一 系統(tǒng)概述 工程范圍：為年產(chǎn)30萬(wàn)噸涂布白紙板生產(chǎn)線(xiàn)配套的熱電站提供完整的集散控制系統(tǒng)，滿(mǎn)足造紙生產(chǎn)需要，為造紙過(guò)程提供高品質(zhì)蒸汽和電能。 熱電站基本數(shù)據(jù)： 1．紙機(jī)蒸汽指標(biāo)： 蒸汽段1：溫度：150 OC 壓力：4 bar 蒸汽段2：溫度：180 OC 壓力：12 bar 2．鍋爐指標(biāo) 二臺(tái)75噸循環(huán)硫化鍋爐 爐參數(shù)：壓力54 kg 485oc 點(diǎn)火方式：噴油 減溫方式：噴水 3．汽輪機(jī)發(fā)電機(jī) 二臺(tái)抽汽式冷凝式汽輪機(jī) 進(jìn)汽壓力：49kg 冷卻水： 工業(yè)用水 功率 15000 kw 轉(zhuǎn)速 ：6000 rmp 發(fā)電 10.5kv DCS系統(tǒng)功能主要包括：DAS、MCS、SCS、FSSS、ETS等，涉及機(jī)組絕大部分的主、輔機(jī)設(shè)備的控制和回路控制，所有點(diǎn)均可在DCS中顯示、報(bào)警、數(shù)據(jù)分析和控制。 二 系統(tǒng)要求 主要參數(shù)控制范圍表 1．控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體目標(biāo) ·為紙機(jī)正常生產(chǎn)提供品質(zhì)優(yōu)良的蒸汽和發(fā)電量； ·提高鍋爐、汽機(jī)的自動(dòng)化水平； ·實(shí)現(xiàn)機(jī)組高品質(zhì)運(yùn)行，提高運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性； ·提高運(yùn)行人員工作效率，滿(mǎn)足機(jī)組運(yùn)行全能值班要求； ·提高效益，降低能耗。 2．系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用時(shí)的設(shè)計(jì)思想 1） 功能設(shè)計(jì)：體現(xiàn)DCS建成后的自動(dòng)化程度、處理事故能力（報(bào)警、分析、指導(dǎo)、處理等）及先進(jìn)的控制策略等，以最大限度提高效益，降低能耗為設(shè)計(jì)思想。具體如下： 對(duì)象控制 ·按工藝流程的自動(dòng)化過(guò)程由DCS系統(tǒng)協(xié)調(diào)完成，達(dá)到能量平衡。 ·保障機(jī)組安全、可靠、高效運(yùn)行和啟停。 提高機(jī)組運(yùn)行的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益 ·機(jī)組在額定參數(shù)的上限運(yùn)行，使機(jī)組處于最佳運(yùn)行工況。 ·實(shí)現(xiàn)高自動(dòng)化投入率，提高可靠性，減少誤操作，降低事故率。 完善的操作指導(dǎo)和事故分析手段 ·機(jī)組的運(yùn)行工況可由很多監(jiān)測(cè)參數(shù)反映出來(lái)，當(dāng)運(yùn)行工況出現(xiàn)異常時(shí)，一方面進(jìn)行超馳功能及過(guò)程制約機(jī)制的實(shí)行，一方面提供相關(guān)參數(shù)、趨勢(shì)、圖表等高效方式通知運(yùn)行人員及時(shí)處理。 ·操作記錄打印、報(bào)警打印、事故追憶打印、周期性報(bào)表等功能，有助于機(jī)組的日常管理和事故分析。 ·高效、便捷的系統(tǒng)在線(xiàn)維護(hù)。 2） 系統(tǒng)設(shè)計(jì)：體現(xiàn)DCS的高可靠性、先進(jìn)性、易維護(hù)、易組態(tài)等為設(shè)計(jì)思想。具體如下： 可靠性設(shè)計(jì) ·所有部件標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、模塊化。 ·控制系統(tǒng)按分層、分散、自治的原則。 ·冗余設(shè)計(jì)：通訊總線(xiàn)、電源、I/O總線(xiàn)、CPU均為冗余配置。 ·所有I/O模件均為智能化設(shè)計(jì)，采用隔離措施，具有高共模抑制比和差模抑制比。并具有軟件數(shù)字濾波和消除偶發(fā)干擾的措施。 維護(hù)性設(shè)計(jì) ·可帶電插拔。 ·系統(tǒng)自診斷至通道級(jí)。 ·選用模塊化的功能組態(tài)軟件，提高軟件透明度。 擴(kuò)展性設(shè)計(jì) ·采用工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通訊速率100MBPS，主干網(wǎng)采用冗余環(huán)網(wǎng)，個(gè)子站通過(guò)雙絞電纜掛接在主干網(wǎng)絡(luò)上，有極強(qiáng)的通訊擴(kuò)展能力。 ·提供與其它系統(tǒng)的通訊接口，如工業(yè)以太網(wǎng)、PROFIBUS DP或MODBUS。 