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西门子6ES7223-1PL22-0XA8销售
在设计COM的过程中,微软解决了下列问题:
(1)交互操作能力。怎样才能创建出立的组件,使其能与其它组件充分地协作,而不用考虑它们是由谁创建的?
(2)版本控制。一旦某个组件正由其他组件或应用程序使用,怎样才能改变或升级这个组件,而不影响正在使用它的组件或应用程序?
(3)与语言无关。怎样才能确保用不同语言编写的组件能协同工作?
(4)透明的跨进程交互操作。怎样才能编写组件,使其能在进程内或进程外工作?
然而,OLE2中的COM只解决了同一网络中对象之间的交互问题,而没有解决对象在不同网络中的其它机器上生存或执行的问题,对这一问题的解决将打开通向在bbbbbbs环境下的分布对象结构之路。为了适应这一需要,微软开发出了分布式组件对象模型。
分布式组件对象模型(Distributed Component bbbbbb Model---DCOM),即通常所说的"网络OLE"。DCOM是一种特殊的协议,允许应用程序在分布式计算环境(Distributed Calculating Environment---DCE)里进行面向对象的远程过程调用(Remote Procedure Call---RPC)。DCOM扩展了COM的性能,使得COM对象能够通过相关网络与远程机中的另一个对象交互并使用此对象,这些网络可以是局部网、企业的Intranet或现今的Internet。用户可以在bbbbbbs NT4.0版中得到DCOM,它特别适用于开发企业的信息管理系统、的Web等。基于网络方面的不性考虑,DCOM自身包含有较高的处理功能。
所有软件组件都遵循COM或DCOM标准。
4.2 ActiveX
根据微软的定义:支持组件对象模型(COM)的对象总称为"组件对象"。而现在流行的术语OLE--即OLE2,支持COM,所以OLE对象也称为"组件对象"。一个组件对象不仅支持"对象链接与嵌入",而且还可以远程调用或运行其它机器或网络中的组件对象等等,它的功能已远远过了OLE字面所能表达的功能。为了适合未来加复杂的应用,微软决定重新命名它,将所有这些组件对象统称为ActiveX。
随着OOP逐渐成为公认的编程主流,面向对象软件组件已成为事实上的标准。面向对象软件组件统称为ActiveX组件。经过一番扩展以后,ActiveX组件现在可提供对DCOM的支持。ActiveX是组件对象模型的一种物理实现方式,它为ActiveX组件的创建提供了基础。
ActiveX组件将程序逻辑封装起来,并可以进程内、本地进程外、远程进程外三种形式之一在网络中运行,为其它应用程序(客户机应用程序)提供服务。因此可以将ActiveX组件理解成"服务器"。它要么在"进程内"工作,即代码在与客户机应用程序相同的进程空间内执行(亦即一个DLL--ActiveX DLL);要么在"进程外"工作,即代码在同一机器的另一个进程内运行,或在远程电脑的另一个进程内执行(亦即一个EXE文件--ActiveX EXE)。利用Visual Basic 5.0,Visual C++5.0或Visual J++等OOP语言,可以很方便地创建ActiveX DLL(进程内服务器)和ActiveX EXE(本地或远程进程外服务器)。
控制系统软件可以将自己的应用程序逻辑编写成进程内ActiveX DLL或本地进程外ActiveX EXE或远程进程外ActiveX EXE,以向其他ActiveX组件或外部应用程序开放它们的部分或全部对象。
建立和使用ActiveX EXE实例的客户应用程序,可开放它们的对象,并在进程外使用它们。这意味着,ActiveX EXE中的代码运行在它自己的进程中,并且是在它自己的空间中,这可把它与客户应用程序的代码空间分离开来。
4.4 软件开发建议
在DCS网络环境下运行的应用程序,应该是遵循COM/DCOM标准、通过ActiveX实现的客户机/服务器结构的应用程序。因为这样的应用程序是由ActiveX组件组装而成的,与其它应用程序结构相比加健壮、可伸缩性强且容易维护。
另外,应注意:由于微软的重新命名,OLE文档已成为ActiveX文档;OLE控件已成为ActiveX控件;等等。从而OLE这一术语才真正像它早期缩写的含义那样,代表"对象链接与嵌入",而OLE中一些关键技术和组件则成为重新命名后的ActiveX技术和组件。
需要指出的是,究竟采用何种软件进行开发并不十分重要。采用Visual Basic 5.0以上版本的软件可以开发出人机界面十分友好的组态软件和监视软件,这也被大量的化组态软件公司采用,毕竟它是几乎所有软件编制人员易上手的工具。它本身具备良好的可视化界面(所见即所得)和良好的结构化风格,允许多人协同工作。由于大的软件开发工作量之一是编制界面,我们没有必要选择太化的开发工具,因为熟悉和掌握是需要较长时间。也有公司采用Visual Basic & Visual C++5.0或Visual J++等语言,可以相互各自的不足。近段时间,国内外有不少公司试着采用Java甚至HTML语言编制动态的组态软件,将枯燥乏味的组态软件工作当作是动画编辑,逐步得到人们的。这对今后工业以太网控制系统的大量应用无疑将占尽先机,也逐步展现出迷人的前景。
