DCS与JDT系统

DCS与JDT系统（精选八篇）

DCS与JDT系统 篇1

1 DCS系统的构成和工作原理

DCS系统主要由九部分功能结构所组成, 每部分均有其特有功能, 详见图1:

A/D变换器各种功能在量化前于前端装置做出一系列检波解调并在之后位置的视频回波中形成超声信号。而前处理在A/D转换器中对二次采样做出依照扫描声于束矢径具体方向将进行预处理, 以最终削弱以及增强这些回声信号。帧存储器是实现实时显示及坐标转换的部件, 是DCS系统的核心。输入保持并寄存器功能是在二次采样出最大频率以达致几兆赫, 且再加进用于缓冲等目的的中级型式存储器, 来最终解决输进入的各种数据帮助速度达到高存储与揣写速度这些矛盾的解决。像素逻辑地址单元为了将扇形区域扫描得出回波数据并使位于极坐标中具体位置变为存储形式, 还需要直角坐标系中具体位置, 来达到极坐标与直角坐标的转变。输小持保寄存器为了执行串、并联的缓冲及转换各种功能。在时钟信号中主要把DCS电路之中各个系统都及时进行定时操作, 并将电路以及超声发射中命令提供接收和对应发送发射命令。

2 DCS系统故障类型分析

因该系统本身所造成的故障比较常见, 一般包含脱网、控制器发生死机、设计在安装时产生的缺陷等故障, 系统接口出现问题, 系统配置低, 软件出现缺陷, 操作员站出现黑屏, 网络通讯发生堵塞等。

单台或几台操作员站出现“黑屏”或“死机”。处理:禁止在故障的操作员站进行任何操作。相应操作转移至可用操作员工作站或后备手操器。稳定机组运行, 停止重大操作。立即通知有关人员排除故障。

所有操作员站出现“黑屏”或“死机”, 失去对机组的正常监视。处理:禁止在故障的操作员站进行任何操作, 以防操作指令积累在系统恢复后造成系统异常。尽量维持负荷稳定, 减少不必要的操作, 避免扰动。如主要后备手操及监视仪表能够维持机组运行时, 则倒后备操作方式运行。及时通知有关人员排除故障。故障不能恢复, 应立即停机、停炉。如后备操作控制系统失灵、后备监视仪表系统异常, 立即停机、停炉。故障过程中, 设备异常达到规程规定的停机、停炉条件时, 立即停机、停炉。

分路机群 (辅机) 控制器或相应电源故障时, 相应控制的辅机设备可切至后备手动方式运行, 并及时处理系统故障, 必要时将该辅机退出运行。调节回路控制器或相应电源故障时, 应将自动切手动维持运行, 同时迅速处理系统故障。并根据情况采取相应措施。一些个别案例故障分析如下:

2.1 DCS系统硬件方面故障

运行中系统配置各方面问题。在火电厂某200MW机组中, 将其DCS进行改造, 于该系统此配置中的验算负荷率不精准且为达到降低投资的目的, 此种技术指标大概接近能够允许了的极限值, 在实际调试之时某控制器中负荷率大概会比90%还要高, 另外某软手操响也大概接近1min。

2.2 DCS系统软件方面故障

某火电厂在除氧器水位且控制回路中逻辑是由高加水位处控制逻辑以拷贝而修改所成的, 其修改过程并不够彻底, 且参数PID没有整定和修改, 致使除氧器中水门会发散调节, 也有调节品质会恶化的情况。主要采取措施为:检查事故逻辑, 再重新整定参数PID。

2.3 DCS系统通讯网络方面故障

实际应用中通讯网络会发生故障。某火电厂600MW机组中一些汽轮机调门在突然之间出现大幅度摆动现象, 在之后检查中检查到M5控制器里出现转速信号从最初3000r/min降至0r/min, 并发现M3及M5控制器在具体通讯时发生掉数据等时效性状况。

2.4 DCS系统电源方面故障

运行中发现接地与电源之间问题。在某火电厂某DCS电源中, 选用ABB公司主要生产的某形式电源, 在基础建设的时候参照此II型电源具体接地式进行各种安装。而在机组实际投产的时候DCS模件则发生各种多次故障与硬件烧坏以及信号跳变等众多情况。

2.5 DCS系统接口方面故障

在实际运行中发现系统接口有问题发生。某火电厂200MW供热机组中并网形式信号为达至DEH有且仅有一条路, 实际运行之中会发现辅助接点发生一些抖动现象, 致使汽轮机发生严重跳闸状况。为改变这种状况选用屏蔽通讯方式的电缆来强化冗余接点位置上信号进行3选2式逻辑判断。

2.6 外界环境因素所造成DCS有故障出现

因外界环境会导致的故障数量出现的数量相对较少, 但在实际运行中也会偶尔出现。此故障主要因为粉尘过高、各种小动物以及环境湿、温度等因素产生影响。在某火电厂厂房电子间之中将风道口选在DPU机柜安装位置的上面安装, 机组实际运行之中会发生消防水易流进入风道的现象, 这样便导致DPU设备因为进水而被最终烧损, 从而使机组发生停运现象。另外因某火电厂电子间封闭性较差而使卡件上出现堆积灰非常多的现象。

3 防范DCS系统故障与维护预防办法

3.1 DCS设计组态规则

众多故障表明为了降低DCS的系统故障, 需要对此系统从开发设计到投入运行各个环节做好调试工作, 如系统、配置的负荷率及可靠性指标的调试, 电源的设计要合理, DCS接口要具有可靠性, 具有强抗干扰性以避免因接地问题所产生的大面积的系统故障, 还要具有紧急事故处理的能力和保护系统。

3.2 DCS系统工程师站的使用维护

1) 做好维护准备。首先维护人员要了解DCS系统知识, 懂得其组成结构、设备硬件、组态软件等知识。其次要对系统进行备份, 主要包含逻辑组态、控制系统软件、操作系统, 以保证数据最新及完整。还要对硬件进行储备, 包含对时间短、容易破损的部件和关键位置部件做出一定量备份, 来对各种形式模块及卡件备品最少不少于1个进行保证。

2) 对DCS系统做好其它日常维护。其他日常维护主要分为以下几点:一是参照行标和国标以及其有关各种文件做出完善和对DCS系统实际运行中管理制度进行改进。二是使电子间封闭并使其拥有良好状态来提高空气洁净程度, 并使温湿程度与有关标准及产品制造厂相关各种规定相符合。三是每天对系统各个机组中风扇的实际运行工作进行检查, 以检查各风道有无阻塞。四是使系统拥有适合并质量良好的对应供电电源, 且保证电源要分成两路进行可靠供电, 这样当失去任一电源即报警。五是对系统主机光驱及其USB端口的各种封闭管理工作进行保证。以确保规范DCS各个应用软件以及系统软件, 并进行升级管理软件、修改要根据审批授权履行规定。六是对计算机一系列软硬件装置进行检查, 看其是否完好, 画面正常与否, 看是否有故障提示报警。七是应按照顺序逐一检查DCS系统上各部件用电, 当每台设备里用电正常之后再对下一设备进行操作。八是规范各DCS组态运行作业, 实际运行之中不要做出特别重大形式组态变动。九是定期逐台及时重启人机相接口站 (大概每3个月一次) , 以将计算机在长期运行中累计的误差消除。

3) 故障检修维护。一般对DCS故障进行检修维护主要从以下几项工作展开:一是若硬件出现特大规模或者程度的各种故障和一些原因不明的故障以及在故障超出企业维护工作人员维修和改进能力、水平的时候, 我们除了马上要换更出故障备件, 还要及时紧急和DCS相关技术工作对应人员做出联系以确认与排除故障。二是做好关于DPU死机及网络通讯产生崩溃包含在内的各项事故做好预想, 并制定相对应的应急预案, 当出现异常事故时按照预想计划案以展开工作。三是在故障检修的时候需要在抢修过程中避免激进, 并做出各种隔离以及强制措施。四是依据制造厂相关要求处理DCS系统故障, 在更换卡件时要确认跳线、地址、型号等需和被更的卡件相同, 必须严格遵守在线变更程序。

3.3 PO C站数据库的管理

工作人员根据POC站在线使用说明书对POC站进行操作和数据库管理。主要通过对组成画面的构成及操作方式进行详细的分析和整理。具体为分析控制画面的构成、画面上数据的显示仕样、画面的控制、子窗体的显示功能及画面的共通操作等。在对数据库中数据进行管理时主要通过画面显示来完成, 具体分为报警显示、操作员请求、一览显示、趋势显示、成组显示、信息一览、事故追忆、SOE一览、启停曲线、负荷曲线及报表打印设定等。

4 结语

为增强DCS系统运行可靠性, 需要通过对全过程运行做出对应的维护管理。在实际运行中系统维护和检查人员要参照系统和各配置运行中会出现的特点, 并需要制定科学合理的维护办法及策略, 来强化系统各种维护。对于实际运行过程中会产生的各故障, 我们要根据各自特点进行对应分析, 并采取相应办法做出及时处理, 以保证DCS系统高效可靠稳定的运行。

参考文献

[1]雷文书.DCS日常维护与常见故障处理[J].化工自动化及仪表, 2011.

[2]王常力, 罗安.分布式控制系统 (DCS) 设计与应用实例[M].北京:清华大学出版社, 2004.

[3]DL/T659-2006.分散控制系统在线验收测试规程.

[4]DL/T1083-2008.火力发电厂分散控制系统技术条件.

