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　　　随着地区节能减排战略的实施,发电机组由中小型向**临界、****临界等大型机组发展,与此同时,分散式控制系统DCS也广泛地应用于火电机组的运行控制。DCS有力的**了电厂*稳定运行。 
　　1 DCS系统简介 
　　DCS系统是分散控制系统(Distributed Control System)的英文简称,它是集计算机技术、控制技术、网络技术和CRT显示技术为一体的**产品,具有控制功能强、操作简便和**性高等特点[1],目前已广泛应用于包括电厂在内的整个工业控制系统中。特别是上世纪90年代以来,DCS硬件方面广泛采用技术指标较**的**工业级PC,有的甚至采用了RISC工作站;软件方面引入了通用的商业化软件包,系统互连方面采用**标准的通用网络,逐步向信息集成的方向发展。 
　　2 DCS系统应用于电厂必要性 
　　我国较早引进DCS系统的厂家是望亭电厂,早在1985年当时300MW机组就引进了美国西屋公司的DCS系统进行试点尝试。经过20多年的发展,DCS已从当时**于汽轮机、锅炉等热工监视发展到电厂发电和生产的全过程,既有锅炉炉膛*监控系统、也有汽轮机数字电液控制系统等[2]。笔者认为,电厂对DCS系统的需求主要取决于两个原因: 
　　(1)节能减排的要求。100MW、300MW和**临界600MW火电机组标准煤耗分别约为400、320和300g/kwh,节能效果非常明显。实现如此浩大规模的节能**通过DCS才能实现。 
　　(2)机组稳定和*的要求。对于大型机组电厂,DCS系统作为全厂**,对提高机组稳定性和*性异常重要。当前,除保留少量用于紧急停机、停炉的后备手动操作按钮外,所有控制、保护和监视功能全部集于DCS中。 
　　因此,大型机组火电厂控制对象多且复杂,具有非线性、大迟延、控制参数相互影响、干扰源多等特点,只有采用强大的DCS系统才能**整个电厂的*稳定运行,实现地区节能减排的目标。 
　　3 DCS系统在电厂中的应用 
　　当前新建电厂主流机型大都是****临界的600MW机组,本文以下以某600MW机组[3]为例探讨一下DCS系统在电厂中的应用。 
　　(1)目标。DCS应用于电厂应该以电厂*、经济、优化运行为目标,它**紧密结合电厂的实际生产过程,以功能及被控设备为对象,经分层及分布的软硬件设计,统一的数据管理和数据格式以及人机接口来实现较优化的控制及运行策略。 
　　(2)子系统。DCS系统在硬件及软件分配上除设立DAS(数据采集系统)、MCS(模拟量控制系统)、SCS(顺序控制系统)及FSSS(火焰*监测系统)等*子系统以外,还应以被控对象以及功能区域来设立其它子系统,如电气控制系统、汽机旁路控制系统、给水系统、燃烧系统、风烟系统等。 
　　(3)基本性能要求。DCS系统除了满足高**性与*性要求外,还**具备以下一些基本功能: 
　　A.系统实时性。****包括画面调用时间、参数刷新时间、操作指令响应时间以及信号扫描周期在内的系统实时性要求。
　　B.模拟量通道精度。在整个运行环境温度范围内,模拟量输入信号高电平和低电平时满足±0.1%和±0.2%,输出信号±0.25%。 
　　C.事故顺序SOE点的分辨率。SOE输入信号的分辨率应不大于1毫秒。 
　　D.历史站容量与采集周期。历史数据收集站不能少于60GB,采集时间不能**过0.5s。 
　　E.抗干扰能力。所有输入输出模件应能抗共模干扰电压250V,差模干扰电压60V。 
　　F.系统容错能力。包括网络局部中断或控制器各类故障下的系统自愈能力,非法输入的容错能力,设备断电的正常恢复能力等。 
　　G.系统时间同步精度。DCS系统应具有GPS对时功能。 
　　H.控制器负荷率与裕量。在各种工况下,每个控制器CPU的负荷率不大于60%,操作员站CPU负荷率不大于40%。 
　　I.网络通讯负荷率。一般数据通讯总线的负荷率不应**过40%,对于以太网不应**过20%。 
　　J.系统电源裕量。系统应接受双路供电,并能够进行双路无扰切换。 
