馮 雷 楊 鵬

（1、建峰工業(yè)集團(tuán)重慶MDI建峰項(xiàng)目部，重慶 401221；2、重慶化醫(yī)恩力吉投有限責(zé)任公司MDI公用工程指揮部，重慶 401221)

1 硬件配置及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

建峰熱電廠四號(hào)爐DCS系統(tǒng)采用的是浙江中控技術(shù)股份有限公司提供的ECS-100控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)是浙江中控技術(shù)股份有限公司針對(duì)國內(nèi)外大中型DCS控制系統(tǒng)所研發(fā)的一套技術(shù)較成熟，功能較完善、性能較穩(wěn)定的控制系統(tǒng)。建峰熱電廠四號(hào)爐DCS系統(tǒng)根據(jù)設(shè)計(jì)院提供的I/O測(cè)點(diǎn)清單、鍋爐廠家提供的測(cè)點(diǎn)布置圖以及生產(chǎn)工藝流程的需要配置了一臺(tái)工程師站、兩臺(tái)操作員站和一臺(tái)值長站，同時(shí)配置了兩個(gè)過程控制柜、一個(gè)繼電器柜及一個(gè)電源柜。對(duì)于本套控制系統(tǒng)的核心部件：主控卡、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡及現(xiàn)場(chǎng)I/O卡件配置的均是浙江中控技術(shù)股份有限公司最先進(jìn)、最成熟、運(yùn)算速度最快的卡件，上述硬件配置的具體參數(shù)及功能介紹如下：

2 各操作站硬件配置說明

2.1 工程師站配置及功能

工程師站配置的是一套DELL奔騰D雙核工業(yè)機(jī)，并配有標(biāo)準(zhǔn)鼠標(biāo)鍵盤及專用操作員鍵盤。工程師站的主要功能是：實(shí)現(xiàn)控制回路組態(tài)，畫面生成，報(bào)表生成，過程趨勢(shì)和參數(shù)整定等工作，同時(shí)可以兼作操作員站和歷史站。

2.2 操作員站及值長站配置及功能

操作員站及值長站硬件配置與工程師站相同，操作員站能為電廠運(yùn)行人員提供直接和直覺的訪問方式，能使運(yùn)行人員實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀況，并能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)重要設(shè)備進(jìn)行啟、停操作，同時(shí)反饋設(shè)備狀態(tài)。值長站的功能主要是將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況反映給值長，使其能夠及時(shí)有效地協(xié)調(diào)和調(diào)度各車間運(yùn)行人員，保證系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行，值長站的操作權(quán)限最低，只能起監(jiān)控作用，不能進(jìn)行操作。

3 主控卡件及現(xiàn)場(chǎng)I/O卡件配置及功能

3.1 主控卡配置及功能

主控卡相當(dāng)于是整套DCS系統(tǒng)的大腦及神經(jīng)系統(tǒng)，是控制站軟硬件的核心，用以協(xié)調(diào)控制站內(nèi)軟硬件關(guān)系和各項(xiàng)控制任務(wù)。它可以自動(dòng)完成數(shù)據(jù)采集、信息處理、控制運(yùn)算等各項(xiàng)功能。通過過程網(wǎng)與過程控制級(jí)（操作員站、工程師站）相連，接收上層的管理信息，并向上傳遞工藝裝置的特性數(shù)據(jù)和采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；向下通過網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡通訊，實(shí)現(xiàn)與I/O卡件的信息交換。熱電廠四號(hào)爐DCS系統(tǒng)的主控卡采用冗余配置，其型號(hào)為：FW247,它是浙江中控技術(shù)股份有限公司2005年后在市場(chǎng)上主推的最先進(jìn)的主控卡件，其主要具備如下功能特點(diǎn)：

a.功能強(qiáng)、速度快、單站容量大，掃描周期從50ms到5S可選，典型運(yùn)算周期為100ms。

b.可提供192個(gè)控制回路，其中包括128個(gè)自定義回路和64個(gè)常規(guī)控制回路。

c.支持1:1熱備份冗余或非冗余配置。

d.提供主控制器、I/O卡件、I/O通道綜合故障報(bào)警。

e.支持整體在線下載。在下載過程中，不停止用戶程序，主控卡按原有組態(tài)正常工作。

f.支持梯形圖、功能塊圖、順控圖等組態(tài)工具編制的控制方案。

g.有掉電保護(hù)功能，在系統(tǒng)斷電的情況下，組態(tài)、過程數(shù)據(jù)均不丟失。

為了標(biāo)示主控卡的網(wǎng)絡(luò)地址及對(duì)掉電保護(hù)功能進(jìn)行設(shè)置，主控卡上配置有S1～S8共8位撥碼開關(guān)，S2～S8為地址撥碼開關(guān)，用于設(shè)置主控卡的地址，遵循8421的二進(jìn)制原則，其自上向下代表高位到低位，即上側(cè)S2表示高位，下側(cè)S8表示低位，地址范圍為：2～127。S1為后備電池供電開關(guān)，S1為ON時(shí)選擇掉電保護(hù)功能，此時(shí)主控卡掉電后RAM中的組態(tài)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。