DCS与JDT系统 篇2

故障应急处置预案

发布：2013年1月3日 实施：2013年1月3日

1.总则 1.1编制目的：

为防止分散控制系统（DCS）与汽轮机数字式电液控制系统（DEH）故障导致事故扩大，避免由于DCS与DEH系统故障导致设备损坏事件的发生，特制定本预案。

1.2编制依据：

根据《中华人民共和国突发事件应对法》、国家安监总局《生产经营单位生产事故应急预案编制导则》、《危险化学品事故应急救援预案编制导则》和上级相关要求，又依据《火力发电厂（热工控制系统）设计技术规程》、《火力发电厂分散控制系统运行检修导则》、《火力发电厂热工仪表及控制装置技术监督规定》等结合《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》编写本预案。1.3适用范围

本应急预案适用于热电公司热电三车间分散控制系统（DCS）与汽轮机数字式电液控制系统（DEH）故障事件的应对工作。1.4应急基本处置原则

分散控制系统（DCS）与汽轮机数字式电液控制系统（DEH）故障：指分散控制系统（DCS）与汽轮机数字式电液控制系统（DEH）硬件、软件以及系统出现故障导致锅炉、汽轮发电机组本体设备、辅助设备、其他相关系统及设备的控制故障，造成设备被迫停止运行，对机组运行及设备健康状况构成严重威胁的事件。1.4.1当出现重要辅机控制异常，DEH控制异常、局部区域信号异常、部分主/重要运行参数失去控制或其显示不能真实反映实际工况等分散控制系统部分失灵情况时，由值长按照规程，通过运行方式的调整、现场操作等可以利用的一切手段，尽可能使机组运行稳定、设备处于安全状态。当部分操作员站出现故障时，应由可用操作员站继续承担机组监控任务（此时应停止重大操作），同时迅速联系热工检修人员排除故障。

1.4.2当分散控制系统故障导致机组跳闸以及全部操作员站出现故障时（所有上位机“黑屏”或“死机”），值长立即安排运行人员去就地监视给水泵和除氧器运行情况，并将给除氧器上水调节门打至就地操作或手摇执行器进行调整，保证汽包水位正常；，同时派人到汽包就地监视汽包水位，并通过双色水位计和电接点水位计密切监视汽包水位。同时迅速联系热工检修人员排除故障并恢复操作员站运行方式，由值长按照规程布置处理，并立即检查故障原因，尽快排除。1.4.3当分散控制系统失灵，运行人员不能通过操作员站对运行设备进行控制，必须通过硬手操设备立即停机，防止事故扩大，避免设备损坏事件的发生。1.4.4当DCS系统失电，DEH失电造成汽轮机跳闸时，应按汽轮机跳闸处理。并做好事故预想，立即联系热控和电气检修人员处理。FSSS失电后MFT保护应及时动作，否则应手动停机停炉。若手动MFT按钮无效，则应立即采取同时停止给煤机电源措施，同时关闭进油速断阀、回油再循环阀。DCS辅机控制系统失电后，运行人员尽量稳定机组运行，加强监视，立即联系检修处理，不能维持运行时（运行设备跳闸，备用设备无法启动），应采取紧急停止机组运行的措施。2.危险分析

2.1主要危险源、危险目标分析

2.1.1 DCS与DEH系统全部失电或部分失电。2.1.1.1 DCS与DEH系统全部失电或部分失电现象。

2.1.1.1.1 DCS与DEH系统全部失电将导致系统所有控制器停止工作，网络中断，操作员站停机，同时停机、停炉，机组甩负荷；

2.1.1.1.2 DCS与DEH系统部分失电将导致部分控制器停止工作，影响相关控制设备工作，或部分操作员站停机，影响运行人员操作； 2.1.1.2 DCS与DEH系统全部失电或部分失电原因。

2.1.1.2.1 系统内供电线路部分发生短路造成电源开关跳闸； 2.1.1.2.2 误拉DCS与DEH系统电源开关； 2.1.1.2.3 厂用电失去，电源切换装置失灵；

2.1.1.2.4 电缆沟进入水蒸汽，导致机柜进汽需引起柜内设备损坏； 2.1.1.3 应采取的预防技术措施。

2.1.1.3.1 点检、维护人员定期检查电源柜的电源指示灯，看电源系统是否工作正常；

2.1.1.3.2 点检、维护人员定期检查热控电源总柜快切装置是否工作在自动状态（AUTO指示灯亮），如不在自动状态，则应迅速切换回自动状态，做好记录并调查原因。2.1.1.3.3 点检、维护人员定期检查机柜风扇是否运转正常，机柜散热是否良好；维护人员定期清理机柜滤网，并做好记录。

2.1.1.3.4 每次A、B、C级检修后，维护人员对机柜内灰尘进行1次彻底清理； 每次检修时进行1 次电源切换试验。

2.1.1.3.5 运行人员每班要对电缆夹层、电缆沟进行巡检，尤其是对DCS远程站的电缆沟要加强巡检，发现有水蒸汽泄漏入电缆夹层、电缆沟时要及时查找泄漏点，隔离漏汽的系统，并迅速通知检修人员对漏点进行处理。2.1.2 DCS与DEH系统通讯故障 2.1.2.1 DCS与DEH系统通讯故障现象。

2.1.1.1.1 DCS与DEH系统通讯故障时，可能出现操作员站不能操作，其数据不能刷新，控制器之间数据不能交换，严重影响机组安全运行。2.1.2.2 DCS与DEH系统通讯故障原因。2.1.2.2.1 系统网络负荷过高，造成通信堵塞；

2.1.2.2.2 通信模件发生故障，网络交换机故障或通信网络接口接触不牢。2.1.2.3、应采取的预防技术措施。

2.1.2.3.1 维护人员定期检查通信模件（DP），保证通信模件（DP）正常工作； 定期检查网络交换机各指示灯是否正常，通信网络接口的接头是否有松动或接触不牢现象并处理。

2.1.2.3.2 点检、维护人员定期检查控制器、数据总线的负荷率，负荷率小于20%。

2.1.3 DCS与DEH系统控制器故障。2.1.3.1 DCS与DEH系统控制器故障现象。

2.1.3.1.1 单个控制器故障不会影响机组运行，当一对冗余控制器发生故障时影响相关控制设备工作。

2.1.3.2 DCS与DEH系统控制器故障原因。2.1.3.2.1 控制器组态丢失或组态不正确； 2.1.3.2.2 控制器电源故障；

2.1.3.2.3 控制器上一级网络故障，控制器下一级网络故障； 2.1.3.2.4 控制器死机； 2.1.3.2.5 控制器感染病毒； 2.1.3.2.6 控制器运行非法指令； 2.1.3.2.7 控制器内部元件损坏； 2.1.3.3 应采取的预防技术措施。

2.1.3.3.1 维护人员定期对控制器进行容错能力测试，人为退出正在运行的主控制器，备用副控制器应无扰自动投入工作，在切换过程中，控制器不得出错或出现死机情况。

2.1.3.3.2 检修维护部工作师站的操作人员为培训合格具备上机操作能力的人员，上机操作时必须严格执行工作师站管理制度；上机操作时要严格按工作师手册操作，以防因操作不当造成组态丢失或组态不正确。3.应急处置体系 3.1应急组织机构

应急指挥领导小组总指挥： 车间主任

应急指挥领导小组副总指挥： 车间生产主任、车间设备主任 成员：自动化服务部,热控专责，自动化维护班组，当值值长。3.2应急指挥领导小组职责：

3.2.1提出修订应急预案，负责定期组织演练，监督检查各部门在本预案中履行职责情况。

3.2.2领导小组成员在事故发生后，应立即赶赴事故现场进行现场指挥，对发生事件启动应急救援预案进行决策，迅速组织力量赶赴现场进行事故处理；全面指挥应急救援工作。

3.2.3负责向上级报告本车间的事故情况和事故处理进展情况。3.2.4组织实施事故恢复所必须采取的措施。

3.2.4组织事故调查，认真分析事故发生的原因，总结应急救援的事故教训，并形成总结报告上报上级有关部门。3.2.6组织落实整改。3.3应急工作小组职责：

3.3.1对可能产生的问题提出事故预想,负责提供技术指导。3.3.2定期组织运行人员和热工人员演练，加强技术培训。3.3.3运行和热工人员定期巡查设备, 及时发现设备隐患并采取措施予以消除。3.3.4督促职工严格遵守安全工作规程和运行、检修规程，正确执行各项运行操作、做好日常点检、维护检查和检修消缺工作。3.3.4根据事故情况对设备采取相应保护、隔离措施。

3.3.6及时向事故应急领导小组报告重大事故隐患或事故情况，及时通知专业应急组和其它事故应急小组赶赴现场进行应急处理、救援； 3.3.7参加调查事故原因，进行事故分析。

3.3.8根据故障情况提出整改意见，按照审批程序审核后，及时落实整改。4.预防预警 4.1危险源监控

4.1.1分散控制系统工作环境包括控制室及电子设备间的空气质量、温度和湿度、抗电磁干扰能力、分散控制系统远程控制设备环境等。4.1.2分散控制系统电源及接地。4.2危险预防

4.2.1认真执行定期巡检制度，热工加强对分散控制系统的监视检查，当发现DPU、卡件、网络、电源等故障时，应及时通知运行人员及热工人员并迅速做好相应对策。

4.2.2热工维护专业认真执行定期维护、校验制度。

4.2.3检修前应通过操作员站、工程师站对有关设备状态进行检查、分析和判断，以制定和补充检修相关项目。

4.2.4机组检修前，应有针对性的对存在缺陷的系统或设备进行试验。4.2.4检修后对分散控制系统进行完整的检查、校对和试验。

4.2.6认真执行热工保护投退和修改制度，严格履行保护定值修改、审核、审批程序,程序修改后必须检查验证。

4.2.7按照安全规程，严格执行热工工作票，切实做好安全措施。4.2.8投入运行的模拟量控制系统应定期做扰动试验。

4.2.9认真执行DCS软件管理制度，规范分散控制系统软件和应用软件的管理。严格履行软件修改、审核、审批程序；在修改、更新、升级软件前，应对软件进行备份。未经测试确认的各种软件严禁下载到已运行的分散控制系统中使用，必须建立有针对性的分散控制系统防病毒措施。

