控制的常用方法●順序表法●程序語言方式●梯形圖法,2010.8

32、,4.批量控制,?根據(jù)工藝要求，將反饋控制與邏輯、順序控制結(jié)合起來，使一個間歇式生產(chǎn)過程得到合格產(chǎn)品的控制?！穹答伩刂频膱缶盘枴窕芈窢顟B(tài)信號●模擬信號的比較、判斷、運算結(jié)果,順序控制的條件信號,2010.8,5.輔助功能,(1)控制方式選擇,●手動( MAN ) ●自動( AUT ) ●串級( CAS ) ●計算機( COMP ),(2)測量值跟蹤,2010.8,6. DCS操作站的功能,工程師功能－完成系統(tǒng)生成、系統(tǒng)

33、維護(hù)、系統(tǒng)測試和系統(tǒng)管理；操作功能－監(jiān)視、記錄、運行；通信功能－完成現(xiàn)場控制站于上位機之間的數(shù)據(jù)交換操作運行中的操作畫面總貌畫面－反映生產(chǎn)過程總體狀況。分組畫面－對應(yīng)顯示各內(nèi)部儀表狀態(tài)，操作中觀察其它回路中的關(guān)聯(lián)變化?；芈氛{(diào)整畫面報警畫面趨勢分組畫面流程子畫面,2010.8,1.適應(yīng)性和擴展性強 2.控制能力強 3.人機聯(lián)系手段先進(jìn) 4.可靠性高 5.可維

34、修性好 6.安裝費用少,7. 集散控制系統(tǒng)的優(yōu)點,2010.8,集散控制系統(tǒng)將向兩個方向發(fā)展：向上發(fā)展：向CIMS計算機集成制造系統(tǒng)、CIPS計算機集成生產(chǎn)系統(tǒng)發(fā)展；向下發(fā)展：向FCS（Fieldbus Control System）現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)發(fā)展。,2.4 集散控制系統(tǒng)的展望,2010.8,2.5 DCS產(chǎn)品簡介,國內(nèi)DCS企業(yè)的興起；中控在化工；新華在電力；和利時在電力、交通等等。但業(yè)務(wù)主體在中低端市場

35、，跟國外主流廠商的產(chǎn)品競爭并不明顯。,2010.8,XDPS-400分散控制系統(tǒng),新華控制工程有限公司分散控制系統(tǒng)XDPS 是一個融計算機、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫、信息技術(shù)和自動控制技術(shù)為一體的工業(yè)信息技術(shù)系列產(chǎn)品。XDPS是英語XINHUA Distributed Processing System的縮寫，中文含義為新華分布處理系統(tǒng)。系統(tǒng)的開放式結(jié)構(gòu)、模塊化設(shè)計技術(shù)、合理的軟硬件功能配置和易于擴展的特點，已廣泛用于電站的分散控制、電廠調(diào)度和管

36、理信息系統(tǒng)、變電站監(jiān)控、電網(wǎng)自動化、鋼鐵企業(yè)的高爐監(jiān)控、化工企業(yè)的過程自動化和造紙廠過程自動化。,2010.8,XDPS網(wǎng)絡(luò)由三個基本網(wǎng)絡(luò)組成：A網(wǎng)、B網(wǎng)（一個工作，一個備用）、C網(wǎng)（MIS信息局域網(wǎng)）。,A網(wǎng)：實時控制數(shù)據(jù)網(wǎng)（數(shù)據(jù)高速公路）。一般情況下A網(wǎng)工作，B網(wǎng)備用，當(dāng)A網(wǎng)出現(xiàn)問題不能正常工作時，B網(wǎng)自動替代A網(wǎng)進(jìn)行通信，以保證控制網(wǎng)絡(luò)連續(xù)工作。,B網(wǎng)：當(dāng)A網(wǎng)工作時處于熱備用狀態(tài)，一旦A網(wǎng)出現(xiàn)事故不能通信，B網(wǎng)自動投入以替代A網(wǎng)繼