5.DCS向FCS系统的过渡及其发展方向
我们介绍了,今后DCS系统的发展必将是以在DCS的基础上发展起来的FCS替代现在的DCS,因为FCS顺应了自动控制系统的发展潮流。
为了今后的开发工作不迷失方向,我们有必要了解FCS的主要构成、现状和未来的发展方向,应该说,今天我们讨论的DCS应该是今后的FCS:
5.1七十年代以前,控制系统中采用模拟量对传输及控制信号进行转换、传递,其精度差、受干扰信号影响大,因而整个控制系统的控制效果及系统稳定性都很差。七十年代末,随着大规模集成电路的出现,微处理器技术得到很大发展。微处理器功能强、体积小、性高、通过适当的接口电路用于控制系统,控制效果得到提高;但是尽管如此,还是属于集中式控制系统。随着过程控制技术、自动化仪表技术和计算机网络技术的成熟和发展,控制领域又发生了一次技术变革。这次变革使传统的控制系统(如集散控制系统)无论在结构上还是在性能上都发生了的飞跃,这次变革的基础就是现场总线技术的产生。
5.2现场总线是连接现场智能设备和自动化控制设备的双向串行、数字式、多节点通信网络,它也被称为现场底层设备控制网络(INFRANET)。80年代以来,各种现场总线技术开始出现,人们要求对传统的模拟仪表和控制系统变革的呼声也越来越高,从而使现场总线成为一次世界性的技术变革浪潮。美国仪表协会(ISA)于1984年开始制订现场总线标准,在欧洲有德国的PROFIBUS和法国的FIP等,各种现场总线标准陆续形成。其中主要的有:基金会现场总线FF(Foundation Fieldbus)、控制局域网络CAN(Controller Area Network)、局部操作网络LonWorks(Local Operating Network)、过程现场总线PROFIBUS(Process Field Bus)和HART协议(Highway Addressable Remote Transducer)等。但是,总线标准的工作并非一帆风顺,由于行业与地域发展等历史原因,加上各公司和企业集团受自身利益的驱使,致使现场总线的化标准工作进展缓慢。但是不论如何,单一的开放现场总线标准是发展的必然。
5.3 当前流行的几类现场总线
5.3.1 基金会现场总线FF
基金会现场总线FF是在过程自动化领域得到广泛支持和具有良好发展前景的一种技术。其前身是以美国Fisher-Rosemount公司为,联合Foxboro、横河、ABB、西门子等80家公司的ISP协议和以Honeywell公司为,联合欧洲等地150家公司的World FIP协议。这两大集团于1994年9月合并,成立了现场总线基金会,致力于开发出上统一的现场总线协议。
基金会现场总线分为H1和高速H2两种通信速率。H1的传输速率为31.25Kbps,通信距离可达1.9km,可支持总线供电和本质防暴环境。H2的传输速率可为1Mbps和2.5Mbps两种,通信距离为750m和500m。物理传输介质可为双绞线、光缆和无线,其传输信号采用曼切斯特编码。基金会现场总线以ISO/OSI开放系统互连模型为基础,取其物理层、数据链路层、应用层为FF通信模型的相应层次,并在应用层上增加了用户层。用户层主要针对自动化测控应用的需要,定义了信息存取的统一规则,采用设备描述语言规定了通用的功能块集。FF总线包括FF通信协议、ISO模型中的2~7层通信协议的通栈、用于描述设备特性及操作接口的DDL设备描述语言、设备描述字典,用于实现测量、控制、工程量转换的应用功能块,实现系统组态管理功能的系统软件技术以及构筑集成自动化系统、网络系统的系统集成技术。
5.3.2 CAN总线
CAN总线早是由德国Bosch公司推出,用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信协议。其总线规范已被ISO标准组织为标准,并且广泛应用于离散控制领域。它也是基于OSI模型,但进行了优化,采用了其中的物理层、数据链路层、应用层,提高了实时性。其节点有级设定,支持点对点、一点对多点、广播模式通信。各节点可随时发送消息。传输介质为双绞线,通信速率与总线长度有关。CAN总线采用短消息报文,每一帧有效字节数为8个;当节点出错时,可自动关闭,抗干扰能力强,性高。
5.3.3 LonWorks总线
LonWorks技术是美国ECHELON公司开发,并与Motorola和公司共同倡导的现场总线技术。它采用了OSI参考模型全部的七层协议结构。LonWorks技术的是具备通信和控制功能的Neuron芯片。Neuron芯片实现完整的