4.2.10认真执行图纸资料管理制度，做好图纸修改变更记录。4.2.11认真执行备件管理制度，物资库必须备有适当的应急备件。

4.2.12分散控制系统配置应能满足机组任何工况下的监控要求（包括紧急故障处理），CPU负荷率应控制在设计指标之内并留有适当裕度。

4.2.13主要控制器应采用冗余配置，重要I／O点应考虑采用非同一板件的冗余配置。

4.2.14系统电源应设计有可靠的冗余配置。

4.2.14通信负荷率设计必须控制在合理的范围（保证在高负荷运行时不出现“瓶颈”现象）之内。

4.2.16系统接地必须严格遵守技术要求，电缆必须采用质量合格的屏蔽电缆。4.2.17操作员站及少数重要操作按钮的配置应能满足机组各种工况下的操作要求，特别是紧急故障处理的要求。紧急停机停炉按钮配置，应采用与DCS分开的单独操作回路。

4.2.18控制器故障时包括电源故障），故障后复位时，保护和控制信号的输出应处于安全位置。

4.2.19全面整理阀门和设备在控制电源失去后的状态，分析对机组安全影响。对调门失电后保位问题做相关的试验。如电泵最小流量阀、汽泵最小流量阀、除氧器上水调门、给水调门、勺管位置以及高低压旁路等等，其状态对主机和重要辅机的安全有着决定性的影响。

4.2.20根据机组的具体情况，制定在各种情况下分散控制系统失灵后的紧急停机停炉措施。4.3危险预警

4.3.1 分散控制系统模件状态指示异常； 4.3.2 操作员站显示异常、控制键盘异常； 4.3.3报警窗异常。4.4预警程序

4.4．1 一旦发生分散控制系统失灵现象，应按照事故处理规程处理。立即通知检修维护部所有热控班组或值班人员（夜间或节假日），检修维护部、热控专工和部门负责人。在出现危及机组正常运行的事件或危及设备安全的情况时，立即向应急指挥领导小组报告。

4.4．2 指挥人员及应急工作组成员到达现场后，向运行人员了解情况，迅速排查原因，组织相关人员实施必要的安全措施，尽可能保护设备安全。5.应急处置

5.1 DCS与DEH系统出现故障后组织措施

5..1.1 如DCS与DEH系统在生产过程中所发生问题，一律在当班值长的统一组织、指挥下进行处理，值长应对所发布的所有事故处理命令的正确性负责。5.1.2机、炉、电专业主管。在接到值长通知后，在厂里时应于5分钟内、在家应于40分钟内赶到集控室，其职责是协助值长对各自专业的现场处置，主动向值长提出对本专业的现场处置建议和要求，指导运行人员进行现场处置的操作，且对自己所作指导的正确性负责。

5.1.3热工专业主管、自动班的班长（技术员）及设备负责人，在接到值长汇报或通知后，在厂里时应于5分钟内、在家应于40分钟内赶到集控室，其职责是协助运行人员进行隔绝操作，指导运行人员实施安全措施，向值长提出隔离设备的检修申请，并立即组织人力对已隔离的故障设备进行抢修，对抢修现场的技术安全措施的完善性负责。

5.1.4 厂领导(厂部值班领导)。在接到值长汇报后，指导值长指挥事故处理，提出故障设备抢修及机组设备恢复的原则意见，指导各部门组织对事故的处理工作。

5.2 当DCS系统故障时处置程序及技术措施

5.2.1 运行人员应该常监视DCS画面上系统的网络运行情况。出现下列情况按重要缺陷处理程序，迅速通知检修维护部热工自动班班长组织消缺。

5.2.1.1 当发现各控制站的右上角由绿色变为红色时，说明控制站的一路电源失去，运行人员应及时通知热工检修人员处理。

5.2.1.2 当发现有站点的网络线由绿色变为红红色时，说明该网络离线，运行人员应及时通知热工检修人员处理。

5.2.1.3 当发现有控制站由绿色变为白色时，说明该控制站故障，运行人员应迅速通知热工检修人员处理，并对该站控制的设备进行临时紧急监控。5.2.1.4 当部分操作员站出现故障时(“黑屏”或“死机”)，可以在其它操作员站操作监控，通知热工检修人员处理。

5.2.1.5 对MACSV系统来说，发现卡件故障，运行人员应联系热工检修人员及时处理，做好安全措施后进行在线更换卡件。

5.2.1.6 无论哪个系统控制单元(DPU)的单DPU离线故障后，运行应及时联系热工检修人员处理，进行在线更换DPU。

5.2.2 如出现下列情况，值长则按DCS、DEH系统出现故障后组织措施的要求，迅速通知相关人员到场，开展故障处置工作。

5.2.2.1 当只有全部操作员站出现故障时(所有上位机“黑屏”或“死机”)，而控制站电源未失去时，运行人员及时通知热工检修人员处理，并进入工程师站和在值长站以操作员身份登录后暂时监视操作，5.2.2.1.1 如果是全部操作员站的电源失去，运行人员或热工人员进入电子间，抢合DCS电源柜内的各操作员站空气开关一次，对于抢合成功的操作员站迅速开机恢复操作，未抢合成功的操作员站热工检修人员查明故障继续处理。5.2.2.1.2 如果本机组的工程师站也无法操作，值长站也无法操作，运行人员可到另一台机组的工程师站在热工检修人员的指导下切换到本域进行操作，如果都不能进行操作且操作员站空气开关都抢合不上，应采取立即停机、停炉的措施。5.2.2.2 当分散控制系统通信网络发生故障时，造成所有数据不能进行刷新(“死机”)和操作时，及时通知热工检修人员处理。

5.2.2.2.1 检查电子间GPS柜的交换机电源是否失去，如失去迅速查明原因并抢合跳闸的空气开关一次（GPS柜内本身的电源开关和DCS公用系统配电柜内的通讯空气开关），如抢合不成功，热工人员应在最短时间查明原因处理故障。5.2.2.2.2 如交换机电源是未失去，则应检查网络交换机是否故障，如故障热工人员迅速进行处理故障；网络交换机工作正常时则应检查服务器是否故障，如故障热工人员可用公用系统的一台服务器（处于从状态）来暂时代替故障服务器，维持机组运行。

5.2.2.2.3 如长时间不能处理好上述故障且机组运行工况不允许时，应采取立即停机、停炉的措施。

5.2.2.3 当一般DCS系统控制单元(DPU)的一对主、副DPU均发生离线故障后，根据机组运行情况，若运行参数达到停机停炉值时，应采取紧急停止机组运行的措施。

5.2.2.4 当SCS系统控制单元(DPU)的一对主、副DPU均发生离线故障后，尽量稳定机组运行，运行人员加强监视，立即联系检修维护人员处理。不能维持设备运行(运行设备跳闸，备用设备无法启动)时，应采取紧急停止机组运行的措施。5.2.2.5 当主要模拟量控制(MCS)系统通信网络发生故障或主、副控制单元(DPU)均出现故障(“死机”或“失电”)时，在无法维持机组安全可靠运行时，应采取停机、停炉。

5.2.2.6 当锅炉炉膛安全监控(FSSS)系统通信网络发生故障或主、副控制单元(DPU)均出现故障(“死机”或“失电”)时，在无法维持机组安全可靠运行时，应采取停机、停炉。

5.2.2.7 若系统控制单元(DPU)的单DPU运行且发生离线故障后，按上述两个DPU均离线时的安全措施处理。

5.2.2.8 DCS所有站电源失去时，按停机、停炉处理。

5.2.3 如机组不能维持运行需停机、停炉，值长立即汇报地调，口头申请停机；在故障处理后，联系地调申请开机。5.3 DEH系统故障时处置程序及技术措施。

当DEH操作员站画面中的左上方System绿色条框变成红色平光或者红色闪烁时，应立即通知热工检修自动班人员检查处理。运行人员注意观察DEH各种参数。当 DEH系统出现下列故障,值长则按DCS、DEH系统出现故障后组织措施的要求，迅速通知相关人员到场，开展故障处置工作。

5.3.1 当操作员站出现故障时(“黑屏”或“死机”)，及时通知热工人员处理，首先进入工程师站进行操作控制，如果工程师站无法操作，再使用后备硬手操（辅盘）打到就地操作。如果上说方式都无法操作，应采取停机、停炉处理。5.3.2 当控制系统通信网络发生故障时，造成所有数据不能进行刷新(“死机”)时，按“操作员站出现故障”方式处理。

5.3.3 当DEH系统故障时（失电或控制器故障），汽轮机跳闸，热工检修人员尽快处理故障，恢复系统后运行重新挂闸冲转。

5.3.4 当厂用电中断，UPS电源故障时，DCS、DEH等控制系统都失电，汽轮机跳闸，应紧急停止锅炉运行。

5.3.6 机组需停运，值长立即汇报地调，口头申请停机；在故障处理后，联系地调申请开机。

5.4 DCS与DEH系统故障运行操作注意事项

5.4.1 值长立即派人检查电子间GPS柜的交换机电源是否失去，如失去迅速查明原因并抢合跳闸的空气开关一次（GPS柜内本身的电源开关和DCS公用系统配电柜内的通讯空气开关），如抢合不成功，热工人员应在最短时间查明原因处理故障。

5.4.2 若是全部操作员站的电源失去，运行人员立即进入电子间，抢合DCS电源柜内的各操作员站空气开关一次，对于抢合成功的操作员站迅速开机恢复操作，未抢合成功的操作员站待热工检修人员查明故障后可以恢复送电。

5.4.3 当厂用380V45B0302、46B0302、UPS至DCS、DEH电源全部中断后，DCS、DEH等控制系统都失电，汽轮机跳闸，应紧急停止锅炉运行。此时严格按照规程进行厂用电全部失压后的处理步骤操作，严防出现误操作及事故扩大现象发生。5.4.4 DCS与DEH系统故障，应及时通知热工检修人员处理；

5.4.5 在DEH系统正常的情况下，DCS操作员站死机或失电后,在画面上无法监盘或操作设备时，应迅速打开DEH画面,监视负荷、转速、汽压、真空、油温、振动等，并不断刷新画面，便是于实时监测，同时将DEH功能切至手动方式,对机组暂不进行负荷升降及调整工作；

5.4.6 锅炉在维持运行时，严格监视汽包水位在正常范围内，若汽包水位出现高水位无法调整时，电动给水泵勺管就地调整，必要时就地开启再循环门或事故放水门进行控制水位；

