联诚典型应用之循环流化床热电站DCS控制系统应用

一系统概述
工程范围：为年产30万吨涂布白纸板生产线配套的热电站提供完整的集散控制系统，满足造纸生产需要，为造纸过程提供高品质蒸汽和电能。
热电站基本数据：
1．纸机蒸汽指标：
蒸汽段1：温度：150 OC  压力：4 bar
蒸汽段2：温度：180 OC  压力：12 bar
2．锅炉指标
二台75吨循环硫化锅炉
炉参数：压力54 kg     485oc
点火方式：喷油
减温方式：喷水
3．汽轮机发电机
二台抽汽式冷凝式汽轮机
进汽压力：49kg    冷却水： 工业用水
  功率  15000 kw    转速 ：6000 rmp
发电  10.5kv   
DCS系统功能主要包括：DAS、MCS、SCS、FSSS、ETS等，涉及机组绝大部分的主、辅机设备的控制和回路控制，所有点均可在DCS中显示、报警、数据分析和控制。
二 系统要求

主要参数控制范围表
1．控制系统设计的总体目标
?为纸机正常生产提供品质优良的蒸汽和发电量；
?提高锅炉、汽机的自动化水平；
?实现机组高品质运行，提高运行经济性；
?提高运行人员工作效率，满足机组运行全能值班要求；
?提高效益，降低能耗。
2．系统设计及应用时的设计思想
1) 功能设计：体现DCS建成后的自动化程度、处理事故能力（报警、分析、指导、处理等）及先进的控制策略等，以最大限度提高效益，降低能耗为设计思想。具体如下：
对象控制
?按工艺流程的自动化过程由DCS系统协调完成，达到能量平衡。
?保障机组安全、可靠、高效运行和启停。
提高机组运行的技术经济效益
?机组在额定参数的上限运行，使机组处于最佳运行工况。
?实现高自动化投入率，提高可靠性，减少误操作，降低事故率。
完善的操作指导和事故分析手段
?机组的运行工况可由很多监测参数反映出来，当运行工况出现异常时，一方面进行超驰功能及过程制约机制的实行，一方面提供相关参数、趋势、图表等高效方式通知运行人员及时处理。
?操作记录打印、报警打印、事故追忆打印、周期性报表等功能，有助于机组的日常管理和事故分析。
?高效、便捷的系统在线维护。
2) 系统设计：体现DCS的高可靠性、先进性、易维护、易组态等为设计思想。具体如下：
可靠性设计
?所有部件标准化、通用化、模块化。
?控制系统按分层、分散、自治的原则。
?冗余设计：通讯总线、电源、I/O总线、CPU均为冗余配置。
?所有I/O模件均为智能化设计，采用隔离措施，具有高共模抑制比和差模抑制比。并具有软件数字滤波和消除偶发干扰的措施。
维护性设计
?可带电插拔。
?系统自诊断至通道级。
?选用模块化的功能组态软件，提高软件透明度。
扩展性设计
?采用工业以太网网络结构，通讯速率100MBPS，主干网采用冗余环网，个子站通过双绞电缆挂接在主干网络上，有极强的通讯扩展能力。
?提供与其它系统的通讯接口，如工业以太网、PROFIBUS DP或MODBUS。
开放性设计
?支持国际标准数据接口，如OPC、ODBC、OLE、DDE、SQL等。
?标准MIS数据接口站，与厂级MIS互联。
?支持SIS系统，实现对DCS数据的监控。
三 系统配置与功能实现
根据CFB机组的特点和实际I/O点的设计分布情况，进行以下设计方案，设计的基本功能包括：DAS、SCS、BMS和MCS等功能，分别介绍如下：
1 DAS系统
控制系统不设专用的DAS处理器，任何系统中的点都可以作为DAS点进行必要的处理，如显示、报警、趋势、历史趋势、积算、设备运行检修周期统计等，对于分辨率要求较高的点，可以提供更高处理性能的I/O处理卡，以便适应对部分点进行SOE等快速记录和处理的需要。
2 SCS系统
根据CFB机组的特点我们设计了如下顺序/程序控制系统：
a) 锅炉点火启动控制
b) 一次风机启动、停止控制
c) 二次风机启动、停止控制
d) 引风机启动、停止控制
e) 给水泵启动、停止控制
f) 凝结水泵启动、停止控制
g) 抽汽系统启动、停止控制
3 燃烧器管理（BMS）其它主要保护
4 MCS（自动调节）系统：
锅炉岛的调节区域可划分成的相对独立的区域有：汽包水位调节区域、过热汽温调节区域、燃烧调节区域等。目前，炉水含盐量的控制大都采用人工定期排污和连续排污来解决。为此，CFB锅炉岛的调节只有汽包水位、过热汽温和燃料区域。
CFB机组的锅炉控制包括如下控制功能组：锅炉主控、给水控制、主蒸汽温度控制、燃料量控制、送风流量控制、床温控制、炉膛压力控制、启动燃烧器控制等。汽机侧控制相对简单，主要包括：除氧器水位控制、除氧器压力控制、低压加热器水位控制、凝汽器水位（变频）控制、主汽减温器控制、一段二段抽汽减温器控制等。
本控制系统硬件结构如下图所示：