LonWorks的LonTalk通信协议。其上集成有三个8位CPU。一个CPU完成OSI模型和二层的功能,称为介质访问处理器。一个CPU是应用处理器,运行操作系统与用户代码。还有一个CPU为网络处理器,作为前两者的中介,它进行网络变量寻址、新、路径选择、网络通信管理等。由神经芯片构成的节点之间可以进行对等通信。LonWorks支持多种物理介质并支持多种拓扑结构,组网方式灵活,其IS-78本安物理通道使得它可以应用于危险区域。LonWorks应用范围主要包括楼宇自动化、工业控制等,在组建分布式监控网络方面有较优越的性能。
5.3.4 PROFIBUS总线
PROFIBUS是符合德国DIN19245和欧洲标准EN50179的现场总线,包括 PROFIBUS-DP、PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-PA三部分。它也只采用了OSI模型的物理层、数据链路层、应用层。PROFIBUS支持主从方式、纯主方式、多主多从通信方式。主站对总线具有控制权,主站间通过传递令牌来传递对总线的控制权。控制权的主站,可向从站发送、信息。PROFIBUS-DP用于分散外设间的高速,适合于加工自动化领域。FMS型适用于纺织、楼宇自动化、可编程控制器、低压开关等。而PA型则是用于过程自动化的总线类型。
HART总线
HART协议是由Rosemount公司于1986年提出的通信协议。它是用于现场智能仪表和控制室设备间通信的一种协议。它包括ISO/OSI模型的物理层、数据链路层和应用层。HART通信可以有点对点或多点连接模式。这种协议是可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议,其特点是在现有模拟信号传输线上实现数字信号通信,属于模拟系统向数字系统转变过程中的过渡产品,因而在当前的过渡时期具有较强市场竞争力,在智能仪表市场上占有很大的份额。
5.4 现场总线控制系统(FCS)的结构与特点
5.4.1 结构
随着现场总线技术的出现和成熟,促使了控制系统由集散控制系统(DCS)向现场总线控制系统(FCS)的过渡。在一般的FCS系统中,遵循一定现场总线协议的现场仪表可以组成控制回路,使控制站的部分控制功能下移分散到各个现场仪表中。从而减轻了控制站负担,使得控制站可以专职于执行复杂的高层次的控制算法。对于简单的控制应用,甚至可以把控制站取消,在控制站的位置代之以起连接现场总线作用的网桥和集线器,操作站直接与现场仪表相连,构成分布式控制系统。
5.4.2 特点
分布式的FCS系统比DCS系统好地体现了“信息集中,控制分散"的思想。与传统的DCS 相比,FCS有其自身的特点。FCS系统具有高度的分散性,它可以由现场设备组成自治的控制回路。现场仪表或设备具有高度的智能化与功能自主性,可完成控制的基本功能,并可以随时诊断设备的运行情况。另外,FCS的结构比DCS简化。有的FCS系统省略了DCS中控制站这一层,操作站直接与现场仪表相连。这些使FCS的性得到提高。
现场总线系统具有开放性。系统对相关标准具有一致性、公开性,强调对标准的共识与遵从。通信协议一致公开,各不同厂家的设备之间可实现信息交换,通过现场总线可构筑自动化领域的开放互连系统。系统的开放性决定了它具有互操作性和互用性。互操作性指互连设备间、系统间信息传送与沟通;而互用则意味着不同生产厂家的性能类似的设备可实现相互替换。作为工厂网络底层的现场总线还对现场环境有较强地适应性。它支持双绞线、同轴电缆、光缆、无线和电力线等,具有较强的抗干扰能力。
由于结构上的改变,FCS比DCS节约硬件设备。使用FCS可以减少大量的隔离器、端子柜、I/O卡及I/O端口,这样就节省了I/O装置及装置室的空间;同时减少了大量电缆,可以大地节省安装费用。与此同时,FCS比DCS性能有所提高。由于免去了D/A与A/D变换,使仪表精度得到大的提高;通过将PID功能植入到相应的智能传感器中去,使控制周期大为缩短。目前FCS可以从DCS的每秒调节2~5次增加到每秒调节10~20次,改善了调节性能。FCS控制系统与DCS控制系统结构比较见图1。
5.4.3 现场总线的优点
由于现场总线的以上特点,特别是其系统结构的简化,使其从设计、安装、投运到正常生产运行及检修维护,都体现出优越性。它不仅节省了硬件数量与投资,节省了安装费用,而且系统的维护开销也大大地降低。现场总线控制系统不仅度与性高,在方便使用和维护性方面,FCS也比DCS有优势。FCS使用统一的组态方式,安装、运行、维修简便;利用智能化现场仪表,使维修预报(Predicted maintenance)成为可能;由于系统具有互操作性和互用性,用户可以自由选择不同的设备达到的系统集成,在设备出现故障时,可以自由选择替换的设备,用户的高度系统集成主动权。
此外,它还具有设计简单,易于重构等特点。
5.4.4 发展趋向
传统的集散控制系统(DCS系统)具有集中监控、分散控制、操作方便的特点。但是,在实际应用中也发现DCS的结构存在一些不足之处,如控制不能做到分散,危险仍然相对集中;由于系统的不开放性,不同厂家的产品不能互换、互联,限制了用户的选择范围。利用现场总线技术,开发FCS系统的目标是针对现存的DCS的某些不足,改进控制系统的结构,提高其性能和通用性。