5.4.7 严格监视汽温、汽压的变化，机组人员应及时做出正确分析和判断，在设备确已不具备运行条件或继续运行，对人身、设备有直接危害时，应停机、停炉处理；

5.4.8 DCS与DEH系统故障，机组在不能维持运行时，紧急停机、停炉； 5.4.9 紧急停机、停炉前，一定要合理安排人员到位，先在盘上硬操或就地启动交流润滑油泵，手动MFT，停止向炉内供应一切燃料，机组手动打闸后，顶轴油泵在转速1200rpm时，应立即就地启动，各抽汽电动门在就地按下电动关闭，注意除氧器水位、热井水位等，严格按规程操作做好相关调整，并汇报值长、单元长及分管领导；

5.4.10 处理事故的每一个阶段，要及时汇报值长，正确地组织处理，做好机组启动准备工作，若具备恢复条件，方可重新启动。5.5应急装备与物资

按照电厂事故备品备件管理的规定，采购库存一定数量的事故备品备件。6.事故处理恢复

6.1查找故障原因，按系统（电源、气源、通讯、汽轮机控制、模拟量控制、顺序控制、锅炉炉膛安全监控、保护联锁控制等）、按区域（分散控制系统设备、汽机侧就地设备、锅炉侧就地设备、其他系统就地设备等）排查，确定应急工作方案，执行安措，消除缺陷。

6.2在值长的协调指挥下，逐级恢复供电，对故障点进行功能恢复试验。6.3协助运行启动机组。7.事故调查分析与整改

7.1及时记录并打印事故发生时的事件、跳闸首发信号、运行参数、趋势记录等原始资料。

7.2由当值运行人员提供详细的监控信息。7.3由检修人员提供详细的检查、处理情况汇报。

7.4由安全检察室负责人召集应急指挥部成员、应急工作小组成员、当值运行人员、参与应急的检修工作负责人召开事故分析会。

7.5由应急工作小组成员填报事故报告，编写详细的事故原因分析，提出整改建议，经审核、审批后贯彻执行。

DCS系统与PLC系统的特点浅析 篇3

DCS与PLC都是应用于自控领域的控制系统。随着工业技术的快速发展,工业自动化程度越来越高,对自动控制系统的可靠性、可操作性的要求越来越高。有许多人在选择控制系统时对选择DCS还是PLC,哪一种更适合自己的需求很难决定。以下针对这种情况,对DCS与PLC系统的发展、基本结构、配置、应用等进行比较和分析。

1)集散控制系统DCS(Distributed Control System)是基于“4C”技术(Computer Control Communication CRT)在20世纪70年代中期出现的新型工业控制系统。采用分布式的计算机系统结构,目的是为了减少风险,提高系统可靠性。它将整个控制系统按照区域、功能和回路作适当分解,再通过总线或通讯网络将它们连接为有机整体。1975年Honeywell公司推出了第一套DCS控制系统,首先被应用于石油化工行业。

2)可编程控制器PLC(Programmable Logic Controller)是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境下使用而设计的。工业生产过程中大量的开关量的顺序控制按照逻辑条件进行顺序动作,并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制及大量离散量的数据采集,这些功能传统上是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM公司提出取代继电气控制装置的要求,第二年,美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置,首次采用程序化的手段应用于电气控制,这就是第一代可编程序控制器,称Programmable Controller(PC)。

1 结构及特点

1)DCS是计算机技术、控制技术和网络技术高度结合的产物。从结构上划分,DCS包括过程级、操作级和管理级。过程级主要由过程控制站、I/O单元和现场仪表组成,是系统控制功能的主要实施部分。操作级包括:操作员站和工程师站,完成系统的操作和组态。管理级主要是指工厂管理信息系统(MIS系统),作为DCS更高层次的应用,目前国内应用这一系统的行业较少。

DCS的关键技术在于网络,从上到下是树状拓扑和并行连续的链路结构,中间站联接计算机、现场仪器仪表和控制装置。

PLC从结构上分为固定式和组合式(模块式)2种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等,这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架,这些模块可以按照一定规则组合配置。

PLC的关键技术在于其内部固化了一个能解释梯形图语言的程序及辅助通讯程序,梯形图语言的解释程序的效率决定了PLC的性能,通讯程序决定了PLC与外界交换信息的难易。对于简单的应用,通常以独立控制器的方式运作,不需与外界交换信息,只需内部固化有能解释梯形图语言的程序即可。

2)在网络方面DCS网络是整个系统的中枢神经,和利时公司的MACS系统中的系统网采用的是双冗余的100Mbps的工业以太网,采用国际标准协议TCP/IP。它是安全可靠双冗余的高速通讯网络,系统的拓展性与开放性更好。而PLC因为基本上都为个体工作,在与别的PLC或上位机进行通讯时,所采用的网络形式基本都是单网结构,网络协议也经常与国际标准不符。在网络安全上PLC没有很好的保护措施。

3)DCS整体考虑方案。操作员站都具备工程师站的功能,站与站之间在运行方案程序下装后是一种紧密联合的关系,任何站、任何功能、任何被控装置之间都是相互连锁控制协调控制的。DCS可以控制和监视工艺全过程,对自身进行诊断、维护和组态。但是,由于自身的致命弱点,其I/O信号采用传统的模拟量信号,因此,它无法在DCS工程师站上对现场仪表(比如变送器、执行器等)进行远方诊断、维护和组态。当采用现场总线仪表时才能通过现场测控站对现场仪表进行诊断和维护。

原来单用PLC互相连接构成的系统,其站与站(PLC与PLC)之间的联系是一种松散的连接方式,做不出协调控制的功能。现在的PLC可以采用共同的上位机,使用PLC网络(如Siemens公司的SINEC-L1、SINEC-H1、S4、S5、S6、S7等,GE公司的GENET、三菱公司的MELSEC-NET、MELSEC-NET/MINI等)来协调控制。

4)DCS在整个设计上留有大量的可扩展性接口,外接系统或扩展系统都十分方便。缺点是成本高,各公司产品不能互换,不能相互操作。DCS系统是各家不同的,所搭接的整个系统完成后想随意的增加或减少操作员站都是很难实现的。

5)在安全性上DCS系统为保证控制设备的安全可靠采用了双冗余的控制单元。当重要控制单元出现故障时,都会有相关的冗余单元实时无扰动的切换为工作单元,保证整个系统的安全可靠连续工作。PLC所搭接的系统基本没有冗余的概念,更谈不上冗余控制策略。特别是当其某个PLC单元发生故障时,不得不将整个系统停下来,才能进行更换、维护并需重新编程。所以DCS系统安全可靠性更高。

6)系统软件。对各种工艺控制方案进行更新是DCS的一项最基本的功能。当某个方案发生变化后,工程师只需要在工程师站上将更改过的方案编译后执行下装命令就可以了。下装过程是由系统自动完成的,不影响原控制方案运行。对于PLC构成的系统来说,工作量极其庞大,首先需要确定所要编辑更新的是哪个PLC,然后要用与之对应的编译器进行程序编译,最后再用专用的机器(读写器)专门一对一的将程序传送给这个PLC。在系统调试期间,调试时间长和调试成本高,而且极其不利于日后的维护,在控制精度上也相差甚远。因此在大中型控制项目中(500点以上)基本不采用全部由PLC所连接而成的系统。

7)模块DCS系统所有I/O模块都带有CPU,可以实现对采集及输出信号品质的判断与标量变换,故障带电插拔,随机更换。而PLC模块只是简单电气转换单元,没有智能芯片,发生故障后相应单元全部瘫痪。

(1)PLC响应速度快;DCS响应速度慢。

(2)DCS要作复杂的运算,内存较大;PLC一般不做复杂运算,内存小。

(3)DCS的数据库统一,可以应用工位号管理;PLC的数据库不统一,必须以地址为基础管理。

(4)冗余功能DCS更容易实现。

8)DCS与PLC的系统内核的实现形式不同。因为DCS的控制程序编译以后的代码是采用程序调用运行的,而PLC的程序是采用编译后对语句代码的顺序扫描实现的。这就是为什么PLC至今对模拟量的处理不如DCS功能强大。而DCS对开关量的处理不如PLC快速的原因。至于Siemens等公司现在推出的PCS7等一体化系统都是在他们的CPU模块中采用双CPU进行处理,分别完成模拟量和开关量的处理。表面上看似一个系统,实际是双系统的整合。

2 主要制造商和产品

1)自1975年以来,第四代DCS产品已推上市场。主要生产厂家及产品有美国的Honeywell公司(TDC2000、TDC3000、TPS、PKS)、Westinghous公司(WDPF、Ovation)、日本的横河公司、日立公司、山武霍尼威尔公司、德国SIEMENS公司、Hartmann&Braun公司、EURO公司、瑞士的ABB公司(N90、INDUSTRIAL IT、INFI90);国内主要有北京安控科技发展有限公司、北京和利时有限公司(MACS、FOCS)、浙大中自(JX300X、JX500)、新华公司(XDPS-400)等。

2)PLC在全世界有大约200家生产厂家。主要厂家及产品有施耐德公司(Quantum、Premium、Momentum等)、AB公司(SLC、Micro Logix、Control Logix等)、西门子公司(SIMAT2IC S7-400/300/200系列)、GE公司、日本欧姆龙、三菱、富士、松下等。国内PLC生产厂约30家,但没有形成颇具规模的生产能力和名牌产品,还有一部分是以仿制、来件组装或贴牌方式生产。

3 应用状况

1)自1975年Honeywell公司推出第一套DCS以后,全世界有60余家公司生产了1500余种产品,目前约有10 000套DCS在运行。我国DCS发展较晚,大约在20世纪80年代末才开始逐渐普及。目前还处在从大型工程逐步向中、小型工程,从主要应用领域(如石化、化工、电力、冶金等行业)逐步向全工业范围(如市政、食品、建材、环保、交通等)扩展阶段,市场远没有饱和。特别在最近一段时期,将会有大量的国内企业采用先进的DCS来改造传统产业,它们的技术改造为DCS提供了十分巨大的市场空间。

