DCS系統組態流程和方法

2017/12/24 22:56:27 人評論 次瀏覽 分類:DCS系統  儀表地址:http://www.gpt6.com/product/1143.html

昌暉儀表在本文結合實例把DCS系統組態的步驟、方法和基本思路做科普介紹,希望廣大工控從業人員能達到融會貫通的目的,輕松搞定DCS系統組態工作。

1、項目簡介
某小型熱電廠包含三臺75t循環流化床鍋爐,兩臺12MW汽輪機組。整個熱控項目大概含有1000個I/O點。

2、DCS系統I/O點數統計
拿到數據庫之后,我們先進行DCS系統I/O點數統計(具體方法參閱 http://www.gpt6.com/product/358.html),按AI、AO、DI、DO分成四個部分,AI分為4-20mA、RTD和熱電偶三種,分別做上標記,一般這個工作都在Excel中完成,可以方便統計、查詢,最好使用不同的背景顏色來區分。模擬量部分要注意是否有相應的量程、單位等信息。

整理數據庫的同時,我們應該注意瀏覽一下,看看都包含哪些設備,哪些采集點。剛接觸數據庫的時候可能認為上千個點是很龐大的,隨著我們對生產工藝的了解和熟悉,慢慢就會發現其實沒那么多,因為大部分都是經常用的。如果發現有不了解的,應該及時與設計院或者甲方溝通,弄清楚,防止以后帶來問題。

還可以有一個方法幫助我們盡快熟悉系統和設備,那就是對照熱控系統圖紙,這個圖紙按照工藝分成若干份,比如鍋爐汽水系統、鍋爐風煙系統、鍋爐給水系統、除氧系統、鍋爐連排系統等,數據庫中的每個點都應該清楚地標記在圖紙上,比如汽包水位一般采用三個測量點,都標記在汽水系統的圖紙上,給水系統中也會標記。先熟悉工藝流程,再熟悉設備,通過設備就能知道數據采集點了,這樣是不是就沒那么困難了?

3、DCS系統硬件配置
下面我們來把數據庫的點整理到具體的DCS系統I/O通道,就是分配測點,前面章節已經說過了,計算機就是根據你分配的點的位置和類型,來采集數據,然后進行方案運算的,所有接下來的工作非常重要,不能有任何差錯。

(1)分配測點
先把特殊的要求或設備分檢出來,處理完之后再進行一般設備的配置,這樣會提高效率,也防止遺漏,因為在配置一般設備的時候,我們又做了一遍檢查,如果有遺漏就可以及時增補,反過來做呢?也許更好吧,總之,找到一種最適合自己的工作方法是最終的目的。好了,下面說一般DCS系統設備的配置,這里有幾個原則:
①相同的測點盡量分配在不同的DCS系統卡件上。這樣做是為了分散風險,假如某個模塊更換或者有故障,另外的模塊還可以監視相同的測點。
②相同的設備盡量分配在同一個DCS控制站中。這樣的分配是為了盡量減少站與站之間的數據鏈接,降低復雜程度和故障點。
③DCS系統的站與站之間如果有變量的交換,最好使用硬接線的方式,這樣的做法也是為了增強系統穩定性,但是缺點也是明顯的,因為這樣做至少占用兩個DCS系統卡件通道,一個AI輸入,一個AO輸出,因此可以根據情況考慮,如果需要交換的變量很多,那只能采用網絡變量的方式,通過上位機軟件的功能來完成數據交換。
④每個DCS卡件模塊應留有2-4個備用通道。不多說了,這里為了適應系統的更改,因為用戶如果增加了測點,找不到通道的時候,會給我們的工作帶來很多麻煩,因此這是必需的,一般招標書里面也會有提及。
⑤每個控制站的每種類型卡件應該留有1個備用,這是為檢修方便考慮:假如卡件出現故障,第一時間以熱撥插方式更換一塊全新的就可以解決問題。
⑥在數據庫增加三個字段,站號,模塊號和通道號,這樣就把每一個數據點都分配到具體的模塊的不同通道里,不能有重復。

根據控制系統的特點,每個控制站會有一定的負載能力,也就是說能接入的模塊數量是有限的,因此,必須考慮分成幾個控制單元和機柜。本系統點數比較少,每臺鍋爐3個主控單元即可滿足控制要求。