FCS想要在实际中取代DCS,既要具备DCS所具有的功能,又要能克服DCS的缺点。FCS由于采用了现场总线技术,在开放性、控制分散等方面传统DCS。但是由于它是一种新技术,目前连标准本身都还没有统一,因此FCS与成熟的DCS相比,还存在下列的一些欠缺。
(1)由于现场总线标准本身尚在发展中,从而给产品的开发和测试带来难度。这在一定程度上造成产品开发商、生产商少,产品品种单一而且价格昂贵。
(2)在某些场合中,FCS还无法提供DCS已有的控制功能。由于软硬件水平的限制,其功能块的功能还不是很强,品种也不够齐全;用现场仪表还只能组成一般的控制回路如单回路、串级、比例控制等,对于复杂的、的控制算法还无法在仪表中实现,对于单回路内有多输入、多输出的情况缺乏好的解决方案。
(3)目前FCS成功的应用实例不多,难以评估实际应用效果。
由于以上这些原因,FCS取代DCS将是一个逐渐的过程。在这一过程中,会出现一些过渡型的系统结构,如在DCS中以FCS取代DCS中的某些子系统。用户将现场总线设备连接到立的现场总线网络服务器,服务器配有DCS中连接操作站的上层网络接口,与操作站直接通信。在DCS的软件系统中可增添相应的通信与管理软件。这样不需要对原有控制系统作结构上的重大变动。
(4)当前,各种形式的现场总线协议并存于控制领域。在楼宇自控领域,Lonworks和CAN网络具有一定的优势;在过程自动化领域,主要有过渡型的HART协议、得到广泛支持的FF现场总线协议以及同样较有竞争力的PROFIBUS协议。HART协议将是目前几年内智能化仪表的主要通信协议;基金会现场总线是过程自动化领域中较有前途的一种现场总线,得到许多自动化仪表设备厂商的支持;由于Lonworks技术的开放性,国内出现了利用它开发控制系统的许多开发商。考虑到统一的开放式现场总线协议标准的长期性和艰巨性,传统DCS的退出将是一个渐进过程。在一段时期内,会出现几种现场总线共存、同一生产现场有几种异构网络互连通讯的局面。但是,发展共同遵从的统一的标准规范,真正形成开放式互连系统,是。
6.DCS的硬件系统及其发展方向
关于硬件系统,我们还没有深入的讨论。不过,DCS或者是今后的FCS硬件肯定会大量采用单片嵌入式软硬件系统。这是因为:
无论是DCS的智能模件还是今后FCS的现场模块,具备自我诊
断、数据交换等功能;
由于DCS和今后的FCS都会将控制、采集任务下达给远端绝大部分
的模件或模块,以让其分散系统任务,故该类模件或模块具备状态或数据采集、或者进行PID控制。因此,它不能缺少MCU;
由于通讯功能的增强,有必要加强通讯协议的认可、总线设备地址的
辨识、误码的智能判断及相应错误的纠正等。
所谓单片嵌入式软硬件系统是指具备可安装与PCB(印制板)还仪器、仪表、模块设备内的计算机系统。它并不包括我们常说的PC计算机。
6.1采用单片微处理器的嵌入式软硬件系统
这种系统即是我们常说的单片计算机系统。它往往采用一片单片机加外围芯片构成。主要有AD、DA、DI、DO芯片作为与外部设备交换传统的模拟量信号和开关量信号。并增加与外部的通讯接口电路、完成所谓的RS485物理接口并配合通讯协议在控制总线或现场总线上与主计算机或其他设备交换数据。
由于传统的单片机功能有限,往往还加入了大量的逻辑处理单元和大容量存储器。例如:采用PAL 、GAL、CPLD等。也有采用FPGA以完成逻辑、译码、存储、通讯控制和特殊布尔计算。
指出,单片计算机计术仍然在不断发展。很多单片机采用RISC精简指令集和CPLD、FPGA或者是DSP技术,可以片内带FLASH MEMORY,并有JTAG接口,可以在线完成程序擦除、下载、调试等工作。工业控制领域以16BIT单片机为主,逐步采用32BIT甚至64BIT单片机,而应用于通讯领域中以8BIT单片机为多。据《电子工程专辑》报道:由于因特网的接入需求为8位MCU带来新的活力。这表现在8位单片机供应商纷纷采取措施推出增强因特网接入功能的新型8位MCU,这给本来由于常规8位单片机高的市场需求又注入新的活力。市场预计从2000年的90亿美元增加到2004年的160亿美元。而16位、32位MCU加起来还不到8位MCU的一半。某些和公司预计的16位MCU将在短时间内替代8位MCU。他们的依据8位MCU是没有能力实现与因特网连接。然而,这些预言是错误的。基于8位MCU的格性和软件嵌入式操作系统的支持,加上单片机上集成硬件的TCP/IP控制协处理器。这比采用16位甚至32位MCU要、经济。如果说世界各大厂商在采用8位MCU完成通讯功能、而你却想用16位MCU,这除非是你的产品成本比别人低得多,否则无法与别人竞争。
单片机系统配备TCP/IP通讯协议完成以太网接口是目前单片机的热点。国外甚至推出可以发E_mail、上Web浏览的单片机系统。因此,上网冲浪不再是PC 计算机的。只有充分享受网上资源的一切设备才是人们所追求的目标。这种技术的大量使用,无疑给未来的工业以太网探明道路。
6.2采用DSP数字处理器的嵌入式软硬件系统