目前,我国国民经济的主要领域使用DCS系统已经十分普遍,不但大型、中型工程项目采用,不少小型项目也开始采用。DCS现在是流程工业自控系统最主要的产品。石化是DCS使用比较早和普遍的领域,石化领域采购DCS的金额占设备采购总金额的13.6%。该领域几乎全部大型工程都是采用国外系统,其中Honeywell公司、日本横河电机株式会社处于领先地位。

化工领域也是DCS的主要应用领域,大约占设备采购总金额的20.3%。在化工领域国产DCS已经取得较大的业绩,但该领域销售额最高的目前还是日本横河,其次是Honeywell、浙大中自、Emerson以及北京和利时等公司。

火电站是DCS的大用户,每年占DCS市场总额的34.9%(含核电和热电系统)。现在除60万千瓦机组和部分30万千瓦新建机组外,30万千瓦改造机组和30万千瓦以下的新建机组已经大量采用国产DCS。

冶金领域随着技术的发展以及该行业自身的特殊要求,DCS的使用量正在逐步减小而被PLC系统所替代。目前,DCS的金额大约占设备采购总金额的12%,ABB和Siemens在冶金领域名列前茅。

食品行业以酿酒行业使用最多,Siemens由于与丹麦一家啤酒厂合作开发了一套专用系统,在中国市场占有率最高,其次为Honeywell。

2)PLC技术自二十世纪80年代走向成熟以来,产品的网络能力、模拟量处理能力、运算速度、内存、复杂运算能力均大大增强,不再局限于逻辑控制的应用,而越来越应用于过程控制方面。目前世界上有200多个厂家生产300多种PLC产品,应用在汽车(23%)、粮食加工(16.4%)、化学/制药(14.6%)、金属/矿山(11.5%)、纸浆/造纸(11.3%)等行业。

4 发展前景

随着DCS与PLC功能的不断发展和完善,新型的DCS与新型的PLC都有向对方靠拢的趋势。新型的DCS已有很强的顺序控制功能;而新型的PLC在处理闭环控制方面性能较好,而且无论在控制器方面还是网络方面都能做到冗余。二者能组成大型网络,适用范围已有很大的交叉,技术上相互融合,并在此基础上集成了全数字化的FCS(现场总线控制系统)。FCS系统在我国工控领域已得到广泛应用,但还没成为主流控制,并且在我国还存在一些问题有待进一步完善。所以用户对FCS的接受和认可还需要一个过程。

5 结论

火电厂电气控制与DCS系统 篇4

DCS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。其具有以下特点:

1.1 高可靠性。

由于DCS将系统控制功能分散在各台计算机上实现, 系统结构采用容错设计, 因此某一台计算机出现的故障不会导致系统其它功能的丧失。此外, 由于系统中各台计算机所承担的任务比较单一, 可以针对需要实现的功能采用具有特定结构和软件的专用计算机, 从而使系统中每台计算机的可靠性也得到提高。

1.2 开放性。

DCS采用开放式、标准化、模块化和系列化设计, 系统中各台计算机采用局域网方式通信, 实现信息传输, 当需要改变或扩充系统功能时, 可将新增计算机方便地连入系统通信网络或从网络中卸下, 几乎不影响系统其他计算机的工作。

1.3 灵活性。

通过组态软件根据不同的流程应用对象进行软硬件组态, 即确定测量与控制信号及相互间连接关系、从控制算法库选择适用的控制规律以及从图形库调用基本图形组成所需的各种监控和报警画面, 从而方便地构成所需的控制系统。

2 电气系统控制的特点

电气系统与热工自动化相比在控制要求及运行过程中有着很多不同点, 电气的主要特点表现为:

2.1 电气设备相对热工设备而言控制对象少, 操作频率低, 有的系统或设备运行正常时, 时常几个月或更长时间才操作一次。电气系统运行过程中操作量极少, 过程参数的调节也很少, 除励磁电压外几乎没有可调节的量, 运行过程的异常状态大都是由保护装置自动处理的。电气系统的正常操作是对电气局部系统和装置的切投、运行方式的切换。

2.2 电气设各保护自动装置要求可靠性高, 动作速度快。

2.3 电气系统的测量量是电流、电压, 其他参数如电度、功率、电抗、相位等都属于电流、电压的二次参数。测量的手段为PT、CT以及相应的电量变送器, 状态测量只有开关的辅助接点, 电气控制对象是断路器、开关、接触器, 但对控制系统的输出直接动作的是电磁线圈。从输入、输出看比较简单, 但是它们交叉在交流回路中, 就对控制装置提出了更高的抗干扰要求。

2.4 电气参量的变化速度和异常状态的发展速度是ms级的, 保护、连锁系统逻辑运算、输出动作也必须是ms级的。因此, 电气控制对自动化装置本身的信号采集、运算处理速度要求也很高。如果要让DCS完成这些功能, 则必须加快局部过程控制站的处理速度, 过程控制站的处理速度加快, 则处理能力和容量降低, 必将导致硬件增加或者影响到其他功能的正常实现。

3 电气控制纳入DCS的目的

3.1 提高电气系统的运行监控能力和水平

整台发电机组都采用现代化工具和手段实现高水平和完善的监控, 更有利于实现整个发电机组的综合自动化, 提高管理水平。目前, 电气系统重要的运行参数和状态显示及操作已进入DCS, 实现了DCS对电气系统的监视与控制, 很好地实现了整个机组 (机、炉、电) 的综合自动化和厂级运行管理。

3.2 提高电气控制的可靠性。

一是由于DCS自身具有很高的可靠性, 而且可以通过配置冗余等形式的控制系统替代原有的固态逻辑和继电器, 提高控制的可靠性;

二是可以省去大量操作终端, 避免如硬接线、开关、按钮等引起的故障;

三是由于内部构成大量的联动逻辑, 设置了操作闭锁和操作准许检查逻辑, 减少了人为误操作的可能性。

3.3 达到完全集控运行的能力。

由于全部电气的操作、监控都进入了DCS中, 并与机组控制构成综合自动化系统, 使运行人员可以在任一DCS的终端 (CRT) 上, 对包括电气系统在内的整个机组进行监控和干预, 使单元机组具有了以1名主值班员配若干辅助值班员进行运行监控的真正集控运行能力。

4 DCS对电气系统的控制方式

结合DCS系统和电气控制各自的特点, DCS实现电气控制的基本原则应该是, 电气控制的核心功能要充分应用原有的专用微机数字化装置来实现。如发电变组保护、发电机励磁调节、故障录波等, 这些装置和系统的工作状态、动作结果、经过装置处理后数字化的输入信息, 就是通过通讯方式送入DCS中的。同时要保证这些控制系统在功能上自成安全独立运行的体统, 脱离DCS, 无须外部干预就可以保证电气系统运行安全。

电气纳入DCS监控的方式, 需要根据具体电气系统设备特点及整体自动化水平来选择。一般发电机组控制系统改造前, 电气系统各元件控制装置自动化水平参差不齐, 装置类型及生产厂商不统一, 电磁型继电器, 电气系统各部分未能形成统一的自动监控系统。在电气纳入DCS监控时采用了电气与热控合用一套微机分散控制系统的方式, 取消原电气控制回路中的控制开关、联锁开关、转换开关、指示灯、光字牌及逻辑回路中的电压继电器、中间继电器、信号继电器, 利用DCS的逻辑组态功能实现各种电气设备的控制、监视逻辑。断路器位置信号等开关量直接接入DCS的数据采集系统, 电压、电流等模拟量通过变送器转换成4~20m A电流后接入DCS, 经处理后进入监控中心。通过这种方式的DCS改造基本实现了对电气系统设备集中监控及机、炉、电一体化控制。各种操作可通过鼠标在显示器上实现。这种方式的优点是充分利用了DCS强大的逻辑组态功能取代各种电气设备复杂的硬接线回路, 大大简化了电气二次接线, 减少维护工作量, 并利用DCS强大的数据处理功能, 实现了数据共享, 输入一个接点信号就可在ECS逻辑中任意取用, 并形成历史记录, 轻易完成事故追忆、运行报表等。

如机组自启停控制系统, 在机组启动前, 综合检查包括电气系统在内的整个机组的启动条件, 当汽轮机接近额定转速时, 启动励磁系统, 定速后启动自动同期装置, 进行发电机与电网并列;到一定负荷时再自动或由运行人员干预进行厂用电的切换;停机时主控回路发出相应指令, 直到关闭电气系统、电气系统这样进入DCS具有如下特点:

(1) 可以完全达到前面讨论的电气控制进入DCS的目的。

(2) 实现了另一种形式的分散控制, 即信息集中。虽然这种分散控制系统的构成是由不同厂商的设备组成的, 但是, 只要处理合适, 解决好通讯问题, 这样构成的整体控制系统也是真正的分散控制系统。

(3) 充分发挥出了专门控制装置的优势和数字化装置的通讯优势, 使系统总体构成更合理、实用、经济, 可靠性更高。

(4) 电气控制和热工控制的界面仍比较清晰, 便于按传统的专业化系统设计、调试、维护和检修。

5 纳入过程中需要注意的若干问题

5.1 接口问题。

现在微机元件保护、微机线路保护、微机控制与测量装置使用愈趋普通, 这些装置大都配有通讯接口, 其通讯功能也愈趋增强, 这就为其与DCS系统通讯创造了条件。目前的设计原则仍然是用硬接线电缆将这些装置的信号送到中间端子柜, 再到DCS。建议用通讯电缆将这些装置的通讯接口与DCS通过通讯接口连接起来。需要注意的是, 在设备采购过程中, 要规定微机装置的通讯规约必须是标准规约, 并且对微机装置的通讯功能、通讯内容 (如模拟量、开关量等) 提出具体要求。这样, 只要在EWS中进行简单组态就可以实现设备的监控功能。