開(kāi)放性設(shè)計(jì) ·支持國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口，如OPC、ODBC、OLE、DDE、SQL等。 ·標(biāo)準(zhǔn)MIS數(shù)據(jù)接口站，與廠級(jí)MIS互聯(lián)。 ·支持SIS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)DCS數(shù)據(jù)的監(jiān)控。 三 系統(tǒng)配置與功能實(shí)現(xiàn) 根據(jù)CFB機(jī)組的特點(diǎn)和實(shí)際I/O點(diǎn)的設(shè)計(jì)分布情況，進(jìn)行以下設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)的基本功能包括：DAS、SCS、BMS和MCS等功能，分別介紹如下： 1 DAS系統(tǒng) 控制系統(tǒng)不設(shè)專(zhuān)用的DAS處理器，任何系統(tǒng)中的點(diǎn)都可以作為DAS點(diǎn)進(jìn)行必要的處理，如顯示、報(bào)警、趨勢(shì)、歷史趨勢(shì)、積算、設(shè)備運(yùn)行檢修周期統(tǒng)計(jì)等，對(duì)于分辨率要求較高的點(diǎn)，可以提供更高處理性能的I/O處理卡，以便適應(yīng)對(duì)部分點(diǎn)進(jìn)行SOE等快速記錄和處理的需要。 2 SCS系統(tǒng) 根據(jù)CFB機(jī)組的特點(diǎn)我們?cè)O(shè)計(jì)了如下順序/程序控制系統(tǒng)： a） 鍋爐點(diǎn)火啟動(dòng)控制 b） 一次風(fēng)機(jī)啟動(dòng)、停止控制 c） 二次風(fēng)機(jī)啟動(dòng)、停止控制 d） 引風(fēng)機(jī)啟動(dòng)、停止控制 e） 給水泵啟動(dòng)、停止控制 f） 凝結(jié)水泵啟動(dòng)、停止控制 g） 抽汽系統(tǒng)啟動(dòng)、停止控制 3 燃燒器管理（BMS）其它主要保護(hù) 4 MCS（自動(dòng)調(diào)節(jié)）系統(tǒng)： 鍋爐島的調(diào)節(jié)區(qū)域可劃分成的相對(duì)獨(dú)立的區(qū)域有：汽包水位調(diào)節(jié)區(qū)域、過(guò)熱汽溫調(diào)節(jié)區(qū)域、燃燒調(diào)節(jié)區(qū)域等。目前，爐水含鹽量的控制大都采用人工定期排污和連續(xù)排污來(lái)解決。為此，CFB鍋爐島的調(diào)節(jié)只有汽包水位、過(guò)熱汽溫和燃料區(qū)域。 CFB機(jī)組的鍋爐控制包括如下控制功能組：鍋爐主控、給水控制、主蒸汽溫度控制、燃料量控制、送風(fēng)流量控制、床溫控制、爐膛壓力控制、啟動(dòng)燃燒器控制等。汽機(jī)側(cè)控制相對(duì)簡(jiǎn)單，主要包括：除氧器水位控制、除氧器壓力控制、低壓加熱器水位控制、凝汽器水位（變頻）控制、主汽減溫器控制、一段二段抽汽減溫器控制等。 本控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如下圖所示： 系統(tǒng)從硬件結(jié)構(gòu)上可分為： 1．操作員站（OS站）和工程師站（ES站） DCS系統(tǒng)配置6套獨(dú)立的操作員站（OS站），其中每臺(tái)鍋爐、汽機(jī)各配一個(gè)OS站，即4個(gè)操作員站（每個(gè)操作站帶雙顯示器），在值長(zhǎng)室和辦公室各配一個(gè)OS站。每套OS均采用成熟、可靠的DELL商用計(jì)算機(jī)。 OS站為操作員提供圖形、列表、操作、歷史數(shù)據(jù)再現(xiàn)等，可在打印機(jī)上輸出。運(yùn)行Windows 2000多任務(wù)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)下的PCS7 OS站應(yīng)用軟件。所有OS站均為全能值班配置，圖像、操作、數(shù)據(jù)一致，實(shí)現(xiàn)機(jī)、爐、電的運(yùn)行操作。 系統(tǒng)配置1套工程師站（ES站），采用成熟、可靠的DELL商用電腦。 ES站主要完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、控制塊、圖形、趨勢(shì)、報(bào)表等系統(tǒng)數(shù)據(jù)的生成和下裝，完成對(duì)系統(tǒng)的詳細(xì)自診斷和系統(tǒng)數(shù)據(jù)的列表和后備。運(yùn)行Windows 2000多任務(wù)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)下的PCS7 ES站應(yīng)用軟件。 可由熱工專(zhuān)業(yè)人員通過(guò)工程師站對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)、維護(hù)。