37、續(xù)通信工作。,1、高速數(shù)據(jù)公路,2010.8,,C網(wǎng)：通過C網(wǎng)實時控制數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)（數(shù)據(jù)高速公路）可以和工廠局域信息網(wǎng)絡(luò)（以太網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)）連接起來。,操作員站或工程師站等人機接口設(shè)備需要有三塊網(wǎng)卡才能和三個網(wǎng)絡(luò)連接。,,,,XDPS操作員站背面有三個T型電纜插頭，表明操作員站分別連接在三個網(wǎng)絡(luò)上。,,A網(wǎng)T型插頭插接在對應(yīng)的網(wǎng)卡上，將MMI人機接口設(shè)備連接到A網(wǎng)上。,,,C網(wǎng)T型插頭插接在對應(yīng)的網(wǎng)卡上，將MMI人機接口設(shè)備連接到C網(wǎng)上。,B網(wǎng)

38、T型插頭插接在對應(yīng)的網(wǎng)卡上，將MMI人機接口設(shè)備連接到B網(wǎng)上。,2010.8,,,現(xiàn)場控制器DPU背面有A網(wǎng)（紅色）、B網(wǎng)（藍(lán)色）細(xì)纜和T型插頭。細(xì)攬總線從左到右將兩個互為備用（冗余）DPU串聯(lián)起來。每個DPU上都裝有兩塊網(wǎng)卡。,,2010.8,2、分布式處理單元DPU,圖 XDPS機柜外形示意圖,（1）機柜,2010.8,（2）電源模塊,2010.8,電源模塊,2010.8,（3）DPU主控模塊,2010.8,① CPU卡在DP

39、U控制計算機中，核心部件是CPU板。XDPS系統(tǒng)中通常使用INTEL公司生產(chǎn)的Pentium或更高檔次的CPU。,② DOC存儲器DOC（DISK ON CHIP），是使用電子電路構(gòu)成的存儲器，類似常見的移動U盤。DOC是一種掉電以后能夠永久保存數(shù)據(jù)的存儲器，和硬盤相比沒有機械運動，所以不存在機械磨損，不會像硬盤那樣在使用過程中因出現(xiàn)壞磁道而丟失數(shù)據(jù)。,③ 以太網(wǎng)卡XDPS系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)高速公路（實時網(wǎng)絡(luò)）就是典型的以太網(wǎng)。它主要

40、完成：將操作員站發(fā)出的操作指令（例如開、關(guān)執(zhí)行機構(gòu)等），實時準(zhǔn)確傳遞給DPU，或者將DPU采集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)反饋給運行人員,2010.8,一臺DPU主控器中有兩個控制計算機，以上為兩個控制計算機背面連線實際照片。,,2010.8,,,2010.8,,,紅色電纜對應(yīng)數(shù)據(jù)高速公路的A網(wǎng)，T型插頭插接在A網(wǎng)卡上。,紅色電纜由此進(jìn)入電纜槽,,,,,紅色電纜由電纜槽出來后和另一臺計算機的A卡連接,2010.8,,,綠色電纜為B網(wǎng)，連接情況和A網(wǎng)類似。

41、,2010.8,④ 雙機切換卡（PDEX344）雙機切換卡和網(wǎng)卡類似，但它沒有連接在數(shù)據(jù)高速公路上，而是連接在現(xiàn)場I/O控制總線上（現(xiàn)場I/O控制總線將控制計算機和機柜中I/O卡連接成網(wǎng)絡(luò)）。,2010.8,⑤ ISA總線主板ISA總線是PC計算機早期使用過的一種總線規(guī)范，整個卡座比較長，卡座中各引腳間距比較大，目前已被PC計算機淘汰。但控制系統(tǒng)由于開發(fā)周期比較長或者是該規(guī)范有利用現(xiàn)場控制，所以XDPS系統(tǒng)目前仍使用ISA總線。

42、,2010.8,現(xiàn)場I/O卡件現(xiàn)場I/O卡件都安裝在按國際標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計制作的卡件箱內(nèi)，卡件箱結(jié)構(gòu)見下圖。每個卡件箱又稱為一個I/O站，每個I/O站內(nèi)至少應(yīng)該有一個BC通信卡。該BC通信卡，通過BITBUS位總線和DPU進(jìn)行信息交換。DPU需要控制某個I/O卡或從某I/O卡中讀取信息時，首先將信息傳送給I/O站中的BC通信卡，通信卡使用I/O站中的I/O總線,再將信息傳遞給某I/O卡，以實現(xiàn)DPU和I/O卡件的信息交換。,2010.8,,B