5.2 配合问题。

原先部分电气量进人DCS, 是由电气专业设计变送器, 选好状态, 列出清单、明细, 交由热控专业进行分配。实际上这些进入DCS的量, 电气的专业性很弱。而电气控制进入DCS系统后, 例如机组综合控制的逻辑功能设计、电气控制功能在DCS中的分配、位置选择等, 必须要由2个专业共同配合完成。电气专业还必须和DCS厂家配合, 进行相关的技术谈判, 深人了解DCS的特点, 提出电气控制进入DCS的特殊要求, 以便DCS的生产厂家在硬件配置、软件制作、系统功能组态时考虑。另外, 还要负责DCS和独立的电气控制装置的数据通讯协议的建立等工作。

5.3 分配问题。

电气系统的控制逻辑、参数设置、固定的东西多, 一次调试合适后重复的工作少, 而且一个系统运行 (带电) 后, 可能很长时间或多年不允许退出;而热工的控制逻辑和设计参数变化的东西多, 重复工作多, 任何一处功能或者任意一个整定参数的修改, 必须由工程师站对过程控制站进行代码的传输。由于大部分的DCS不具备在线传输功能, 因此, 在传输过程中可能发生该站部分输出状态处于任意状态。那么只要电气控制和热工控制项目设在同一过程站中, 对热控功能或参数的修改都可能导致电气系统误动。所以, 在DCS中进行电气控制功能过程站的分配时, 必须注意这一问题。

5.4 调试问题。

一方面, 以前热控系统的控制对象是热机系统, 热控人员对机务系统的了解较清楚, 机务人员和热控人员分工很明确, DCS内部的调试都由热控人员完成电气控制。进人DCS后, 热控人员对电气系统不熟悉, 电气人员对DCS不熟悉, 因此, 两者配合更重要。为了便于发挥各自专业优势, 热控人员应该负责DCS装置和所有电气信息的处理及功能调试, 连锁、保护逻辑功能调试应由电气人员完成, 全部的电气控制功能应由电气人员负责试验。另一方面, 电气系统的信息大部分是通过通讯方式进入DCS的, 因此, 通讯设施的合理性、可靠性就成为整个系统正常工作的前提, 也是系统调试的技术难点。既使在理论上没有问题的通讯方式, 也必须经过调试双向组态优化, 从整体系统的角度分配各个系统的通讯时段、周期、速率, 每一周期的发送量以及中断方式和信息优先级别等。

6 结论

经过前期的调研分析、施工期的精细施工以及后期的实验、调试, 火电厂电气控制纳入DCS系统后, 可以完善和提高电气控制运行的监控能力和水平, 提高电气控制系统的可靠性、安全性和单元机组达到完全集控运行能力。

在火力发电市场日益激烈的竞争中, 保持设备的良好工况, 保证关键时刻能“发出来、送出去”, 对提高设备的利用小时数、增加企业效益和可持续发展能力有重要意义。

摘要：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。现提出了DCS的特点及火电厂电气控制进入DCS的目标, 分析了用DCS实现电气控制各个项目的特殊性和可行性, 探讨了火电机组电气控制进入DCS的控制系统构成方式和若干问题及解决方法。

关键词：火电厂,电气控制,DCS系统

参考文献

[1]杨跃权.分散控制系统与现场总线[J].华北电力大学学报, 1997.

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[4]印江, 冯江涛.电厂分散控制系统[M].北京:中国电力出版社, 2006.

DCS系统常见故障处理与运行维护 篇5

DCS是分散控制系统的简称, 又叫集中管理分散控制系统。它是利用计算机技术, 控制技术, 通信技术, 图形显示技术来实现过程控制和工程管理的控制系统, 在集中式控制系统的基础上发展演变而来, 克服了集中式控制系统危险集中的缺点, 把危险分散到各个回路, 满足了对生产过程进行控制的要求。

2 DCS系统故障诊断与处理

故障的诊断首先要确定故障部位和原因。一般情况下对DCS系统故障诊断和处理可按下述步骤来进行:

(1) 检查是否为操作人员误操作引起的故障。

如因退出操作权限而不能操作;手动调节时键盘输入数据错误;联锁切换不当等等。

(2) 确认是现场仪表设备故障还是DCS系统故障。

(3) 检查是否为维修人员使用不当引起的故障。

(4) 利用DCS系统的自诊断测试功能确认故障原因和故障所在。

(5) 检查是否为系统故障应确认是硬件故障还是软件故障。

2.1 常见故障及原因

在实际应用中对DCS系统的故障原因要根据实际情况去分析和判断。常见的系统硬件故障一般包括如下几方面:

2.1.1 系统模块和元件故障

DCS系统都带有自诊断功能, 通过查看DCS系统诊断或查看模块指示灯就可发现模块故障。模块故障后可在线更换, 更换模块时要带防静电护腕并注意模块的跳线要与故障模块一致, 系统模块和元件故障可能的原因包括元器件质量不良、使用接线错误造成短路、接地、过电压等。有时由于现场环境的因素如温度、湿度、灰尘、振动、冲击、鼠害等原因也会造成系统硬件故障, 尤其广东石化地处海边, 更要注意空气湿度所造成的机柜间内器件因受潮而生锈老化等现象。

2.1.2 线路故障

线路故障包括两个方面, 一个是与现场仪表连接的线路出现故障, 故障时导致个别点显示或执行不正常, 此故障较易排除;二是通讯线路故障, DCS系统通信故障可通过通信诊断及时发现。DCS通讯故障有两种情况, 通讯元件故障和通讯线路连接错误, 通讯元件故障比较好判断, 一般通讯元件都有故障报警灯, 通讯元件故障后报警灯亮;通讯线路连接错误不容易发现, 只有在确定通讯元件无故障的前提下才可判断通讯线路连接错误。

DCS网络一般是由主网和副网组成的冗余网络, 主网和副网不可交叉, 否则通讯回路不通导致通讯故障。为了避免主副网交叉, 一般主副网的RJ45水晶头使用不同的颜色, 即使插错也容易发现。线路故障可能的原因包括电缆导线端子、插头损坏或松动造成接触不良或因接线错误、折线或跨接线不当或因海边空气对金属腐蚀较大而引起损坏等。

2.1.3 电源故障

DCS系统的供电系统多使用双电源冗余供电, 一个电源故障后另一电源仍可保证系统正常工作。当两个电源都故障后就会造成系统停车。DCS电源一般都有触点输出, 可将系统电源触点串联接入DCS的DI卡件中, 在流程图画面中加入显示、报警, 便于电源故障的及时发现。电源故障可能的原因包括供电线路故障、线路负载不匹配而引起的系统或局部的电源消失;电压波动幅度超限而导致某元件损坏等。

3 DCS系统的运行维护

DCS控制系统的操作站是系统管理的人机接口。在使用过程中严格按照微机管理的要求, 防止病毒入侵, 导致系统瘫痪。系统安装调试正常后, 把系统组态文件备份到计算机硬盘上, 操作人员不得自行修改或安装硬盘上的文件, 不得自行修改安装系统部件和配置, 尽量避免电磁场对系统的干扰, 任何人不得将带有永久磁场的东西带入控制室。应避免使用过程中移动微机及显示器, 避免拉动电缆和网线。

3.1 日常检查

加强系统维护人员的培训, 每天对系统运行情况进行日常点检, 并做好记录以便发现系统故障的规律性, 进而有针对性的维护。每天检查系统温度湿度变化情况应符合系统工作要求, 检查系统供电电压后备电源和直流电源运行情况, 检查输入、输出卡件指示灯显示的运行状态, 检查通信网络的运行状态, 检查冗余状态是否正常, 检查报警连锁记录是否存在异常记录等。

3.2 系统维护注意的问题

在系统维护时, 如果接触到系统组成部件上的集成电路元器件焊点, 极有可能造成静电损坏。静电损坏包括卡件损害, 性能变差和使用寿命缩短。为避免维护过程中由于静电引入造成损害应注意以下几点:在拔卡件之前, 要采取防静电措施。如带上接地良好防静电手腕或进行人体放电。换下的或备用的卡件要装在防静电套内, 不要人为的触摸焊点, 更不要搬弄卡件上的元器件。卡件更换后应确认其属性设置和原来保持一致。利用设备大修的机会有计划的进行系统全面维护。全面系统维护时要停电进行。系统断电的步骤为:

(1) 每个控制站依次退出监控界面和操作系统, 关闭主机和显示器电源。

(2) 逐个关闭控制站电源箱电源。

(3) 关闭不间断电源开关。

(4) 关闭总电源开关。

系统全面维护以后, 要按照要求进行送电:

(1) 依次是终电源送电, 控制站送电, 操作站送电, 需要注意的是对控制站先检查220伏交流、ups输出电压检查, 电源箱检查, 卡件配电检查。操作站送电顺序是显示器, 工控机送电。并且计算机通过自检后确定系统软件文件是否正确, 硬盘文件应无变化, 卡件及网络系统指示灯无故障显示。

(2) 对卡件进行冗余测试。

(3) 对网络通信进行冗余测试, 系统调试正常后对调节控制系统进行模拟运行。从操作站给信号看输出;调节阀的安装位置是否符合。应按照工艺要求设定正反作用。按照停运前的参数进行PID参数设置。

DCS控制系统的关键在于维护。定期利用大修时间进行有计划的系统维护, 按照系统要求合理配备供电, 按要求上电, 保持可靠的接地, 合理控制控制站的温度使系统处于良好的运行环境, 可使系统长期稳定的运行。

4 结束语

总之DCS系统的功能是丰富的, 它也是在不断发展的。选用了一套好的DCS系统很重要, 但正确使用并维护好它更重要, 应加强对系统的管理与维护, 同时加强对维护及操作人员的系统培训, 减少人为因素对系统的影响, 迅速查找和排除设备故障, 提高系统安全可靠性。在此基础上我们才能进一步对集散控制系统进行开发和利用。

摘要：本文主要探讨了DCS系统常见故障的发生原因, 以及结合广东大南海地区气候的实际情况给出处理方式, 提出DCS系统的维护措施, 并指出维护过程中应遵守的每一个注意事项, 做到迅速查找和排除设备故障, 确保生产的正常进行。