如果主控卡按非冗余方式配置，即單主控卡工作，卡件的網(wǎng)絡(luò)地址記為N且必須為偶數(shù)，且滿足 2≤N＜127，N+1地址保留，不可作其他節(jié)點(diǎn)地址使用，如果主控卡為冗余配置，則互為冗余的兩塊主控卡網(wǎng)絡(luò)地址必須設(shè)置為以下格式：若起始地址為N，則另一地址為N+1，且N為偶數(shù)，滿足2≤N＜127。

在系統(tǒng)正常運(yùn)行中，互為冗余配置的主控卡的工作卡和備用卡的狀態(tài)可以通過主控卡件面板上的狀態(tài)指示燈加以區(qū)別，指示燈狀態(tài)說明見下表：

?

3.2 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡配置及功能

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡是控制站I/O單元（機(jī)籠）的核心，是主控卡連接I/O卡件的中間環(huán)節(jié)，它一方面通過SBUS－S2冗余工業(yè)以太網(wǎng)總線和主控卡通訊，另一方面通過SBUS-S1總線管理本機(jī)籠的I/O卡件。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡可以冗余配置，在冗余配置狀態(tài)下，任意時(shí)刻只有工作卡進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信，備用卡通過監(jiān)聽保證實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的同步。通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡，一對(duì)主控卡（FW247）可擴(kuò)展1到8個(gè)I/O機(jī)籠，即最多可擴(kuò)展128塊不同功能的I/O卡件。熱電廠四號(hào)爐采用冗余配置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡，型號(hào)為：FW235。

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡的網(wǎng)絡(luò)地址也是通過8位撥碼開關(guān)（SW2）設(shè)置，撥碼開關(guān) SW2-5～SW2-8采用2進(jìn)制計(jì)數(shù)，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡的地址為0≤N＜15，且N必須為偶數(shù)，若數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡為單卡工作，則奇數(shù)為地址保留，不能作其它節(jié)點(diǎn)地址使用；若為冗余配置，則起始地址為N，另一地址為N+1，同時(shí)滿足0≤N＜15。SW2-1～SW2-4為系統(tǒng)保留資源，正常工作是必須置為OFF。

SW1為切換保護(hù)開關(guān)，用于工作卡和備用卡間的人工切換及差拔卡件時(shí)的通道保護(hù)。插拔卡件時(shí)必須按下此開關(guān)。

3.3 現(xiàn)場(chǎng)I/O卡件的配置

根據(jù)設(shè)計(jì)院提供的DCS系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)清單，熱電廠四號(hào)爐共配置了23塊8路標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸入卡，型號(hào)為FW351；8塊8路TC信號(hào)輸入卡，型號(hào)為FW352；7塊8路RTD信號(hào)輸入卡，型號(hào)為FW353；5塊8路電流信號(hào)輸出卡，型號(hào)為FW372；9塊16路數(shù)字信號(hào)輸入卡，型號(hào)為FW366；8塊16路數(shù)字信號(hào)輸出卡，型號(hào)為FW367。上述卡件均采取單卡工作，沒有冗余配置，但考慮了15%的備用通道余量。所有配置的I/O卡件均為點(diǎn)點(diǎn)隔離，即任意通道故障不影響其它通道正常使用。另外數(shù)字信號(hào)輸出卡件配置了與卡件數(shù)量相同的繼電器。

4 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

根據(jù)上述硬件配置及工藝要求，熱電廠四號(hào)爐DCS系統(tǒng)采用如下網(wǎng)絡(luò)配置，見圖（1）。該系統(tǒng)通過標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)接口進(jìn)行信息通訊，并符合標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP通訊協(xié)議