專(zhuān)業(yè)工程師在授權(quán)的情況下，可以在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行在線(xiàn)或離線(xiàn)修改。同時(shí)，所有運(yùn)行情況和控制邏輯均可在工程師站上查看，增加了用戶(hù)對(duì)系統(tǒng)掌握的程度，以及系統(tǒng)軟件、硬件的透明度。當(dāng)不需組態(tài)時(shí)，可運(yùn)行與操作員站完全相同的軟件。 整個(gè)系統(tǒng)配置2臺(tái)網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)，用于記錄打印和CRT圖象拷貝。打印機(jī)選用DELL網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)。 2．冗余的CPU414H中央控制單元 本自控系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)控制站的中央控制器采用冗余設(shè)計(jì)，它由2套AS-400型中央控制器組成。它們預(yù)裝有冗余軟件，并通過(guò)一個(gè)通訊接口實(shí)現(xiàn)相互連接。在系統(tǒng)正常的運(yùn)行中，當(dāng)某個(gè)中央控制器出現(xiàn)故障時(shí)，另一個(gè)中央控制器能自動(dòng)接管所有的工作，保證了系統(tǒng)繼續(xù)正常運(yùn)行。因此系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)控制站的AS-400中央控制器具有很好的冗余性能。 AS 的中央處理器采用S7-400 系列工業(yè)控制器中S-414 以上的CPU，專(zhuān)為過(guò)程控制應(yīng)用設(shè)計(jì)，CPU 芯片的底層程序采用類(lèi)PASCAL語(yǔ)言編寫(xiě)，為CFC,SFC等過(guò)程控制語(yǔ)言提供平臺(tái)。中央控制器中預(yù)裝有冗余軟件，用戶(hù)在組態(tài)時(shí)可完全忽略其冗余特性，象對(duì)非冗余系統(tǒng)組態(tài)一樣只需輸入用戶(hù)程序。 3．遠(yuǎn)程I/O站 每個(gè)分布式I/O站的有源背板總線(xiàn)上插有2個(gè)IM153-2通訊接口模塊 ，分別通過(guò)2條獨(dú)立的PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)與AS-400中央控制站進(jìn)行實(shí)時(shí)通信。在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)其中某一個(gè)IM153-2通訊接口模塊發(fā)生故障時(shí)， 系統(tǒng)能自動(dòng)地切換到另一個(gè)IM153-2通訊接口模塊，并可帶電熱插拔更換故障的通訊接口模塊，不會(huì)影響系統(tǒng)正常運(yùn)行。 4．冗余的通訊網(wǎng)絡(luò) CP443-1作為標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)以太網(wǎng)連接裝置，在物理層上采用高防護(hù)等級(jí)的通訊線(xiàn)纜，工業(yè)以太網(wǎng)的卡件上帶有CPU可以獨(dú)立處理通訊信號(hào)。高速工業(yè)以太網(wǎng)是在工業(yè)以太網(wǎng)的通訊協(xié)議的基礎(chǔ)上，將通訊速率提高到了100M/s。SIMATIC NET 中的高速以太網(wǎng)采用了全雙工并行（FDX）通訊模式，這種模式允許站點(diǎn)同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，通訊速率可提高一倍。SIMATIC NET 在高速以太網(wǎng)上還采用了交換技術(shù)，利用交換機(jī)模塊將整個(gè)網(wǎng)段分成若干子網(wǎng)，每個(gè)子網(wǎng)都可以獨(dú)立地形成一個(gè)數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)段，可以大大地提高通訊效率。普通以太網(wǎng)上由于網(wǎng)段上數(shù)據(jù)通訊阻塞的存在，使得網(wǎng)絡(luò)上實(shí)際通訊技術(shù)只有40%，采用了全雙工并行通訊技術(shù)和交換技術(shù)后，使得網(wǎng)絡(luò)的通訊能力得以充分地利用。 單臺(tái)機(jī)組I/O點(diǎn)數(shù)配置 四 使用效果分析 　　 本DCS系統(tǒng)在子投運(yùn)至今，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，控制精度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。