43、C通信卡是重要設(shè)備，采用雙卡冗余。,2010.8,,AI模擬輸入量卡,,以單片機8031構(gòu)成的CPU,,,CPU通過地址數(shù)據(jù)選擇16路A/D中的一路進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。,,被選中的某路模擬量信號進(jìn)入增益控制電路,,CPU可以通過I/O口地址對A/D轉(zhuǎn)換的增益進(jìn)行設(shè)置。,2010.8,,CPU通過地址總線發(fā)送6000，使6000H啟動命令的地址有效。,幾乎同時CPU發(fā)出寫指令，使啟動命令單元輸出轉(zhuǎn)換開始指令。,,,,轉(zhuǎn)換結(jié)束后數(shù)據(jù)通過并行總線輸

44、出到并行接口，并將數(shù)據(jù)保存在6000H和6001H中。等待CPU來讀取,CPU通過地址和寫信號配合兩次讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。,CPU通過數(shù)據(jù)總線將結(jié)果保存到相應(yīng)的內(nèi)存（4000H）。,2010.8,,,,當(dāng)上位機（DPU）通過BC卡給AI下達(dá)命令后，通過INT給AI卡的CPU施加中斷，AICPU響應(yīng)該中斷后，到0000H單元讀指令。BC卡在此之前通過X_BUS總線已經(jīng)將數(shù)據(jù)保存在此單元中。,當(dāng)上位機需要AI卡轉(zhuǎn)換結(jié)果時，首先讀取“狀態(tài)寄存器”中

45、內(nèi)容，分析轉(zhuǎn)換是否結(jié)束，如果結(jié)束到4000H中讀取結(jié)果。,,BC板通過該隔離總線訪問AI卡中相應(yīng)地址。,2010.8,當(dāng)I/O站中的BC需要訪問卡上的某個寄存器時，寄存器地址+基地址(JP2形成）就構(gòu)成可以訪問的實際地址，BC根據(jù)該地址就可以讀或?qū)懴鄳?yīng)寄存器。,JP2跳線開關(guān)由5個兩位開關(guān)組成，開關(guān)閉合表示“0”，開關(guān)開路表示“1”。所有開關(guān)均閉合，基地址等于0，所有開關(guān)均開路時，基地址等于0F8H,,2010.8,AO模擬量輸出卡,,

46、通過CON1（X_BUS)接口，BC卡可以直接將要轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)放置到某個D/A轉(zhuǎn)換器前。,,D/A轉(zhuǎn)換器是連續(xù)工作的，只要前面數(shù)據(jù)變化，立刻進(jìn)行轉(zhuǎn)換。和A/D不同，轉(zhuǎn)換結(jié)果到控制現(xiàn)場，不存在數(shù)據(jù)沖突，所以不限制輸出時間。,2010.8,,該路數(shù)字轉(zhuǎn)換成支流電壓，以調(diào)整D/A轉(zhuǎn)換結(jié)果的放大倍數(shù)，以及為隔離后的電壓輸出提供電源。,2010.8,SOE/DI卡是開關(guān)量數(shù)據(jù)采集板，它適用于各種開關(guān)量信號的采集和處理，在分散控制系統(tǒng)中，它是一個前端

47、數(shù)據(jù)處理器，擔(dān)負(fù)著就地信號到計算機系統(tǒng)之間的橋梁作用。這種DI卡可以同時對現(xiàn)場32路開關(guān)量采集和存儲。DI卡中核心部件采用INTEL MCS51系列中的80C31CPU，程序執(zhí)行周期小于1ms，所以該DI卡對現(xiàn)場開關(guān)量變化的反應(yīng)時間為ms數(shù)量級。DI卡將每次32個開關(guān)量采樣數(shù)據(jù)保存在內(nèi)部I/O端口中。,SOE/DI開關(guān)量輸入卡,2010.8,開關(guān)量輸出可以控制如閥門開關(guān)等設(shè)備。,DO開關(guān)量輸出卡,,BC卡通過總線和總線驅(qū)動將數(shù)據(jù)保存