5 軟件配置及系統(tǒng)功能

熱電廠四號(hào)爐DCS系統(tǒng)配置了浙江中控技術(shù)股份有限公司的實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件、工程師站組態(tài)軟件（含系統(tǒng)組態(tài)、流程圖制作、報(bào)表制作、編程軟件、語言編程、圖形化編程）、溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換軟件、SOE軟件、故障診斷軟件。通過上述軟件配置可以實(shí)現(xiàn)如下功能：

5.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）功能

通過工程師組態(tài)軟件及實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件，本套系統(tǒng)可以連續(xù)采集和處理所有四號(hào)爐本體部分及所有的輔機(jī)系統(tǒng)的重要測(cè)點(diǎn)信號(hào)和設(shè)備狀態(tài)信號(hào)，并提供如下顯示功能及制表記錄：流程圖顯示、趨勢(shì)顯示、操作顯示、成組顯示、棒狀圖顯示、報(bào)警顯示、操作員操作記錄等；參數(shù)報(bào)表記錄、事故追憶記錄、事故順序（SOE）記錄、跳閘一覽記錄等。

5.2 模擬量控制系統(tǒng)（MCS）功能

5.2.1 模擬量控制系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)母管制機(jī)組及輔機(jī)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)控制，使機(jī)組能夠安全穩(wěn)定啟停，并且可將系統(tǒng)劃分為若干子系統(tǒng)，子系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵守“獨(dú)立完整”的原則。

5.2.2 模擬量控制系統(tǒng)具有一切必要的手段，自動(dòng)補(bǔ)償及修正機(jī)組自身的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)

5.2.3 在自動(dòng)控制范圍內(nèi)，模擬量控制系統(tǒng)能處于自動(dòng)方式而不需任何性質(zhì)的人工干預(yù)，并具有良好的，穩(wěn)定的、可靠的自動(dòng)控制功能。

5.2.4 模擬量控制系統(tǒng)能提供聯(lián)鎖保護(hù)功能，以防止控制系統(tǒng)誤動(dòng)作，如系統(tǒng)某一部分條件不滿足時(shí)，該部分自動(dòng)及相關(guān)自動(dòng)控制不能投入，同時(shí)保證控制系統(tǒng)任何部分運(yùn)行方式的A/M切換，均為無擾動(dòng)切換，不引起系統(tǒng)波動(dòng)。

5.2.5 對(duì)某些重要的關(guān)鍵參數(shù)，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中采用三重冗余變送器測(cè)量。對(duì)三重冗余測(cè)量值。系統(tǒng)可以自動(dòng)選擇中值或平均值作為被控變量，而其余變送器測(cè)得的數(shù)值，若與中值信號(hào)的偏差超過預(yù)先整定的范圍時(shí)，進(jìn)行報(bào)警。如其余二個(gè)信號(hào)與中值信號(hào)的偏差均超限報(bào)警時(shí)，則控制系統(tǒng)受影響部分切換至手動(dòng)；對(duì)某些僅次于關(guān)鍵參數(shù)的重要參數(shù)，現(xiàn)場(chǎng)采用了雙重冗余變送器測(cè)量，若這二個(gè)信號(hào)的偏差超出一定的范圍，則提供報(bào)警，并將受影響的控制系統(tǒng)切換至手動(dòng)。

建峰熱電廠四號(hào)爐工程根據(jù)運(yùn)行工藝要求及以前三套機(jī)組自動(dòng)控制的投入情況，對(duì)熱電廠四號(hào)爐組態(tài)了如下的模擬量控制系統(tǒng)：汽包水位自動(dòng)控制系統(tǒng)、爐膛出口負(fù)壓自動(dòng)控制系統(tǒng)、主汽溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)及所有的執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制回路。另外除氧器壓力及水位模擬量控制系統(tǒng)進(jìn)入原三號(hào)機(jī)DCS系統(tǒng)，不進(jìn)入四號(hào)爐系統(tǒng)。

5.3 順序量控制系統(tǒng)（SCS）功能

5.3.1 順序量控制系統(tǒng)主要用于機(jī)組的啟動(dòng)和停止，在應(yīng)用過程中同樣可將某個(gè)設(shè)備定義為一個(gè)子系統(tǒng)項(xiàng)。對(duì)于每一個(gè)子系統(tǒng)項(xiàng)，它們的狀態(tài)、啟動(dòng)許可條件、操作順序和運(yùn)行方式，均可在系統(tǒng)畫面上顯示。

5.3.2 順序控制系統(tǒng)中的每步均通過從設(shè)備來的反饋信號(hào)得以確認(rèn)，每步都能監(jiān)視預(yù)定的執(zhí)行時(shí)間。如果順序未能在約定的時(shí)間內(nèi)完成，將發(fā)出報(bào)警，且禁止順序進(jìn)行下去。如果事故消除，在運(yùn)行人員再啟動(dòng)后，可使程序進(jìn)行下去。