DSP数字处理器是近来发展起来的新技术。它实际上也是单片计算机。一般的单片机内部总线采用程序区和存储器区共用的冯-诺依曼结构。程序按步进行,完成取指、运算、执行才能完成一个指令。而DSP采用哈佛结构,程序区和存储器区分开,取指、运算可以分开,即在运算阶段时可以进行取下一条指令操作。故可以高速、并行工作。由于集成大量的存储器和布尔处理器、复杂逻辑阵列及特殊算法功能块,可以高速处理大量数据甚至轻而易举地完成模糊控制或自适应控制等,是未来嵌入式系统的发展方向。
TMS320系列DSP是美国德州公司的产品。因其内部可以并行运行多个程序故可以处理复杂的问题,相应程序执行速度得以大大提高。由于硬件回路功能较强,甚至AD、DA转换器也可以直接选择DSP某些接口来构成。
对于需要快的处理速度(与纯硬件执行速度相当)某些设计可以由FPGA组成硬件,而采用VHDL设计语言来满足系统要求。则其执行方式并行工作,执行指令也与常规的us/步不同,因为它不是按每个功能需要多少个执行周期来完成,而是每个功能由多少个“硬件”构成,它总共延时多少ns。这个“硬件”是由软件来描述,而完成功能确实内部的硬件进行。可以说,它如同一个半导体厂定制的ASIC电路。内部功能由硬件构成(不过是看不见硬件),而生成的硬件却是由软件进行描述而生成的。
未来的DSP终会向FPGA过渡。
6.3 DCS模件向FCS模块的演变
常规的DCS是由若干个机柜中安装各种模件或者是板卡所构成。它们相对集中并且通过内部的通讯、控制总线与各个模件相连接。由于DCS已经发展很久,但其总体结构变化不大。不过,这种结构已经明显显示出不足:
a.由于各板卡集中于几个机柜中,各自的通讯联络采用的协议,故属于封闭式,无法直接与三方设备交换数据,进行相互接口、通讯协议转换。开放性较差;
b. 所有的模件接口采用传统的DI、DO、AI、AO,需要大量的电缆与现场设备相连接。直接导致安装复杂、成本居高不下,故障点增多;
c. 模件抗干扰能力、防静电能力差。
而FCS模块强调可以现场安装,高性和恶劣的环境下高防护等级可以直接安装于现场。而相互连接可以通过冗余的通讯电缆连接,所有连接在通讯总线上的设备可以共享信息,终实现控制功能下移至现场层。
7.结束语:
综上所述,DCS系统终向FCS系统发展,我们究竟是使用别人的产品或是自己开发,是开发DCS还是FCS这要根据我们自身的实力和情况定。根据技术的发展方向和市场的需求,我认为:如果需要开发DCS产品应该顺应技术的发展方向和市场的需求进行。换句话说,应该结合目前现有DCS并有所扩展-带FCS的模块以逐步向FCS系统过渡即寻找开发的捷径。
根据世界上成功合作例子,有许多厂商之间相互合作,例如美国GE公司与中国香港Fanuc组成GE FANUC的90XX系列PLC。他们不再是简单的OEM组装,而是进入了较高层次的再开发,在亚州市场上了成功。我们能否也借鉴此类方式合作。而不要采用成套购入别人硬件OEM简单的生产方式,共同投入技术,维护、发展产品。这样的合作方式当然取决与对方是否愿意。例如,征得ABB的同意,共同推出适合电站系统的INFI-DF DCS系统,并部分采用自己的硬件和软件系统,获得商标、硬件、软件的使用权,可以在初期按技术合作入股、提成等方式,在东汽生产模件并投入物力、人力开发与FCS相适应的现场总线模块扩展DCS应用范围。
如果此类方式遭到断然拒绝,那我们只有立开发自己的DCS系统了。



3.2.15在使用不冗余变送器测量信号时,如信号丧失或信号越限,均有报警,同时系统受影响部分切换至手动。
3.2.16控制系统的输出信号为4~20mA连续信号,并有上下限定,以保证控制系统故障时机组设备。
3.2.17控制系统所需的所有校正作用,不会因为使驱动装置达到其工作范围的控制信号需进行调整而有所延滞。
3.2.18控制系统的手操是指CRT键盘的软手操,系统的“自动”和“手动”之间的切换,是双向无扰的。
3.2.19控制系统监视设定值与被控变量之间的偏差,当偏差过预定范围时,系统将其切换至手动并报警。
3.2.20手动切换一个或一个以上的驱动装置投入自动时,不产生过程扰动,而保持合适的关系,使处于自动状态的驱动装置等量并反向作用。
3.2.21对制驱动装置的运行提供偏置调整,偏置能随意调整,新建立的关系不产生过程扰动。
3.2.22在自动状态,设置一个控制驱动装置为自动或遥控,不需进行手动平衡或对其偏置进行调整,并且,不论此时偏置设置的位置或过程偏差的幅度如何,不引起任何控制驱动装置的比例阶跃。
3.2.23 控制系统的响应速度不限制机械过程的响应。
3.2.24 本公司将在下面的3.3节中采用SUPMAX800在控制上完成上述模拟量控制(MCS)。
3.3 模拟量控制系统的控制方案介绍
3.3.1 具体功能
模拟量控制系统(MCS)的基本控制策略采用DEB/400直接能量平衡策略。DEB/400是美国MCS公司的技术,它是专为电站单元机组协调控制而设计的一种的控制方案。
直接能量平衡原理,是将锅炉和汽机作为一个整体来控制的,它以锅炉跟随为基础。将汽机的能量需求作为锅炉指令,在锅炉燃料调节器入口直接同代表锅炉输入的热量信号比较,使机炉之间的能量供求关系得到快速平衡。故系统的负荷响应速度快。
