DCS系统组态流程和方法

2017/12/24 22:56:27 人评论 次浏览 分类:DCS系统  仪表地址:http://yunrun.com.cn/product/1143.html

昌晖仪表在本文结合实例把DCS系统组态的步骤、方法和基本思路做科普介绍,希望广大工控从业人员能达到融会贯通的目的,轻松搞定DCS系统组态工作。

1、项目简介
某小型热电厂包含三台75t循环流化床锅炉,两台12MW汽轮机组。整个热控项目大概含有1000个I/O点。

2、DCS系统I/O点数统计
拿到数据库之后,我们先进行DCS系统I/O点数统计(具体方法参阅 http://yunrun.com.cn/product/358.html),按AI、AO、DI、DO分成四个部分,AI分为4-20mA、RTD和热电偶三种,分别做上标记,一般这个工作都在Excel中完成,可以方便统计、查询,最好使用不同的背景颜色来区分。模拟量部分要注意是否有相应的量程、单位等信息。

整理数据库的同时,我们应该注意浏览一下,看看都包含哪些设备,哪些采集点。刚接触数据库的时候可能认为上千个点是很庞大的,随着我们对生产工艺的了解和熟悉,慢慢就会发现其实没那么多,因为大部分都是经常用的。如果发现有不了解的,应该及时与设计院或者甲方沟通,弄清楚,防止以后带来问题。

还可以有一个方法帮助我们尽快熟悉系统和设备,那就是对照热控系统图纸,这个图纸按照工艺分成若干份,比如锅炉汽水系统、锅炉风烟系统、锅炉给水系统、除氧系统、锅炉连排系统等,数据库中的每个点都应该清楚地标记在图纸上,比如汽包水位一般采用三个测量点,都标记在汽水系统的图纸上,给水系统中也会标记。先熟悉工艺流程,再熟悉设备,通过设备就能知道数据采集点了,这样是不是就没那么困难了?

3、DCS系统硬件配置
下面我们来把数据库的点整理到具体的DCS系统I/O通道,就是分配测点,前面章节已经说过了,计算机就是根据你分配的点的位置和类型,来采集数据,然后进行方案运算的,所有接下来的工作非常重要,不能有任何差错。

(1)分配测点
先把特殊的要求或设备分检出来,处理完之后再进行一般设备的配置,这样会提高效率,也防止遗漏,因为在配置一般设备的时候,我们又做了一遍检查,如果有遗漏就可以及时增补,反过来做呢?也许更好吧,总之,找到一种最适合自己的工作方法是最终的目的。好了,下面说一般DCS系统设备的配置,这里有几个原则:
①相同的测点尽量分配在不同的DCS系统卡件上。这样做是为了分散风险,假如某个模块更换或者有故障,另外的模块还可以监视相同的测点。
②相同的设备尽量分配在同一个DCS控制站中。这样的分配是为了尽量减少站与站之间的数据链接,降低复杂程度和故障点。
③DCS系统的站与站之间如果有变量的交换,最好使用硬接线的方式,这样的做法也是为了增强系统稳定性,但是缺点也是明显的,因为这样做至少占用两个DCS系统卡件通道,一个AI输入,一个AO输出,因此可以根据情况考虑,如果需要交换的变量很多,那只能采用网络变量的方式,通过上位机软件的功能来完成数据交换。
④每个DCS卡件模块应留有2-4个备用通道。不多说了,这里为了适应系统的更改,因为用户如果增加了测点,找不到通道的时候,会给我们的工作带来很多麻烦,因此这是必需的,一般招标书里面也会有提及。
⑤每个控制站的每种类型卡件应该留有1个备用,这是为检修方便考虑:假如卡件出现故障,第一时间以热拨插方式更换一块全新的就可以解决问题。
⑥在数据库增加三个字段,站号,模块号和通道号,这样就把每一个数据点都分配到具体的模块的不同通道里,不能有重复。