　　K.其他功能。包括:报表打印功能;报警功能;系统组态与在线下载功能;通道和模件及网络的自诊断功能;输出通道自保持功能;控制器与网络设备的冗余切换功能;电源切换功能;全部失电和部分失电的系统响应。 
　　L.系统可利用率。现场对DCS系统**性试验主要是可利用率试验(SAT)。可利用率表明了一个可恢复特性的装置或系统能在规定的时间内完成其规定功能的概率。通过可利用率试验,验证机组DCS连续**运行能力。一般要求系统可利用率达到99.9%以上。 
　　4 结语 
　　目前,我国火电机组的机、炉、电的控制水平不协调,辅助系统的自动化水平不高,集中控制室大,电缆量多,值班人员多。提高电厂自动化应用水平,特别是在大型600MW及其以上的**临界机组的应用,提高DCS的***性,改善DCS效果,使DCS在火电厂的应用达到新的水平仍然是当前及以后较长时间需要走的一段路。 

随着电厂自动化水平的进一步提高，DCS系统在整个生产过程系统中越来越发挥关键作用，因此对其稳定性和**性的要求越来越高，现在对整个DCS系统的**性已经要求达到99.9%以上，而通讯系统作为DCS系统的关键子系统，其**性和实时性直接影响整个DCS系统。因此，为了有效提高DCS通讯系统的**性，DCS厂商常常采用了以下措施：
1)冗余配置。现在所有电厂DCS系统骨干通讯网络一般都采取了冗余配置，有些还实现了多重冗余，这样通讯网络可以保持高可用性。
2)使用光纤作为传输媒介。众所周知，光纤不仅具有传输距离远、通讯带宽大和耐腐蚀等显着优点，而且还具有抗电磁干扰能力强和传输误码率低等**优势，而这些是铜缆和双绞线等常规传输媒介所无法比拟的，因此近年来在通讯系统、自动化系统的骨干通讯网络中逐渐得到了广泛使用。可以预言，随着光纤产品价格的进一步下降和DCS系统物理分散发展需要，光纤的使用将继续扩大。
3)网络的解藕配置。该措施不仅有效隔离了各层数据流量，提高通讯实时性，而且也隔离通讯故障，将故障的影响尽可能地限制在较小范围内，从而提高整个通讯系统的**性。
4)网络故障下的自动无扰切换。所有DCS通讯系统都具有在线监测功能，一旦工作通讯网络发生故障，系统将自动切换到处于热备状态的冗余网络上，**整个系统的连续无扰运行，在有些系统中，冗余网络之间周期性地切换，以防止热备网络出现错误时未被及时发现，从而失去热备作用。
5)数据完整性校验和自动重发功能。在大多数系统中，在所有数据报文的发送前和接收后都进行数据完整性(如CRC方式)，一旦发生错误，将自动引发数据重发功能。
6)故障站的自动脱离和旁路。任何一个节点的故障都不会影响整个网络的通讯畅通，该故障节点应该自动脱离和旁路。一旦故障排除，该节点能够自动恢复整个网络的数据通讯。
7)通讯处理器和控制处理器分离。在一些系统中，控制处理器和通讯处理器是*两个独立的处理器，二者各司其职，不存在相互影响，这样即可以确保控制单兀的控制算法的响应速度，同时又可以**网络通讯的实时性和*性，避免因网络通讯故障导至控制响应速度变慢或者因控制算法复杂而影响网络的有效传输。
 

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　　除此之外，采用开放性的网络拓扑结构和通讯协议也是提高整个系统**性的重要措施。在早期DCS系统中，由于普通网络系统和通讯协议很难满足要求，许多厂商都开发了专有通讯系统和**通讯协议，但其较大缺点就是其**性，厂商之间相互封闭，其**性需要厂商自己不断完善和发展，因此导致开发成本很高。随着计算机网络技术的迅猛发展，IEC8802.x，((与人们熟悉的IEEE802.x标准相对应)系列标准相继推出，通用计算机网络的性能和**性不断提高，而价格*下降。在这种趋势下，主要DCS厂商都纷纷放弃发展自己*有网络产品的做法，转而采用通用计算机网络结构和相关软硬件产品。在这方面较为典型的例子就是FDDI网络在控制网络中的使用，由于FDDI被设计用于骨干高速网络，与生俱来的双环拓扑结构使其不仅具有冗余特性，而且具有容错特点，即使在双环同时断开时仍然能够维持整个系统的正常通讯，这些FDDI标准特性使得厂商不需要自己单独设计冗余控制网络之间的无扰切换系统。与此同时，由于FDDI网络被设计用于骨干网，因此具有大量标准硬件与常规的以太网和令牌网等互连，从而具有很好的开放性和很高的**性。