48、到”數(shù)據(jù)緩存器”中,在驅(qū)動器作用下將數(shù)據(jù)通過后面的隔離電路輸出.,這種類型的輸出稱為無源輸出,輸出僅為接通和斷開兩種狀態(tài).,2010.8,PI開關(guān)量計數(shù)卡,PI開關(guān)量計數(shù)卡,可以同時完成對現(xiàn)場8路脈沖源進(jìn)行累加計數(shù)，累加結(jié)果保存在其后的16位二進(jìn)制計數(shù)器內(nèi)。BC卡可以通過PI基地址+該計數(shù)器地址來讀取脈沖累加數(shù),,外圍的脈沖信號如轉(zhuǎn)速測量等,經(jīng)過光電耦合后被16為計數(shù)器轉(zhuǎn)換成為轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù),并保存在16位計數(shù)器中.BC卡需要讀取數(shù)據(jù)時，可以

49、通過X_BUS總線來實現(xiàn)．,2010.8,MCP測速卡通常用于DEH系統(tǒng)中的汽輪機轉(zhuǎn)速測量，在DCS系統(tǒng)中，也可以用于脈沖量計數(shù)及測量。通過通信方式，可以將MCP卡最終測量結(jié)果傳送給BC卡,MCP測速卡,,2010.8,來自現(xiàn)場的速度信號首先通過“四路隔離整形電路”，然后進(jìn)入光電耦合電路，光電耦合電路將進(jìn)行電信號→光信號→獨立的電信號的轉(zhuǎn)換過程，這樣就會將現(xiàn)場的和速度對應(yīng)的電脈沖，在相互沒有干擾情況下，記錄到8位計數(shù)器內(nèi),2010.8

50、,VCC閥門伺服控制卡，由VCC卡、電液伺服閥、閥門位移反饋等構(gòu)成電液伺服回路，控制閥門開度，適用于200MW、300MW、600MW等DEH系統(tǒng)的控制。該控制卡主要工作在兩種狀態(tài)，自動或手動狀態(tài)．自動時控制接受ＢＣ卡的信號，直接確定閥們開度；手動時由控制卡上的增減按鈕來操作。,VCC閥門伺服控制卡,2010.8,,,通過就地操作開關(guān)可以確定控制卡是自動或手動．,,控制卡自動狀態(tài)時，閥門開度數(shù)據(jù)由此傳入，直接確定“給定數(shù)值Ａ”．,,現(xiàn)

51、場閥門的開度反饋信號，通過給定數(shù)值后的“放大環(huán)節(jié)”來保證給定數(shù)值和現(xiàn)場閥門開度的相等．,,當(dāng)控制卡處于手動（調(diào)試狀態(tài)）時，由就地增加、減小按鈕來控制閥門開度。,,還可以接受OPC-汽輪機超速保護(hù)；ASL-汽輪機調(diào)閘；鍋爐快速減負(fù)荷等信號，且內(nèi)部作出相應(yīng)反應(yīng)。,2010.8,第三部分：火電廠DCS,3.1 順序控制系統(tǒng)SCS3.2 模擬量控制系統(tǒng)MCS3.3 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)CCS3.4汽輪機數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)（DEH）3.5 爐膛安

52、全監(jiān)控系統(tǒng)FSSS,2010.8,3.1 順序控制系統(tǒng)SCS,順序控制是指根據(jù)預(yù)先擬訂的步驟、條件或時間，對生產(chǎn)過程中的機組設(shè)備和系統(tǒng)自動地依次進(jìn)行一系列操作，以改變設(shè)備和系統(tǒng)的工作狀態(tài)(如風(fēng)機的啟停、閥門的開關(guān)等)。順序控制還廣泛地應(yīng)用于機組的輔機(如磨煤機、給煤機等)及其輔助設(shè)備(如潤滑油泵、擋板、風(fēng)門)啟動停止操作的控制和保護(hù)上。,2010.8,鍋爐定期排污的程序框圖,2010.8,吹灰控制系統(tǒng)在DCS系統(tǒng)中的設(shè)計實現(xiàn),2010