根据控制系统的特点,每个控制站会有一定的负载能力,也就是说能接入的模块数量是有限的,因此,必须考虑分成几个控制单元和机柜。本系统点数比较少,每台锅炉3个主控单元即可满足控制要求。

完成以上工作后,整个系统的配置基本上就已经搭建好了,在提交最终配置结果之前,一定要仔细把上面的工作“过一遍”,对毎一个步骤都需要重新验证一下,数据库整理的时候是否由于误操作把某些数据隐藏了?或者不小心删除了?在排序的时候是否把数据弄乱了?对于一个刚刚开始工作的工程师来讲,这样的低级错误是肯定要犯的,没关系,不要气馁,借用一句话:错了就改,改了再犯,犯完再改,千锤百炼嘛。然后再对照系统图,找到数据库中的每一个点的位置,看看有没有特殊的点或者设备,需要怎样处理?最后根据分配原则重新计算一下配置是否合理,是否满足要求。

当你对上面的工作确信无误的时候,就可以进行下面的工作了,配置硬件,也就是给系统配备采集卡件、主控单元、机柜、操作员站等设备。

(2)根据I/O点数完成DCS系统硬件
配置
不同品牌的DCS系统硬件配置不一定相同,但配置思路和方法是相同的:DCS系统硬件都是根据现场准确需求和DCS系统I/O点数来确定的。DCS系统硬件配置需要完成以下内容: 
硬件冗余配置 
对关键设备进行冗余配置是提高DCS可靠性的一个重要手段,DCS系统冗余通常包括电源冗余、控制器冗余、通信冗余、操作站冗余和DCS系统I/O板卡冗余(大家可参阅《
DCS系统冗余包含哪些内容》的技术文章),具体冗余要求最好和DCS系统厂家仔细沟通,做好冗余配置及相关设备数量统计。 
插件的配置
根据系统的要求和控制规模配置主机插件(CPU插件)、电源插件、I/O插件、通信插件等硬件设备;
③确认DCS系统机笼和机柜数量
DCS系统机笼用于安插DCS卡件模块,不同厂家的DCS系统机笼配置要求各不相同,但基本都是按照卡件数量配置相应的机笼,卡件数量固化下来后就可统计出机笼数量。
DCS机柜用于安置各种插件、机笼和中间继电器等,DCS机柜常见尺寸为2100*800*600mm,机柜数量是根据安装的插件、机笼和中间继电器等设备的尺寸和数量来决定。
④硬件安装
不同的DCS,对于各种插件在插件箱中的安装,会在逻辑顺序或物理顺序上有相应的规定。另外,现场控制单元通常分为基本型和扩展型两种,所谓
基本型就是各种插件安装在一个插件箱中,但更多的时候时需要可扩展的结构形式,即一个现场控制单元还包括若干数字输入/输出扩展单元,相互间采用总线连成一体。

(3)分配操作员站
一般来说,每台主要生产设备配一台操作员站,因此本应用配5台操作员站,再加一台工程师站,有的系统需要配置冗余服务器,那就应该选用配置高一些的计算机来担任,如果有需要还应该配备打印机。当需要与其他系统通信时,就应该配备相应的通信设备,比如串口卡等,为了防止其他设备对主控系统的干扰及损坏,大都采用通信的方式进行数据交换,也就是说其他系统不能接到底层的机柜或者主控单元中,要通过操作员站或者工程师站来进行数据交互。

笔者曾经做过一个项目,在控制系统之外,还有水冷壁振打系统,它是在锅炉停运以后,利用超声波方式,来清除水冷壁上面结垢的设备,由于不是主控系统厂家的设备,因此把它单独接到一台通信机上,通过外接软件来完成监视功能。一般还会有与DEH系统的通信,因为DEH系统往往是单独的,可以通过串口通信的方式把一些重要数据比如转速、阀门开度、目标转速、升速率等接入控制系统。还有一些通信必须使用硬接线的方式接入控制系统,也就是直接接入控制机柜的卡件中,参与系统控制,比如电气系统的停机跳司信号等。