5.3.3 在自動(dòng)順序期間，出現(xiàn)任何故障或運(yùn)行人員中斷信號(hào)，都將使正在運(yùn)行的程序中斷并回到安全狀態(tài)，使程序中斷的故障或運(yùn)行人員指令將在畫面上顯示，并能通過打印機(jī)打印出來。當(dāng)故障排除后，順序控制在確認(rèn)無誤后可再次進(jìn)行啟動(dòng)。

5.3.4 順序控制中設(shè)備的聯(lián)鎖、保護(hù)指令具有最高優(yōu)先級(jí)：手動(dòng)指令則比自動(dòng)指令優(yōu)先。被控設(shè)備的“啟動(dòng)”、“停止”或“開”“關(guān)”指令能互相閉鎖，以保證設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。熱電廠四號(hào)爐工程中主要的順序控制子系統(tǒng)項(xiàng)有：風(fēng)機(jī)子系統(tǒng)項(xiàng)、給煤機(jī)子系統(tǒng)項(xiàng)、冷渣器子系統(tǒng)項(xiàng)、輸渣子系統(tǒng)項(xiàng)、鍋爐放水，排汽子系統(tǒng)項(xiàng)、及鍋爐點(diǎn)火子系統(tǒng)項(xiàng)等。

6 控制系統(tǒng)組態(tài)應(yīng)用

6.1 控制系統(tǒng)組態(tài)

熱電廠四號(hào)爐DCS系統(tǒng)組態(tài)主要包括：硬件組態(tài)、I/O點(diǎn)組態(tài)、流程圖組態(tài)、自定義控制算法組態(tài)等組態(tài)步驟。硬件組態(tài)主要是對(duì)主控卡、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡、I/O卡件及操作站進(jìn)行組態(tài)定義。主控卡、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡和I/O卡件主要是定義其卡件型號(hào)、運(yùn)算周期、是否冗余、通道號(hào)等，操作站組態(tài)主要是定義各操作站的操作權(quán)限、IP地址等；I/O點(diǎn)組態(tài)主要是根據(jù)設(shè)計(jì)院提供測(cè)點(diǎn)清單定義各測(cè)點(diǎn)的特性及其在系統(tǒng)中的具體通道的位置，并對(duì)各測(cè)點(diǎn)的測(cè)點(diǎn)類型、測(cè)量范圍、報(bào)警值、通道號(hào)及是否提供趨勢(shì)畫面等進(jìn)行定義，硬件組態(tài)及I/O點(diǎn)組態(tài)是整個(gè)DCS系統(tǒng)組態(tài)的基礎(chǔ)；流程圖組態(tài)主要是根據(jù)設(shè)計(jì)院提供的流程圖，結(jié)合自己現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，再根據(jù)運(yùn)行人員的操作習(xí)慣對(duì)系統(tǒng)操作流程及畫面進(jìn)行組態(tài)繪制；自定義控制算法組態(tài)是整個(gè)DCS系統(tǒng)組態(tài)的核心，所有系統(tǒng)設(shè)備的啟停、聯(lián)鎖保護(hù)、自動(dòng)控制的實(shí)施等均是通過自定義控制算法組態(tài)來完成的。

6.2 組態(tài)應(yīng)用實(shí)例

通過上述組態(tài)過程，熱電廠四號(hào)爐系統(tǒng)就實(shí)現(xiàn)了真正意義上的集散控制，即運(yùn)行操作人員在控制室內(nèi)就能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的啟停及運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，甚至有些系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。而自動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)與否除了與現(xiàn)場(chǎng)的一次測(cè)量元件有關(guān)外，還與DCS系統(tǒng)相關(guān)組態(tài)的邏輯有很重要的聯(lián)系，而組態(tài)邏輯是否可行，關(guān)鍵是要制定合適的控制方案。現(xiàn)以熱電廠四號(hào)爐汽包水位自動(dòng)控制系統(tǒng)為例簡單介紹一下其控制方案的建立過程。

對(duì)于大中型鍋爐汽包水位自動(dòng)控制都采用三沖量給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，所謂三沖量是在自動(dòng)調(diào)節(jié)過程中，調(diào)節(jié)器根據(jù)汽包水位沖量信號(hào)、蒸汽流量沖量信號(hào)和給水流量沖量信號(hào)對(duì)汽包水位進(jìn)行控制調(diào)節(jié)。熱電廠四號(hào)爐同樣采用了三沖量給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，接下來我們就要對(duì)這三個(gè)沖量信號(hào)進(jìn)行功能上的詳細(xì)劃分。