关键词：DCS,故障处理,运行维护

参考文献

DCS控制系统的安装与调试 篇6

关键词：DCS控制系统,安装,调试

集散控制系统 (Total Distributed Control System简称DCS) 是以微处理器为基础的集中分散型控制系统, 又名分布式计算机控制系统, 是利用计算机技术对生产过程进行集中监测、操作、管理和分散控制的一种新型控制技术。是由计算机技术、信号处理技术、测量控制技术、通讯网络技术、CRT技术、图形显示技术及人机接口技术相互渗透发展而产生的。

我国已引进的不同型号集散控制系统的数量多达百套, 应用的工业领域也已遍及石油化工、冶金、炼油、建材、等各行业。

世界上主要著名仪表公司的DCS系统如下:

生产DCS系统的厂家有很多, 进行系统安装和调试的方法多种多样 (尤其是组态) , 但他们的基本设计原理和安装调试步骤是一样的, 因此这些DCS系统的安装和调试方法基本类似。

大中型DCS项目的建设周期, 随同装置的设计、采购、制造、安装到投产, 往往需要24个月左右.在项目的建设现场, DCS包括仪表施工在内, 整个安装调试时间大约6个月.DCS通常要在制造厂内进行试组装和出厂调试, 建设现场的工作包括中央控制室和生产装置两个区域。

1、DCS设备 (硬件) 安装简介

1.1 DCS设备安装部分与传统施工方法一致, 程序见下图

1.1 通电步骤

安装完毕后, 即可通电。通电前, 请检查市电是否正常, UPS工作是否正常, 各电源接线是否准确。检查完毕, 先对CRT、打印机等设备上电自检。随后, 对装有站组件的机柜上电。接着, 再开启其他工作站和端子柜等。经过一段时间的自检和启动, 所有组件均显示绿灯, 所有CRT上均显示画面, 系统即投入正常工作中。

1.2 软件组态

软件组态包括:输入输出端口与现场仪表信号的对应、实现控制功能及控制回路连接、工艺流程图的输入及与现场仪表的对应。

组态是DCS系统里一个重要的概念, 组态技术也是DCS系统施工中至关重要的一环, 它的技术含量极高, 当然经济效益也是最高的。

组态就是将各类书面设计文件 (控制方案、图形、报表等) 转变为可被计算机接收并执行的软件过程, 它是项目中软件工作的主体。组态过程需要系统内各种应用软件包的支持, 主要涉及数据库生成、操作环境编排、图形建造、报表填写、顺序控制和复杂算法的编程等内容。简单说是按照工艺要求, 把功能块连接起来形成控制方案, 然后由工程师站下装数据到现场操作站执行各种控制功能。

2 DCS系统的调试

DCS的调试包括:硬件调试、软件调试和系统调试。

2.1 DCS硬件调试

硬件调试的一般程序如下:

接地测试、线路检测、电源测试、机柜内风扇检查、操作站通电检查、通电正常后装入有关软件、机柜插卡通电检查、DCS硬件及通讯综合检查、DCS辅助设备检测、辅助机柜硬件测试 (安全栅、继电器、转换单元等) 、管理 (上位) 计算机开通测试。硬件测试主要是对各部分进行单独测试, 各种设备要求不尽相同, 可以依照厂家的要求进行。

2.2 DCS软件调试

对DCS软件, 在安装调试阶段主要是通过操作站的各项功能的检查、组态检查和系统回路调试来进行检查测试。调试程序按下列项目安排:

操作站功能测试:按照操作手册的说明逐项检查以下有关功能;

组态测试:安装后测试组态软件, 主要方法是按照组态设计 (数据) 表从操作站上通过各种键盘操作调出组态的有关显示画面仔细核对。

2.3 DCS的系统调试

系统调试是控制系统单独调试和与现场仪表连接起来之后的整体调试。

DCS能否按照工程设计要求对生产装置过程进行检测控制, 最后要通过完整的回路试验和系统综合调试来确认。

系统调试的一般程序如下:单回路和复杂回路的调试。联锁系统调试。程控系统调试。特殊系统调试。

上述调试工作分冷态和热态两个阶段安排。最后, 要结合调试进行参数整定。此时DCS即可全部投入运行, 配合装好的单机试车和联动试车。

系统调试工作需要设计、制造、施工中生产操作人员几方面的配合, 由仪表、电气、工艺等专业对系统的一些控制功能和数据共同检查确认。

2.4 DCS调试的技术关键

所有仪表的单体调试应按检查表逐项完成并分别记录。

DCS系统日常维护与常见故障处理 篇7

1 系统构成

CENTUM-XL系统由ENGS工程师工作站、EOPS操作站 (1个EOPS操作站最多可接3台EOPC操作台、4台EPRT串行打印机、1台ECHU彩色硬拷贝机) 、EFCS现场控制站、EFCD双重化现场控制站 (可另配ETBE端子柜) 、EFCE电站用现场控制站 (可另配ETBE端子柜) 、EFMS现场监视站, 以及ECMP计算机站、ECGW通信门单元、EFGW现场门单元、AIWS人工智能工作站以及YEWCOM9000上位计算机等部分组成, 它们之间用HF通信总线相连, 作为控制级通信 (一个HF总线上最多可接32个站) 。在ENGS, EOPS, ECMP, AIWS, YEWCOM9000之间还可以通过MAP为标准的SV-NET总线连成局部网络, 实现管理级通信。

2 日常维护

2.1 系统硬件检查

CENTUM-XL系统的在线硬件状态检查有两种方法:一是查看硬件设备的状态指示灯;二是检查站状态画面。通过在操作站上按键盘上的系统维护键SYSMAIN, 然后触摸站号, 调出相应站的站状态画面, 检查其各部件及HF-Bus通讯总线运行状态是否正常。CENTUM-XL系统中各硬件设备的运行状态指示灯主要是指示灯亮和灭:灯亮表示该设备工作正常;灯灭表示该设备故障;灯闪烁同时亮表示启动过程中进行自检或者在进行通讯。

HF-Bus通讯总线和SI-Bus内部总线及通讯组件NCM4的状态指示灯, 正常应为指示灯闪烁, 故障为指示灯灭。 (1)

控制站状态画面中, 各站及所带外设均以标识号来表示, 从这些标识号的颜色变化来指示各组件设备的当前状态和系统通讯情况。当卡件或部件故障时, 对应的名称显示红色, 正常显示绿色, 如处于备用状态显示黄色。

2.2 系统软件备份

DCS系统的软件备份是系统维护使用过程中非常重要的工作。由于过程控制系统一般工作在较为复杂和恶劣的工业环境之中, 会受到强磁场、强电场的干扰, 会受到腐蚀气体、水汽等的侵蚀, 会受到振动、碰撞等其它难以预见的侵害, 这些侵害轻者造成过程控制系统部件损坏, 重者可能造成系统崩溃。为在系统发生重大损坏后能及时、快速、准确地得到恢复, 必须做好软件备份工作。另外, 在系统运行过程中, 根据生产需要, 部分控制回路、画面及报表等用户软件需要随时增删、修改。这些软件也需要随时备份更新。

系统软件备份过程如下:

a.工程师站用磁带做全硬盘镜像备份。把工程师站前面板上的按钮置为“MAN”, 插入磁带, 重新启动工程师站, 输入“sa”命令进行保存。恢复命令为“lo”。

b.复制系统安装软盘进行备份。

组态软件备份过程如下 (以CHISHUI工作名为例) :

a.选择菜单4“Builder Tools”组态工具, 然后选择1“Soure Backup/Restore Utility”进行源文件备份/再装。然后选择存储介质 (软盘、磁带) ;

b.工作名下的文件全部备份, 输入:CH-ISHUI;

c.某一站的组态内容备份, 输入:“工作名:站号”, 如:CHISHUI:05;

d.流程图备份, 输入:CHISHUI:graphic;

e.报表备份, 输入:CHISHUI:logging。

对用户组态内容更改后必须及时备份相关内容, 并作好标记和记录。每年大修前需进行一次整个工作名全部用户文件备份。

3 CENTUM-XL系统的常见故障与处理

系统出现故障后, 认真查看系统状态和记录系统各卡件的状态。根据系统报警信息, 判定故障原因, 明确处理方法。处理系统故障时必须认真履行检修会签手续, 落实好安全措施后开始检查、检修。通常在硬件出现故障状态时, 有两种情况:一是由软件运行锁死造成, 通过再启动即可恢复;二是由硬件故障引起, 因卡件被整体密封, 系统维护人员无法维修, 只能通过更换后送修处理。当控制站某一卡件上的“Ready”灯熄灭时, 通过调整输出电压到额定值, 检查、清洗、更换相应的卡件进行处理。