(4)绘制网络系统图
好了,假如你自信前面的工作已经完成了,就开始进行下一步工作,画配电系统图和网络系统图。配电系统图的内容包括整个控制系统的电源及接地系统的详细内容,包括进入系统的电源、系统内的电源接线原理、还有系统接地原理。这是很重要的内容,因为设备到现场以后,电源的接入是由施工方实施的,电源是否稳定直接影响系统的稳定运行。

同样的,网络系统图表示的是系统设备的网络连接,一般系统都是两层网络连接,这里要具体描述每台计算机的网络位置和IP地址等信息,如有其他连接方式应明确指出。如图1所示。
DCS系统网络系统图
图1  网络系统图

网络系统图里也可以包含每个控制单元的模块分布图,用来表示前端采集数据的每个I/O卡件的具体位置以及总线连接方式,如图2所示。

(5)端子接线图
还有一个重要的图纸千万别忘了,那就是I/O端子接线图。这部分图纸是描述每个I/O卡件中的每个通道接入的信号内容,还包括是如何接线的。施工人员根据测点的分配位置来决定电缆的走向、长度,还可以把相邻位置的信号量合并在一根电缆中,因此我们可以看出,合理的设计不仅能保证系统功能的完整,还可以节省很多材料和工时,这就是设计经验的积累。

到这里,我们基本上完成了设计的前半个阶段,这个阶段的特点就是繁琐,需要注意力集中,一旦马虎就会给后面的工作造成麻烦,而且还不容易发现,最终导致致命错误。因此,笔者建议在设计之初先把整个项目浏览一下,做到心中有数,有点像读一本书一样,先看看目录,再看看简介,然后逐个章节浏览一下,重点部分深入一些。然后再逐个步骤细致完成,每个步骤最好一气呵成,不要停停走走,那样会非常容易遗漏。 
DCS系统模块分布图
图2  DCS系统模块分布图

4、编制控制方案

接下来,做控制方案,这是个复杂的过程,需要你对工艺的了解,对设备的了解,还有理解设计院的控制要求,对于小型锅炉,主要包含以下一些重要控制回路。
 

(1)锅炉MCS控制方案
①引风机调节-保障炉膛负压(见图3)。
炉膛压力调节
图3  炉膛压力调节 
②主汽压力调节回路-调节给煤流量,保障主蒸汽压力在一定范围内。
③一次风调节回路-保障床温在正常范围,防止结焦。
④二次风调节回路-根据烟道中的含氧量来调节风门大小,保障炉膛内燃烧充分。
⑤主汽温度调节-根据减温器出口温度的高低,通过调节减温流量阀门来保障主蒸汽的温度满足生产需要。
⑥给水调节-根据汽包水位、给水流量、蒸汽流量信号采用三冲量调节控制汽包水位。
汽包水位三冲量调节控制方案
图4  汽包水位三冲量调节

(2)锅炉顺序控制方案
①引风机及出口门回路。
②一次风机启停回路。
③二次风机启停回路。
④反料风机控制回路。
⑤给煤机及出口门控制回路。
⑥汽包紧急放水门控制逻辑。
⑦紧急停炉连锁逻辑。

(3)汽轮机连锁逻辑

①凝结水泵启停联锁逻辑。
②射水泵联锁逻辑。
③给水泵联锁逻辑。
④疏水泵联锁逻辑。
主汽门控制
交、直流润滑油泵联锁控制
交流油泵连锁控制
 图5  交流油泵连锁控制 

 图6  直流油泵连锁控制

 

(4)公用系统部分控制逻辑
①除氧器水位控制调节。
②减温减压器温度、压力调节。
③凝汽器水位调节。

以上内容不是全部,也不是必需,一切都要以实际系统配置和设备功能来定制。控制方案设计好了之后就是在组态软件中把它实现出来,然后下装到控制器中运行。一定要保证所有方案都能调整畅通,是否正确可以留到现场调试的时候与专工商榷。

经以上步骤,DCS系统组态工作已经做了大部分,接下来就是检验、发货、安装、现场修改、接线、调试等,这些内容就不在这里讲述了。

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