系统从硬件结构上可分为：
1．操作员站(OS站)和工程师站(ES站)
DCS系统配置6套独立的操作员站（OS站），其中每台锅炉、汽机各配一个OS站，即4个操作员站（每个操作站带双显示器），在值长室和办公室各配一个OS站。每套OS均采用成熟、可靠的DELL商用计算机。
OS站为操作员提供图形、列表、操作、历史数据再现等，可在打印机上输出。运行Windows 2000多任务网络操作系统下的PCS7 OS站应用软件。所有OS站均为全能值班配置，图像、操作、数据一致，实现机、炉、电的运行操作。
系统配置1套工程师站（ES站），采用成熟、可靠的DELL商用电脑。
ES站主要完成实时数据库、控制块、图形、趋势、报表等系统数据的生成和下装，完成对系统的详细自诊断和系统数据的列表和后备。运行Windows 2000多任务网络操作系统下的PCS7 ES站应用软件。
可由热工专业人员通过工程师站对系统进行组态、维护。专业工程师在授权的情况下，可以在现场对系统进行在线或离线修改。同时，所有运行情况和控制逻辑均可在工程师站上查看，增加了用户对系统掌握的程度，以及系统软件、硬件的透明度。当不需组态时，可运行与操作员站完全相同的软件。
整个系统配置2台网络打印机，用于记录打印和CRT图象拷贝。打印机选用DELL网络打印机。
2．冗余的CPU414H中央控制单元
本自控系统现场控制站的中央控制器采用冗余设计，它由2套AS-400型中央控制器组成。它们预装有冗余软件，并通过一个通讯接口实现相互连接。在系统正常的运行中，当某个中央控制器出现故障时，另一个中央控制器能自动接管所有的工作，保证了系统继续正常运行。因此系统现场控制站的AS-400中央控制器具有很好的冗余性能。
AS 的中央处理器采用S7-400 系列工业控制器中S-414 以上的CPU，专为过程控制应用设计，CPU 芯片的底层程序采用类PASCAL语言编写，为CFC,SFC等过程控制语言提供平台。中央控制器中预装有冗余软件，用户在组态时可完全忽略其冗余特性，象对非冗余系统组态一样只需输入用户程序。
3．远程I/O站
每个分布式I/O站的有源背板总线上插有2个IM153-2通讯接口模块 ，分别通过2条独立的PROFIBUS-DP现场总线与AS-400中央控制站进行实时通信。在系统运行过程中，当其中某一个IM153-2通讯接口模块发生故障时， 系统能自动地切换到另一个IM153-2通讯接口模块，并可带电热插拔更换故障的通讯接口模块，不会影响系统正常运行。
4．冗余的通讯网络
CP443-1作为标准的工业以太网连接装置，在物理层上采用高防护等级的通讯线缆，工业以太网的卡件上带有CPU可以独立处理通讯信号。高速工业以太网是在工业以太网的通讯协议的基础上，将通讯速率提高到了100M/s。SIMATIC NET 中的高速以太网采用了全双工并行(FDX)通讯模式，这种模式允许站点同时发送和接收数据，通讯速率可提高一倍。SIMATIC NET 在高速以太网上还采用了交换技术，利用交换机模块将整个网段分成若干子网，每个子网都可以独立地形成一个数据通讯网段，可以大大地提高通讯效率。普通以太网上由于网段上数据通讯阻塞的存在，使得网络上实际通讯技术只有40%，采用了全双工并行通讯技术和交换技术后，使得网络的通讯能力得以充分地利用。

单台机组I/O点数配置
主要控制画面：
























四 使用效果分析
本DCS系统在子投运至今，运行稳定可靠，控制精度满足设计要求。