由于DEB引入热量信号作为锅炉燃料控制的反馈,因热量信号反映的是锅炉总燃料所释放出的热量,所以燃料品种的变化对控制没有影响,故系统对燃料品种的适应性强。
DEB利用汽机和锅炉固有的物理特性,实现了机、炉并列系统交叉作用的解耦,系统运行稳定,结构简单,调试整定容易,维护方便,协调控制的投入。
3.3.1.1 锅炉——汽机协调控制
锅炉、汽机协调控制系统(CCS)的任务是协调锅炉和汽轮机两个不同的工艺系统共同来满足电力负荷需求。采用DEB/400的协调控制系统在设计上将锅炉和汽轮机作为一个整体来考虑,使机组在届时能力下,能大限度地满足电网要求的发电数量(功率)和质量(频率)。快速、准确和稳定地响应自动发电控制(AGC)或电厂运行员的负荷指令,实施有效的生产。
锅炉——汽机协调控制系统由三部分组成,即机组主控(机组负荷指令)、汽机主控和锅炉主控。这三个部分根据电网要求和机组实际状况,以高度适应的方式,向汽机和锅炉发出指令来协调机组的运行,确保发电机组、稳定、经济地运行。
3.3.1.1.1 CCS设计有滑压运行方式,以满足下列三种升负荷要求。
a. 阀门开度固定/滑压运行
汽机阀门保持在某一固定位置, 蒸汽压力随负荷的增加而上升,至85%负荷时,压力达到额定值,此时系统进入定压运行方式,再增负荷需要开大汽机阀门。
b. 阀门开度固定,并有±10%的调节
在压力上升,负荷升到85%的过程中,为使机组响应负荷波动并改善频率的稳定性,允许汽机阀门在±10%范围内调节。
c. 程序处理
在低负荷工况时(不过25%负荷),调节汽机阀门以满足负荷要求,此时汽压保持在较低的定值上,一旦负荷需求增加,即进入滑压运行方式。压力增高,负荷增加,汽机阀门除了±10%调节量以响应负荷波动并改善频率稳定性外,基本保持固定。当负荷达到85%时,机组运行切换至定压运行方式。系统设计了运行人员选择所需运行方式的手段。
3.3.1.1.2 CCS协调主控设计有下列四种方式,具体功能如下:
a. 协调控制方式(DEB方式)
锅炉主控制器与汽机主控制器均自动。汽机调功率,自动响应机组负荷指令;汽机的能量指令以前馈方式和锅炉的输入直接平衡,锅炉快速响应汽机的能量需求。这是协调控制的方式。
b. 锅炉跟随方式
锅炉主控制器自动,汽机主控制器手动。汽机响应运行人员手动功率指令的变化;汽机的能量指令以前馈方式和锅炉的输入直接平衡,锅炉快速响应汽机的能量需求。
c. 汽机跟随方式
(1). 锅炉主控制器手动,汽机主控制器自动。锅炉响应运行人员手动功率指令的变化;汽机调汽压,快速响应由锅炉引起的汽压变化,使机组功率和锅炉出力相匹配。
(2). 在DEB方式下,当锅炉侧发生迫升/迫降时,系统自动地将协调方式从DEB方式转为汽机跟随方式,此时汽机侧响应由锅炉引起的汽压变化,将机组出力自动调整到适合锅炉实际能力的水平。当锅炉侧发生迫升/迫降结束,系统自动恢复到DEB方式,故汽机跟随方式又是DEB的暂态方式。
d. 手动方式
锅炉主控制器与汽机主控制器均手动。锅炉和汽机分别响应运行人员手动指令的变化。
在操作员站设计组主控操作面板,运行人员在CRT所显示的机组主控操作面板上可完成选择所需的运行方式,并机-炉协调运行的所有信息。当系统不能实现运行人员所选择的运行方式时,机组主控操作面板上会显示所欠缺的条件,并以警示色提请运行人员注意。
选择自动控制方式的任一种,均要求汽机调速器,燃烧、给水子系统处于自动运行状态,任何有关的子系统若不能投自动控制时,协调控制将转换到的自动方式,并与可投自动的子系统相适应。
3.3.1.2 机组负荷指令
机组负荷指令处理回路负责实时地向机炉下达功率指令,大限度地满足电网对机组的负荷要求;当机组运行异常时,及时地对机组目标指令实施限制,避免异常工况进一步扩大,在保证的前提下以机组届时能力继续承担发电负荷。
机组指令处理回路的具体任务是:
(1). 根据机组运行的状态及电网负荷控制的要求,选择适合机组当时条件的负荷控制指令方式。
(2). 对目标指令进行处理,使之与机/炉的动态特性及负荷变化能力相适应,生成实际功率指令。
运行人员能通过CRT键盘或球标,在机组主控操作面板画面上实现下列功能:
a. AGC方式的选择与指示
b. 机组负荷指令的手动调整
c. 负荷高、低限值的调整
d. 负荷变化率的设定
e. 负荷变化方向的指示(增或减)
f. 负荷高、低限值的指示
g. 主汽压力偏差指示
h. 主汽压力设定值的设定和指示
i. 负荷指令与总发电功率的指示
j. 协调运行方式的选择和指示
k. 滑压和定压运行方式的选择指示
l. 负荷闭锁增(INCREASE BLOCK)/ 闭锁减(DECREASE BLOCK)、
负荷迫升(RUN UP)/ 迫降(RUN DOWN)、
快速减负荷(RUN BACK)的状态指示
m. 与协调控制有关的子系统和辅机的运行状态指示
3.3.1.2.1 协调控制系统平稳地实现下列功能:
a. 频率协调:汽机转速控制用于维持系统频率的稳定。机组负荷指令则自动跟踪实际测得的发电机负荷,以避免产生扰动。