我們都知道三沖量給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)有單級(jí)三沖量和串級(jí)三沖量的劃分，即在鍋爐啟?；虻拓?fù)荷運(yùn)行時(shí)采用單級(jí)三沖量控制，而在額定參數(shù)下或高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)采用串級(jí)三沖量控制，二者之間可進(jìn)行無擾切換。但是根據(jù)我電廠前三套機(jī)爐的運(yùn)行情況及鍋爐運(yùn)行操作規(guī)程的要求，在機(jī)組的啟停或低負(fù)荷運(yùn)行情況下，都沒有投過給水自動(dòng)，因?yàn)闄C(jī)組在這種情況下運(yùn)行時(shí)，汽包水位、給水流量及蒸汽流量等的工藝參數(shù)與額定運(yùn)行時(shí)的參數(shù)有較大的偏差，這也就造成上述參數(shù)的測(cè)量值與真實(shí)值有較大的偏差，這一偏差是不可避免的，所以在這種情況下投給水自動(dòng)的意義不大并存在一定的危險(xiǎn)性。因此我們只在鍋爐額定工況運(yùn)行時(shí)采用串級(jí)三沖量控制這一方案。

采用串級(jí)三沖量控制后，我們將給水流量信號(hào)作為控制系統(tǒng)內(nèi)環(huán)（副控對(duì)象）的反饋值，因?yàn)楫?dāng)給水流量變化時(shí)，節(jié)流裝置前后的差壓變化很快，差壓信號(hào)的變化能及時(shí)反映給水流量的變化，所以把它作為內(nèi)環(huán)反饋信號(hào)，使調(diào)節(jié)器在水位還未變化時(shí)，就將這一情況傳遞給控制系統(tǒng)，使系統(tǒng)提前消除擾動(dòng)，起到穩(wěn)定給水流量的作用；汽包水位信號(hào)作為主要控制量，用作控制系統(tǒng)的外環(huán)（主控對(duì)象）的反饋值，這是因?yàn)槿魏螖_動(dòng)引起的水位變化，都會(huì)使調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)發(fā)生變化，改變給水流量，使水位恢復(fù)到給定值；對(duì)于蒸汽流量信號(hào)，我們將其作為控制系統(tǒng)的前饋信號(hào)，用以消除由于虛假水位而引起調(diào)節(jié)器產(chǎn)生誤動(dòng)作，改善蒸汽流量擾動(dòng)時(shí)的調(diào)節(jié)質(zhì)量。根據(jù)上述功能劃分后，制定汽包水位串級(jí)控制回路方框圖如下：

根據(jù)上述控制回路方框圖，熱電廠四號(hào)爐DCS系統(tǒng)通過控制器算法組態(tài)對(duì)汽包水位自動(dòng)控制方案進(jìn)行了組態(tài)，并且對(duì)上述三個(gè)沖量信號(hào)進(jìn)行了嚴(yán)格的計(jì)算及作了相應(yīng)的溫壓補(bǔ)償。只有這樣才能保證系統(tǒng)投入自動(dòng)后控制的安全和穩(wěn)定。

總結(jié)

建峰熱電廠四號(hào)爐DCS系統(tǒng)從最初設(shè)計(jì)、設(shè)備采購、軟件組態(tài)到最終調(diào)試投運(yùn)，都是作者本人具體負(fù)責(zé)完成的。從調(diào)試試運(yùn)效果上看，系統(tǒng)運(yùn)行較穩(wěn)定、運(yùn)行人員反應(yīng)較好。因此通過上述DCS系統(tǒng)軟硬件的配置為熱電廠四號(hào)爐今后的長期安全、穩(wěn)定運(yùn)行提供了有力保障，同時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行情況，并借鑒已往的運(yùn)行、維護(hù)經(jīng)驗(yàn)制定了有效可行的控制方案，通過組態(tài)實(shí)施后，為系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了可能。熱電廠四號(hào)爐的投產(chǎn)不僅成為了熱電廠新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)，而且也為整個(gè)建峰工業(yè)集團(tuán)今后的飛速發(fā)展提供了充足的動(dòng)力和能源。

[1]楊凌波，劉耀宇，吳志鵬.ECS在電廠DCS中的應(yīng)用探討[J].自動(dòng)化博覽，2009-10-15.