3.1 单侧内部通讯总线故障及处理

CENTUM-XL系统不检测控制站备用侧的SI-Bus内部通讯总线的好坏, 控制侧的内部通讯总线其中1颗故障, 控制权不会切换到备用侧, 只有控制侧的两颗内部通讯故障控制能切换到备用侧, 但切换过程中控制站要停1s左右, 站内的仪表出现IOP、OOP等报警, 相关联锁会动作。当控制站控制侧的内部通讯总线故障时, 应该通过DX11开关快速将控制切换到备用侧, 不要带电处理内部通讯总线故障。具体故障现象为:

a.DCS操作站频繁出现STN**-00 SI-BUS1 FAIL, STN**-00 SI-BUS1 RECOVER (**为控制站号) 或STN**-00 SI-BUS2FAIL, STN**-00 SI-BUS2 RECOVER报警信息, 或者出现内部通讯总线故障报警信息, 无恢复信息;

b.系统状态图上, SI的内部通讯总线和一侧的NC4卡全部显示红色。

向工艺交待清楚故障所在控制站的重要仪表及可能出现的情况, 工艺准备好应急措施后开始故障处理, 步骤为:

a.调出系统状态图, 查看控制站站控制插件箱的状态, 确定内部通讯总线和NC4卡故障的位置;

b.通过DX11旋钮将故障控制站的控制切换到正常侧;

c.关闭故障侧的控制电源;

d.将内部通讯总线从SI11卡上断开, 用精密电子清洗剂清洗接口, 检查SI11卡与NC4之间的连接电缆接触是否良好, 然后恢复连接;

e.在工艺条件允许时, 切换控制测试故障侧是否正常, 否则更换该通讯电缆后重复上述步骤, 全部正常则结束该项工作;

f.按步骤d处理仍未正常, 则关闭故障侧的电源, 拔出SI11卡, 清洗卡件和卡笼插槽, 恢复后重复步骤e;

g.仍未正常, 则关闭故障侧的电源, 更换一张新的SI11卡及内部通讯电缆, 重复步骤e。

3.2 内部通讯卡NC4卡故障及处理

DCS操作站出现NC4 FAIL系统报警信息时, 开始进行故障处理, 步骤为:

a.向工艺交待清楚故障所在控制站的重要仪表及可能出现的情况, 特别交待清楚NC4卡所在层的所有仪表位号;

b.调出系统状态图, 查看控制站控制插件箱的状态, 确定故障的NC4卡位置;

c.将故障的NC4内部通讯卡禁用 (将卡上钮子开关打在朝下的位置) , 再将出现故障的NC4内部通讯卡拔出, 检查有无异常, 无异常清洗后再将卡插入投用, 若正常, 则故障消除, 检修结束;

d.若未恢复, 则按上述步骤将NC4卡拔出后更换出现故障的NC4卡, 再恢复。

3.3 DCS系统HF通讯总线故障及处理

该类故障现象为:单根HF BUS通讯总线故障———操作站工作正常, 出现HF BUS1或者HF BUS2 FAIL系统报警信息;两条HF BUS通讯总线故障———数据传送中断, 总控操作站CRT上所有过程数据显示为“*”号, 操作站不能发出信息指令。

出现HF通讯总线故障, 控制站继续工作, 工艺只能现场监视和操作, 并且主要检查、清洗、更换耦合器、通讯线、通讯卡件等。

3.4 控制站CPU故障与处理

一台控制处理机出现故障现象为:容错的控制处理器一侧CP11卡上的“RAD”、“CTL”、“STSY”灯都熄灭, 另一侧控制器工作正常。故障处理时重新启动故障CPU, 具体方法为:

a.进入System Status, 选择该控制站, 从系统状态画面中, 选择ALL COPY重新启动故障的CPU;

b.若启动故障CPU重启不成功, 可以按故障侧CP11卡上的“START/STOP”按钮进行“启动”操作, 观察是否恢复正常;

c.若上述方法不行, 关掉故障侧电源, 可拔出故障侧的CP11卡检查、清洗后重新插入, 注意不要将正常运行的CP11卡卸下;

d.如果故障CPU仍不能正常启动工作, 请立即更换故障的CP11卡。

冗余两侧CPU同时故障时的现象为:冗余的两侧CP11卡上的“RAD”、“CTL”灯都熄灭, 站状态图上两侧卡件都显示红色, 该控制站下控制的工艺数据全部变“*”号。生产装置无法调节控制。故障处理步骤为:

a.首先通知工艺人员采用应急措施;

b.为尽快恢复CP11卡的控制功能, 应立即按下CP11卡上的“START/STOP”按钮进行“启动”操作, 如果不行, 应拔插CP11卡, 冷启动。如果拔插CP11卡后仍不能正常工作, 请立即更换两块CP11卡。

在正常控制过程中, 有时会出现一个回路中的某一功能块或某一控制回路不能正常运行 (特别是PID控制功能块) , 此时会影响控制回路的正常控制。故障处理步骤为:

a.通知工艺人员立即将该回路切至手动状态, 然后到现场进行手动操作;

b.检查、更换故障回路的模拟输出卡和检查控制回路的线路, 若未正常则进行步骤c处理;

c.进入控制站的Feedback Control组态, 查看该功能块参数是否正确, 如果正确, 关闭功能块参数查看, 回到组态功能块列表画面, 查看组态是否正确;

d.若更换输出卡及组态均正确, 则更换一个调节通道进行控制。

另外, 当工艺人员提出某一开关量信号状态与现场设备状态不符时, 应检查确认现场开关量信号是否与显示状态相符:若状态相符, 则判断为来自现场的开关量信号故障;若状态不符, 则将此通道改接至备用通道的端子上, 同时修改相应的组态。当电源组件状态指示灯熄灭或只有红灯亮时, 立即将故障电源组件拔出, 更换新的电源组件。

4 结束语

DCS与FCS控制系统集成方案 篇8

关键词：过程控制,集散型控制系统,现场总线控制系统

0 引言

过程控制以计算机控制为主流。现代计算机控制系统不仅包含各种自动控制系统、顺序逻辑控制系统、自动批处理控制系统及联锁保护系统,还包括了各生产工段和各生产车间的优化调度系统,以及整个企业的决策系统和管理系统。结合四川维尼纶厂实际情况重点分析作为现代工业顺序逻辑控制的PLC、DCS和现场总线控制系统(FCS)及其相互关系。

1 制约DCS和FCS控制系统的瓶颈

FCS是基于DCS系统发展而来,不仅具备DCS系统的特点,而且跨出了革命性的一步。

1.1 DCS

数据公路自身及相关配套软硬件的设计决定了系统总体的灵活性和安全性。虽然为保证通信的完整,大部分D C S厂家都能提供冗余数据公路,为保证系统的安全性,使用了复杂的通信规约和纠错技术,但相比较F C S而言,结构形式上注定了无法做到真正意义上的控制功能分散、风险分散。

1.2 FCS

虽然现场总线技术发展非常迅速,但也存在许多问题,制约其应用范围的进一步扩大:

(1)FCS系统的核心是总线协议,即总线标准,只要总线协议一经确定,相关的关键技术与有关的设备也就被确定。就一个特定类型的现场总线而言,只要遵循该类型现场总线的总线协议,对其产品就是开放的,并具有互操作性。目前在控制领域较有影响的现场总线系统就有FF、Lon Works、Profibus、CAN、HART以及RS-485的总线网络等。

(2)FCS系统的基础是数字智能现场装置。FCS系统执行的是自动控制与现场装置之间的双向数字通信现场总线信号制。如果现场装置不遵循统一的总线协议,即相关的通信规约,就不具备数字通信功能。

(3)系统的集成。由于实际应用中一个系统很可能采用多种形式的现场总线,因此如何把工业控制网络与数据网络进行无缝集成,从而使整个系统实现管控一体化,是关键环节。现场总线系统在设计网络布局时,不仅要考虑各现场节点的距离,还要考虑现场节点之间的功能关系、信息在网络上的流动情况等。由于智能化现场仪表的功能很强,因此许多仪表会有同样的功能块,组态时选哪个功能块要仔细考虑,要使网络上的信息流动最小化。同时通信参数的组态也很重要,要在系统的实时性与网络效率之间做好平衡。

(4)存在技术瓶颈。主要表现在:本安防爆理论的制约,现有的防爆规定限制总线的长度和总线上负载的数量,这限制了现场总线节省线缆优点的发挥;系统组态参数过分复杂,不容易掌握,组态参数设定得好坏,对系统性能影响很大。

2 FCS与DCS的集成

2.1 现场总线集成在DCS的I/O总线上

这种方式通过接口卡直接将现场总线集成到D C S系统中。与I/O功能块相关的测量值和设定值通过接口卡映射成I/O总线上等价的值。通过这种映射关系,DCS就能透明地获取现场总线智能仪表传送的信息。

Fisher-Rosemount公司推出的DCS系统Delta V采用的就是此种集成方案。Delta V系统在它的I/O卡件中专门开发设计了此种功能的接口卡——现场总线H 1通信模块(31.25kbit/s),成功地将现场总线技术集成在Delta V系统中,可实现与现场总线仪表相连,极大地节省了安装、操作以及维护费用,如图1所示。控制器可兼容H1与传统的I/O模块,有利于传统的控制模式向现场总线控制模式过渡和转变。

优点:只需安装现场总线接口卡,无需改变或升级D C S系统;对于一些初级的现场总线设备,厂家提供的功能块有限,这种方式保留了D C S的控制功能;采用低成本的P C作为现场总线组态、诊断的接口单元。

但这种方式也限制了D C S所能获取的信息,无法利用现场设备中大量的状态信息。

2.2 现场总线集成在DCS网络上

这种集成方式通过现场总线接口单元连接到D C S网络上,现场设备中用于控制、计算的各种功能块操作信息可以在D C S控制台中获取和更改。通过接口单元提供的服务,DCS操作站能获取更多的现场设备信息。

这种集成方案在工程实际中也有应用。如S m a r公司的302系列现场总线产品可以实现在DCS系统网络层集成其现场总线功能,其具体集成方案如图2所示。

优点:控制和计算可以在现场设备中完成,相关的参数可以在D C S操作员站中访问;便于现场总线和D C S之间的通信;D C S可以访问现场设备中更多的信息。

但是这种集成方式中现场设备功能块组态仍在P C中完成,与D C S组态数据库分离。

2.3 通过网关接口集成现场总线

这种集成方式通过专门设计的网关接口实现现场总线网络和D CS系统的完全双向连接,即DCS操作员站能访问现场设备中的所有信息,而现场总线也能获取D C S提供的各种信息,因此便于实现现场总线和D C S的协调控制。此外,在这种集成方式下,现场总线的控制功能更加独立,可以构成一个脱离D C S的完整的控制系统。其集成方案如图3所示。

这种方式主要适用于规模较大的控制系统,能有效保护用户对DCS的先期投资。DCS负责监控、优化、先进控制、协调管理等较复杂的应用,是主控系统,而FCS负责现场设备层的数据采集和闭环控制并将设备的状态、诊断信息实时地传送至D C S。

但是这种接口方式对网关接口技术要求很高,此接口要完成双向的协议转换,为D C S和现场总线提供透明的数据访问。

3 结语

现阶段用户在选择控制系统时,一定要根据具体的系统需求和生产过程的实际情况选择恰当的系统。

参考文献

[1]吴金渊.计算机网络[M].北京:清华大学出版社,2004

[2]阳宪惠.现场总线技术及其应用[M].北京:清华大学出版社,1999