b. 方向闭锁:由固有的设备能力决定机组初始的负荷变化幅度(即负荷上限)和大允许变化率,这是机组的正常能力范围。当连续运行的机组某些设备或系统发生异常,出力或稳定出了问题,机组就不可能达到初始的负荷变化幅度,此时设备及过程限制逻辑计算出机组的实时负荷能力,通过指令闭锁逻辑回路对目标指令进行实时的方向闭锁,将指令限制在机组能力允许的范围内,同时根据不同情况修正指令的变化率限制值。
c. 迫升/迫降:当锅炉控制子回路出现问题,子回路调整跟不上机组负荷变化时,为避免异常工况扩大,将迫使锅炉指令强制增或减至和当时锅炉控制能力相适应的水平。此时机组指令处理回路将使指令跟踪实发功率,使得强制增/减负荷过程结束后不发生指令扰动。
d. 快速减负荷: 当锅炉给水泵、送风机、引风机等重要辅机故障跳闸时,系统RUMBACK功能自动启动。每种原因的RUNBACK可设置单的大允许负荷或减负荷速率,以适应各种设备的动态特性,运行人员能通过CRT得到RUNBACK工况时的相关信息。当发生RUNBACK时,控制系统自动地将协调方式转换到汽机跟随方式运行,并保持此运行方式,直到运行人员选定新的运行方式。
3.3.1.2.2 机组指令回路设计有与AGC的接口,以便AGC系统遥控机组负荷。
机组指令回路与AGC交换的信号包含:
a. 模拟量输入:
·目标负荷给定
b. 模拟量输出:
·机组大负荷
·机组小负荷
·负荷持续变化率
c. 开关量输入:
·AGC插入请求
d. 开关量输出:
·机组在协调方式下
·已插入AGC方式
3.3.2模拟量控制系统针对品质指标的控制方案
由 SUPMAX800组成的75T/H循环流化床机组的自动控制系统可以覆盖工厂所有的控制功能。包括模拟量控制系统(MCS)、炉膛监视系统(FSSS)、数据采集系统(DAS)、顺序控制系统(SCS)及汽机紧急跳闸系统(ETS)。
下面介绍模拟量控制系统(MCS)。
由SUPMAX800组成的75T/H循环流化床机组的MCS系统通常包含以下子系统:
燃料调节
一次风调节
二次风调节
汽包水位调节
一级喷水调节
二级喷水调节
床温调节
除氧器压力调节
除氧器水位调节
炉膛压力调节
料层厚度(床压)调节
主蒸汽压力调节
锅炉主蒸汽母管调节
3.3.2.1燃料调节
在由DEB-400为基础构成的燃料控制系统中,不同与其它控制策略之处在于:根据热负荷计算出来的锅炉指令在燃料调节器的入口直接同锅炉的热量指令信号比较,使热负荷与锅炉之间的能量供求关系得到快速平衡。热量信号反应锅炉内总燃料所释放团热量,放在校系统中计量燃料量,换句话说该系统对燃料的适应性很强。
本设计的燃料控制系统,同时考虑了煤和油的控制。在锅炉的冷态启动过程中,先烧油按一定的等变率对炉膛进行升温暖炉,锅炉点火缓慢进行,并把炉膛温度提高到可以燃烧主燃料的程度,这时就可以准备投运台给煤机了,破碎地煤粒进入炉膛焚烧,床温继续升高,如果煤量合适,床温过某限定值,就可以停止投油。在锅炉启动的初始阶段加强对床温和烟气含氧量的监视。
由于系统中的给煤机不只一台,控制过程中就要考虑负荷分配的问题。为此SUPMAX800专门设计了名为PARTICIPAT10N的模块,用于实现多路输出控制。应用该算法可以方便地实现多台给煤机的负荷分配,以及手/自动和故障状态下的负荷再分配和跟踪。
在循环流化床锅炉中,床料高度基本同料层差压成正比.床压控制系统的任务就是维持床料高度在适当值,使料层差伍稳定。床料高度太薄,会发生吹穿,运行不稳定,太原则增大风机电耗,分层严重。床层料位过高或过低都会影响流化质量,引起结焦。将床层压降的上限作为开排渣门开始排渣,床层压降的下限作为关排渣门停止排渣的依据。
3.3.2.2总风量控制(一次风、二次风控制)
本系统主要以产生正确的一二次风量为目的,根据实际进火锅炉的总煤量对应的总风量与锅炉负荷要求的总风量取大值,以保证升负荷时,先增风量,后增燃料;降负荷时防止燃料富余,并结合烟气含氧量的校正,和锅炉设定的小总风量取大值作为总风量的设定值,通过与实际总风量的偏差,经运算调节后,产生锅炉总风量信号,以此作为锅炉一次风量的控制指令。
送风系统包括一次风、二次风
●一次风量控制
一次风量保证炉膛内物料能够流化,是用来流化床料,并为燃料的燃烧提供初始燃烧空气;本系统就是以提供适当的床下一次风量为目的,根据总风量对一次风量的要求和床温信号的修整,与小一次风量设定值取大值,作为一次风量的给定,实际进炉膛的一次风量,通过给定值与测量值的偏差,经运算调节后,控制相应调节门的动作。
●二次风量控制
二次风量主要协助完成燃烧,并促成局部低温区以降抵NO2的生成量,达到燃烧。
本系统就是以提供适当的二次风量为目的,根据总风量对二次风量的要求,和主蒸汽流量、烟气含氧量的校正,分别对每一层的二次风量进行控制。同时,根据床温的限与否,调整上下二次风量的比例;二次风量的给定值是根据燃料所需的二次风配比得到。另外为保证锅炉经济燃烧,氧量调节器的输出亦参与二次风给定值的调整.
在锅炉启动期间,风机启动顺序依次为引风机、二次风机、一次风机,其量由一、二次风机根据一定的分配比例提供.