开放型网络给DCS厂商带来的较大好处就是系统的开放性和**性得到显着增强，这是因为通讯领域****厂商的技术力量雄厚，其通讯系统软硬件产品的**性和开放性在长期使用中得到了充分验证。通过采用开放型通讯系统，DCS系统提供了不同厂商软硬件产品互操作的可能性，有利于用户在较大范围内自由选择相关产品从而达到较优的性能价格比。较为成功的例子就是现场总线技术的出现和以太网技术在工业控制中的应用。可以说，DCS系统的开放性也逐渐成为一个越来越重要的指标。采用开放型系统还有一个附加好处，那就是有效降低了厂商的研发成本，加速了产品的较新换代。
目前国内建成的活性石灰回转窑生产线在自动控制领域中普遍采用的是PI C（可编程序控制器）控制技术。该技术产生于2O世纪6O年代，存在着设计原理落后、不能冗余设计、不能热拔插、运算效率低、响应速度慢等问题，从而影响了整条石灰生产线的效率，并且一旦系统检修或某个模块发生错误时，需要中断活性石灰生产线的正常生产，往往对生产造成比较大的影响。在这种情况下，较为**的DCS系统被应用于活性碳回转窑生产线上。
1 DCS系统
　　活性石灰回转窑生产线采用DCS（集散控制系统）控制模式，是在充分了解活性石灰生产工艺的基础上，结合**的自动控制技术研发而成的。与传统常规仪表和PI C相比，该活性石灰生产线集散控制系统有着很大的优越性，例如控制集中、危险分散、网络冗余、CPU冗余、电源冗余、各种模件冗余及可热拔插。另外该系统还采用了现场总线技术，使系统的扩展较为方便，结构较为灵活、简洁。友好的人机界面较适合国情，易于掌握，操作、维护方便。各种优化算法及控制策略的运用，可使生产线产品质量大幅度提高，为产出**的石灰产品提供了坚实的**。
　　本文介绍河南安阳豫鑫活性石灰有限公司的300t／d活性石灰回转窑生产线。整个生产线的DCS系统本着节约投资而不影响自动化水平的原则进行建设，系统控制点数近400点。目前该生产线已投产6个月，系统运行良好，无论从系统的稳定性、**性、灵活性上，还是从系统人机交互的方式和控制功能上来讲，用户对系统都很满意，系统达到了预期的控制目的。DCS系统的框架结构见图1。

　　该生产线的DCS系统采用双CPU 热备冗余的构架，避免了由于某个部件失效而影响运行，从而**了整个系统的**性和稳定性。冗余控制器和上位机之间采用了冗余TCP／IP进行通讯，确保网络在任意一点的断开都不会影响网络的正常工作。冗余控制器之间的通讯也采用了冗余光纤通讯方式，任何一个控制器或通讯模块的停机都不会影响通讯的正常运行。
2 DCS系统功能
　　安阳豫鑫活性石灰生产线的DCS系统中，涵盖了整条生产线中主要的控制点，并实现了以下控制功能：① 生产过程参数的采集、运算处理和显示；② 生产过程操作及控制；③生产过程的故障报警、显示、打印；④生产过程的日志记录、显示、打印；⑤ 生产过程的班报、日报、月报等打印；⑧ 生产过程主要参数的趋势记录、显示、打印；⑦ 生产过程动态流程图画面显示、打印；⑧电机的备妥、运行、故障等显示；⑨设备组启动、停车、紧停、备妥检查、控制和故障判断等。当某设备跳停后，画面能立刻显示直接原因。
　　该生产线的DCS系统的硬件配置为2台操作员站兼工程师站、1台现场控制柜（含配电及继电器）。
　　在该系统中，无论从单机设备的启停还是成组设备的启停和回路的控制上来讲，都是根据工艺的特点和设备要求的启停条件进行启动和运行，满足了工艺的要求，并且保护了设备，使设备能够*运行。在成组设备的控制中，用户能根据实际情况进行连锁／解锁选择，增强了系统的**性。在生产线设备发生故障时，系统会发出故障报警信号，在某些控制点还可根据工艺要求进行控制动作。
　　从多个类似安阳豫鑫的成功案例中，我们总结出了DCS系统的以下特性：
　　（1）系统在过程控制级配置了2套*热备冗余的控制单元和一套输入／输出系统（i／o模块），其中每套控制单元都包括1个控制器（CPU模块）、2个电源模块、2个通讯模块和1个冗余控件。这样两套热备冗余的控制单元就***了整个过程控制级在控制器、电源、通讯、机架所有环节上的热备冗余，使系统的**性发挥到较大，系统可以一直不问断地运转，从而可以**在活性石灰生产过程中，不会因为某一套自动控制系统发生故障而导致生产停顿。