完成以上工作后,整個系統的配置基本上就已經搭建好了,在提交最終配置結果之前,一定要仔細把上面的工作“過一遍”,對毎一個步驟都需要重新驗證一下,數據庫整理的時候是否由于誤操作把某些數據隱藏了?或者不小心刪除了?在排序的時候是否把數據弄亂了?對于一個剛剛開始工作的工程師來講,這樣的低級錯誤是肯定要犯的,沒關系,不要氣餒,借用一句話:錯了就改,改了再犯,犯完再改,千錘百煉嘛。然后再對照系統圖,找到數據庫中的每一個點的位置,看看有沒有特殊的點或者設備,需要怎樣處理?最后根據分配原則重新計算一下配置是否合理,是否滿足要求。

當你對上面的工作確信無誤的時候,就可以進行下面的工作了,配置硬件,也就是給系統配備采集卡件、主控單元、機柜、操作員站等設備。

(2)根據I/O點數完成DCS系統硬件
配置
不同品牌的DCS系統硬件配置不一定相同,但配置思路和方法是相同的:DCS系統硬件都是根據現場準確需求和DCS系統I/O點數來確定的。DCS系統硬件配置需要完成以下內容: 
硬件冗余配置 
對關鍵設備進行冗余配置是提高DCS可靠性的一個重要手段,DCS系統冗余通常包括電源冗余、控制器冗余、通信冗余、操作站冗余和DCS系統I/O板卡冗余(大家可參閱《
DCS系統冗余包含哪些內容》的技術文章),具體冗余要求最好和DCS系統廠家仔細溝通,做好冗余配置及相關設備數量統計。 
插件的配置
根據系統的要求和控制規模配置主機插件(CPU插件)、電源插件、I/O插件、通信插件等硬件設備;
③確認DCS系統機籠和機柜數量
DCS系統機籠用于安插DCS卡件模塊,不同廠家的DCS系統機籠配置要求各不相同,但基本都是按照卡件數量配置相應的機籠,卡件數量固化下來后就可統計出機籠數量。
DCS機柜用于安置各種插件、機籠和中間繼電器等,DCS機柜常見尺寸為2100*800*600mm,機柜數量是根據安裝的插件、機籠和中間繼電器等設備的尺寸和數量來決定。
④硬件安裝
不同的DCS,對于各種插件在插件箱中的安裝,會在邏輯順序或物理順序上有相應的規定。另外,現場控制單元通常分為基本型和擴展型兩種,所謂
基本型就是各種插件安裝在一個插件箱中,但更多的時候時需要可擴展的結構形式,即一個現場控制單元還包括若干數字輸入/輸出擴展單元,相互間采用總線連成一體。

(3)分配操作員站
一般來說,每臺主要生產設備配一臺操作員站,因此本應用配5臺操作員站,再加一臺工程師站,有的系統需要配置冗余服務器,那就應該選用配置高一些的計算機來擔任,如果有需要還應該配備打印機。當需要與其他系統通信時,就應該配備相應的通信設備,比如串口卡等,為了防止其他設備對主控系統的干擾及損壞,大都采用通信的方式進行數據交換,也就是說其他系統不能接到底層的機柜或者主控單元中,要通過操作員站或者工程師站來進行數據交互。

筆者曾經做過一個項目,在控制系統之外,還有水冷壁振打系統,它是在鍋爐停運以后,利用超聲波方式,來清除水冷壁上面結垢的設備,由于不是主控系統廠家的設備,因此把它單獨接到一臺通信機上,通過外接軟件來完成監視功能。一般還會有與DEH系統的通信,因為DEH系統往往是單獨的,可以通過串口通信的方式把一些重要數據比如轉速、閥門開度、目標轉速、升速率等接入控制系統。還有一些通信必須使用硬接線的方式接入控制系統,也就是直接接入控制機柜的卡件中,參與系統控制,比如電氣系統的停機跳司信號等。

(4)繪制網絡系統圖
好了,假如你自信前面的工作已經完成了,就開始進行下一步工作,畫配電系統圖和網絡系統圖。配電系統圖的內容包括整個控制系統的電源及接地系統的詳細內容,包括進入系統的電源、系統內的電源接線原理、還有系統接地原理。這是很重要的內容,因為設備到現場以后,電源的接入是由施工方實施的,電源是否穩定直接影響系統的穩定運行。