53、.8,輸煤順序控制系統(tǒng),卸煤,,輸煤,,,配煤,,儲煤,,2010.8,引風(fēng)機順序控制系統(tǒng),2010.8,3.2 模擬量控制系統(tǒng)MCS,模擬量控制系統(tǒng)應(yīng)與汽機控制系統(tǒng)、順序控制系統(tǒng)和爐膛安全系統(tǒng)等組成一個整體，并同步響應(yīng)控制要求，從而使機組能迅速地、穩(wěn)定地響應(yīng)負(fù)荷變化和在各種負(fù)荷下穩(wěn)定運行?？刂频幕痉椒ㄊ潜仨氈苯硬⒖焖俚仨憫?yīng)代表負(fù)荷或能量指令的前饋信號，并通過閉環(huán)反饋控制和其它先進(jìn)策略，對該信號進(jìn)行靜態(tài)精確度和動態(tài)補償?shù)恼{(diào)整。,20

54、10.8,控制系統(tǒng)功能,頻率協(xié)調(diào)：汽機轉(zhuǎn)速控制用于維持系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定。機組負(fù)荷指令應(yīng)自動跟蹤實際測得的發(fā)電機負(fù)荷，以避免產(chǎn)生擾動。限制：機組最大負(fù)荷指令應(yīng)與鍋爐最大出力和汽機負(fù)荷能力相適應(yīng)。 快速減負(fù)荷（RUN BACK）：應(yīng)提供鍋爐送風(fēng)機、引風(fēng)機等發(fā)生出力故障工況時的RUNBACK功能。,2010.8,控制內(nèi)容,汽機控制：根據(jù)機組負(fù)荷指令，向汽輪發(fā)電機控制系統(tǒng)（DEH）發(fā)出汽機調(diào)門開度指令信號。 鍋爐控制：將機組負(fù)荷指令以并行

55、協(xié)調(diào)的方式轉(zhuǎn)化為對鍋爐燃料和風(fēng)量的控制 。給粉機控制：通過改變給粉機轉(zhuǎn)速來調(diào)整燃燒率。 送風(fēng)控制：通過調(diào)節(jié)送風(fēng)機液力偶合器勺管的位置，來控制送風(fēng)量，達(dá)到最佳燃料工況。爐膛壓力控制：通過控制引風(fēng)機液力偶合器勺管位置，維持爐膛壓力恒定在設(shè)定值。 主蒸汽溫度控制 全程給水控制：在啟動運行工況時，調(diào)節(jié)給水旁路調(diào)節(jié)閥開度；在其它工況下，調(diào)節(jié)調(diào)速給水泵的轉(zhuǎn)速 。高壓加熱器水位控制。,2010.8,單元制運行方式中，鍋爐和汽輪發(fā)電機既要共

56、同保障外部負(fù)荷要求，也要共同維持內(nèi)部運行參數(shù)(主要是主蒸汽壓力)的穩(wěn)定。 。 單元機組的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)(coordinated Control System，簡稱CCS)是根據(jù)單元機組的負(fù)荷控制特點，為解決負(fù)荷控制中的內(nèi)外兩個能量供求平衡關(guān)系而提出來的一種控制系統(tǒng)。,協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的組成及其特點,3.3 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)CCS,2010.8,協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的主要任務(wù)：,(1)接受電網(wǎng)中心調(diào)度所的負(fù)荷自動調(diào)度指令、運行人員的負(fù)荷指令和電網(wǎng)頻率