　　（2）系统采用**的处理器，控制器按**PIC系统4倍～1O倍的速度运算，同时进行I／O扫描，处理控制器之间、控制器与主机之间的通讯并保持和热备控制器的同步。此外，系统还具有点对点通讯能力，控制器之间可通过高速以太网直接进行通讯而无须通过上位路由，并且采用了遇等则报的通讯原则从而提高了通讯效率。
　　（3）系统在设计时全部采用模块化的结构方式，在控制网上可以扩展控制单元至万个节点，内在的扩展性可支持小到一个I／O模块，大到上千个I／O模块系统，且不需要改变系统结构。因此，当系统控制范围扩充时只需增加相应的控制单元和卡件即可进行扩展，同时各模块可以实现热拔插而不影响原来系统的正常运行。
　　（4）系统具有开放性，实现了控制器对外开放，支持串口通讯、EthernetTCP／IP、Profibus、ModBus、InterBus、CANOpen、DeviceNet等通讯方式；实现了在人机接口上对外开放；实现了与上层的信息管理系统的接口。
　　（5）系统提供了适合各个层面和具有各种不同操作习惯的人的控制界面，提供了具有高**和高可用性的各种报表，这些报表对生产过程中采集的数据进行了加工、整理及分析，为生产决策提供了坚实的数据基础。
　　（6）系统在开发过程中较其重视人机交互的人性化，其界面直观，操作简单，还提供了语音报警，方便了客户的使用，为生产线的*运行提供了**的**。
3 结语 
　　综上所述，该DCS系统运行稳定，运算**，控制效果良好，生产过程中各项工艺指标正常，产品质量稳定，可达到自动控制的目的，是国产DCS系统在活性石灰回转窑生产线上成功应用的一个范例。

 FCS是由DCS与PLC发展而来，FCS不仅具备DCS与PLC的特点，而且跨出了革命的一步，而目前，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也不差，并且两者都能组成大型网络，DCS与PLC的适用范围，已有很大的交叉。
一、区别要点 
1、DCS
DCS系统的关键是通信。也可以说数据公路是分散控制系统DCS的脊柱。由于它的任务是为系统所有部件之间提供通信网络，因此，数据公路自身的设计就决定了总体的灵活性和*性。数据公路的媒体可以是：一对绞线、同轴电缆或光纤电缆。
通过数据公路的设计参数，基本上可以了解一个特定DCS系统的相对优点与弱点。
（1）系统能处理多少I/O信息。
（2）系统能处理多少与控制有关的控制回路的信息。
（3）能适应多少用户和装置（CRT、控制站等）。
（4）传输数据的完整性是怎样**检查的。
（5）数据公路的较大允许长度是多少。
（6）数据公路能支持多少支路。
（7）数据公路是否能支持由其它制造厂生产的硬件（可编程序控制器、计算机、数据记录装置等）。
为**通信的完整，大部分DCS厂家都能提供冗余数据公路。
为了**系统的*性。使用了复杂的通信规约和检错技术，所谓通信规约就是一组规则，用以**所传输的数据被接收，并且被理解的和发送的数据一样。
目前在DCS系统中，一般使用两类通信手段，即同步的和异步的，同步通信依靠一个时钟来调节数据的传输和接收，异步网络采用没有时钟的报告系统。

简介：厦门石竹工业供应链有限公司坐落美丽的鹭岛厦门，凭借港口和自贸区优势我公司逐渐发展壮大，现旗下主营：
1.美国罗克韦尔（AB）全系列PLC模块和工业触摸屏，变频软启动
 例如：1756-L61  1756-L62   1756-L63  1756-EN2T
       1747-L553  1747-L551   1747-L552
       1769-L32E  1769-L35E   1746-OB32
       1746-IB32  1794-OB32P   2711P-T12C4D8等
2.法国施耐德Modicon Quantum昆腾系列PLC模块
 例如：140CPU67160  140CPU65160   140CPU53414B
       140DAO84010   140NOE77101    140DDI35300等

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