同樣的,網絡系統圖表示的是系統設備的網絡連接,一般系統都是兩層網絡連接,這里要具體描述每臺計算機的網絡位置和IP地址等信息,如有其他連接方式應明確指出。如圖1所示。
DCS系統網絡系統圖
圖1  網絡系統圖

網絡系統圖里也可以包含每個控制單元的模塊分布圖,用來表示前端采集數據的每個I/O卡件的具體位置以及總線連接方式,如圖2所示。

(5)端子接線圖
還有一個重要的圖紙千萬別忘了,那就是I/O端子接線圖。這部分圖紙是描述每個I/O卡件中的每個通道接入的信號內容,還包括是如何接線的。施工人員根據測點的分配位置來決定電纜的走向、長度,還可以把相鄰位置的信號量合并在一根電纜中,因此我們可以看出,合理的設計不僅能保證系統功能的完整,還可以節省很多材料和工時,這就是設計經驗的積累。

到這里,我們基本上完成了設計的前半個階段,這個階段的特點就是繁瑣,需要注意力集中,一旦馬虎就會給后面的工作造成麻煩,而且還不容易發現,最終導致致命錯誤。因此,筆者建議在設計之初先把整個項目瀏覽一下,做到心中有數,有點像讀一本書一樣,先看看目錄,再看看簡介,然后逐個章節瀏覽一下,重點部分深入一些。然后再逐個步驟細致完成,每個步驟最好一氣呵成,不要停停走走,那樣會非常容易遺漏。 
DCS系統模塊分布圖
圖2  DCS系統模塊分布圖

4、編制控制方案

接下來,做控制方案,這是個復雜的過程,需要你對工藝的了解,對設備的了解,還有理解設計院的控制要求,對于小型鍋爐,主要包含以下一些重要控制回路。
 

(1)鍋爐MCS控制方案
①引風機調節-保障爐膛負壓(見圖3)。
爐膛壓力調節
圖3  爐膛壓力調節 
②主汽壓力調節回路-調節給煤流量,保障主蒸汽壓力在一定范圍內。
③一次風調節回路-保障床溫在正常范圍,防止結焦。
④二次風調節回路-根據煙道中的含氧量來調節風門大小,保障爐膛內燃燒充分。
⑤主汽溫度調節-根據減溫器出口溫度的高低,通過調節減溫流量閥門來保障主蒸汽的溫度滿足生產需要。
⑥給水調節-根據汽包水位、給水流量、蒸汽流量信號采用三沖量調節控制汽包水位。
汽包水位三沖量調節控制方案
圖4  汽包水位三沖量調節

(2)鍋爐順序控制方案
①引風機及出口門回路。
②一次風機啟停回路。
③二次風機啟停回路。
④反料風機控制回路。
⑤給煤機及出口門控制回路。
⑥汽包緊急放水門控制邏輯。
⑦緊急停爐連鎖邏輯。

(3)汽輪機連鎖邏輯

①凝結水泵啟停聯鎖邏輯。
②射水泵聯鎖邏輯。
③給水泵聯鎖邏輯。
④疏水泵聯鎖邏輯。
主汽門控制
交、直流潤滑油泵聯鎖控制
交流油泵連鎖控制
 圖5  交流油泵連鎖控制 

 圖6  直流油泵連鎖控制

 

(4)公用系統部分控制邏輯
①除氧器水位控制調節。
②減溫減壓器溫度、壓力調節。
③凝汽器水位調節。

以上內容不是全部,也不是必需,一切都要以實際系統配置和設備功能來定制。控制方案設計好了之后就是在組態軟件中把它實現出來,然后下裝到控制器中運行。一定要保證所有方案都能調整暢通,是否正確可以留到現場調試的時候與專工商榷。

經以上步驟,DCS系統組態工作已經做了大部分,接下來就是檢驗、發貨、安裝、現場修改、接線、調試等,這些內容就不在這里講述了。

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  1. 學習DCS系統的詳細組態過程,能列舉幾個試列(比如給水泵的啟停、電動調節閥門開度的給定等)

    匿名用戶
    ?2020/7/10 21:25:45
  2. 圖3和圖4是按照什么標準畫的?我想學習一下

    匿名用戶
    ?2019/5/11 17:12:21
    2019/5/11 17:17:51
    管理員回復:

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