57、偏差信號，及時響應(yīng)負(fù)荷請求，使機組具有一定的電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻能力，適應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷變化的要求。(2)協(xié)調(diào)鍋爐和汽輪發(fā)電機的運行，在負(fù)荷變化率較大時．能維持兩者之間的能量平衡，保證主蒸汽壓力穩(wěn)定。(3)協(xié)調(diào)機組內(nèi)部各子控制系統(tǒng)(燃料、送風(fēng)、爐膛壓力、給水、氣溫等控制系統(tǒng))的控制作用，在負(fù)荷變化的過程中使機組的主要運行參數(shù)在允許的工作范圍內(nèi)，以確保機組有較高的效率和可靠的安全性。(4)協(xié)調(diào)外部負(fù)荷請求與主/輔設(shè)備實際能力的關(guān)系。在機組主/輔

58、設(shè)備實際能力受到限制的異常情況下，能根據(jù)實際情況，限制或強迫改變機組負(fù)荷。這是協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的聯(lián)鎖保護(hù)功能。,2010.8,鍋爐燃燒率(及相應(yīng)的給水流量)的改變到引起機組輸出功率的變化，有較大的慣性和延遲．汽輪機進(jìn)汽調(diào)節(jié)閥動作時，汽包壓力發(fā)生變化，因此可使機組釋放(或存儲)鍋爐的部分能量，輸出的電功率暫時有迅速的響應(yīng)。 負(fù)荷變動時，汽輪機進(jìn)汽調(diào)節(jié)閥適當(dāng)動作，允許氣壓有一定的波動，釋放或吸收部分蓄能，加快機組初期負(fù)荷的響應(yīng)速度；與此同時

59、，根據(jù)外部負(fù)荷請求指令，加強對鍋爐側(cè)燃燒率(及相應(yīng)的給水量)的控制，及時恢復(fù)蓄能．使鍋爐蒸發(fā)量保持與機組負(fù)荷一致，負(fù)荷控制的基本原則 。,協(xié)調(diào)控制的基本原則,2010.8,3.4 汽輪機數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)（DEH）,定義：由低壓透平油數(shù)字式電液控制方式實現(xiàn)的純電調(diào)控制方式,DEH系統(tǒng)應(yīng)能保證汽機采用與其熱狀態(tài)和進(jìn)汽條件相適應(yīng)的最大升速率，自動地實現(xiàn)將汽輪機從盤車轉(zhuǎn)速逐漸提升到額定轉(zhuǎn)速的控制。 －－轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍 60-3500r/m

60、in －－轉(zhuǎn)速控制回路的控制精度­­≯±1.0r/min －－調(diào)節(jié)系統(tǒng)的遲緩率≯0.06% －－甩滿負(fù)荷下轉(zhuǎn)速超調(diào)量＜7% －－轉(zhuǎn)速不等率 3～6％范圍內(nèi)可調(diào),2010.8,2010.11,為了防止鍋爐事故的發(fā)生，減少電力生產(chǎn)的損失，在電廠鍋爐上安裝爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)(Furnace Safeguard Supervisory System，簡稱FSSS)成為必然趨勢。

61、 鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)FSSS包括鍋爐安全保護(hù)系統(tǒng)(Furnace Safeguard System，簡稱FSS)與燃燒器控制系統(tǒng)(Burner Control System，簡稱BCS)兩大部分。,3.5 爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)FSSS,2010.8,2008.2,典型的FSSS的功能結(jié)構(gòu)示意圖,3.FSSS不實現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)功能，不直接參與容量和送風(fēng)量的調(diào)節(jié)，僅完成鍋爐及其輔機的啟停監(jiān)視和邏輯控制功能，但是它能行使超越運行人員和過程控制

62、系統(tǒng)的作用，可靠地保證鍋爐的安全運行。,2010.8,2010.11,FSSS中存在的問題,1．火焰檢測裝置的可靠性2．保護(hù)定值的合理性3．爐膛吹掃功能的邏輯條件4．點火設(shè)備由于燃油及點火介質(zhì)不良、點火槍位置不當(dāng)、工作不可靠、能量不足及高壓引線可靠性差等原因，影響了點火槍的可靠工作；由于機械結(jié)構(gòu)上存在一定問題，執(zhí)行機構(gòu)不能可靠地將燃燒器送進(jìn)爐膛；燃油閥質(zhì)量差，易泄漏，不僅影響爐膛安全系統(tǒng)的正常工作，還會影響爐前的環(huán)境衛(wèi)生，甚