3.3.2.3汽包水位控制
本系统主要为维持汽包水位在正常值,当系统各参数正常工况稳定时,系统采用给水流量、蒸汽流量、汽包水位三冲量对主给水调速泵进行相应调节;当其中某个参数坏或工况不稳定时,系统将自动切换到单冲量调节系统对主给水旁路调速泵进行调节,以满足汽包水位的要求,三冲量与单冲量调节间的自动切换经过分配算法功能实现。通过调节主给水调速泵,给水采用串级三冲量控制。经压力补偿的三路汽包水位信号三取二作为给水调节的主控信号。主调节器接受水位信号,采用比例积分规律,主要通过副调节器对水位进行校正,使水位保持在给定值。副调节器除接受水位信号外还接受蒸汽流量信号和给水流量反馈信号,组成一个三冲量的串级控制系统;通过内回路进行蒸汽流量和给水流量的比值调节,保持汽水平衡。主、副调节器各司其职,参数易于整定。
3.3.2.4主蒸汽温度控制(一级、二级喷水控制)
由于过热器管道较长;为良好的控制品质,通常过热汽温采取分段控制.本方案想过热器的布置为三段布置,和二段后分别布置有喷水减温器.另外由于过热器受热面传热形式和结构的不同,控制方案亦有差别。本方案介绍按温差控制的分段控制系统。
按温差分段控制的目的在于分别控制各段汽温。以维持主汽温为给定值且整个过热器喷水均匀。
为了克服烟气扰动下的过热器喷水调节过程的滞后和惯性,设计中采用了代表负荷扰动的蒸汽流量和风量变化的前馈信号;同时两个串级调节回路的副调节器一旦负荷发生变化。则提前调节减温水流量,扰动,提高了控制品质。
3.3.2.5床温控制
床温是循环流化床较难控制的参数之一。这是因为燃料量的变化不但影响负荷,同时也影响床温,两个物理量之间存在强耦合。为了保证循环流化床锅炉的稳定燃烧并有利于石灰石与燃料中的硫发生反应,达到脱硫效果,床温控制在850度至900摄氏度之间。
为达到以上目的,本方案采取串级校正调节方式。经负荷修正的床温信号进人床温调节器与床给定值比较其输出经不同的函数转换后分别发送给燃料、一次风、二次风调节器对他们的给定值进行修正,这样通过燃料、一次风、二次风调节器的调节作用可基本满足床温控制的要求。床温调节器输出信号转换函数考虑调节床温时对负荷的影响小。
3.3.2.6除氧器水位和压力控制
除氧器控制系统由水位控制和压力控制两个回路组成。
除氧器水位控制回路,在启动和低负荷时采用单冲量调节,正常负荷时采用三冲量调节,通过调节除氧器水位调节阀和凝结水再循环阀来维持水位,保持凝结水流量和给水流量的平衡。当水位高报警时,系统保护逻辑控制凝结水再循环阀开,直至水位恢复正常。
除氧器压力控制回路,在启动时调辅助蒸汽维持除氧器压力,当负荷上升至一定值后,除氧器压力随汽机四段抽汽滑压运行。
3.3.2.7炉膛压力控制
本控制系统的主要作用是通过控制引风机入口的风门挡板来控制引风量,保锅炉炉膛出口的压力。
3.3.2.8料层厚度(差压)控制
循环流化床没有鼓泡床那样明显的流化料层界面,但仍有密相区和稀相区之分,料层厚度是指密相区内静止时料层厚度,一定的料层差压对应着一定的料层厚度。在运行中,料层厚度控制在一定的范围内,料层薄,对锅炉稳定运行不利,炉料的保有量少,放出炉渣可燃物含量也高;若料层太厚,增加了料层阻力,虽然锅炉运行容易控制,炉渣可燃物含量低,但增加了风机电耗。所以为了经济运行,料层差压控制在5000Pa,运行中料层差压过此值,可以通过放渣来调整,放渣的原则是少放、勤放,能连续少量放,一次放渣量太多,将影响锅炉的稳定运行、出力和效率。表计指示料层差压只是一个参考数据,实际料层差压应为表示值减去同风量下的布风板阻力。本方案中床压信号作为床压调节器的测量值,同床压设定值比较后经间隙式PI调节器运算,其输出控制低灰的排放量。
3.3.2.9主蒸汽压力控制
采用DEB-400直接能量平衡策略。控制煤粉量来保证母管蒸汽压力恒定。燃料及风量之间设有交叉限制,以保证增负荷时先加风后加煤,减负荷时先减煤后减风。对于变频控制的给粉机进行高低速的限制。控制系统输出一前馈信号至送风控制系统,使送风量能及时跟上煤量的变化,以保持适当的风煤配比。
此控制系统通过改变锅炉燃烧平衡维持机前压力恒定,当汽机负荷改变时,风量和煤量的调节协调动作,以使锅炉快速响应这一负荷变化,同时也部分补偿了负荷变化时锅炉热量的改变。
4. 顺序控制系统(SCS)
4.1基本要求
4.1.1 SCS是DCS的一部分,控制范围包括在控制室内监视和控制机组所有的辅机、阀门和挡板及设备保护和联锁。
4.1.2 SCS用于启动/停止子功能组项。一个子功能组项被定义为电厂的某个设备组,如一台风机及其所有相关设备。
4.1.3 所设计的子组级程控进行自动顺序操作,目的是为了在机组启、停时减少操作人员的常规操作。在可能的情况下,各子组项的启、停能立进行。
4.1.4 对于每一个子组项及相关设备,它们的状态、启动许可条件、操作顺序和运行方式,均在CRT上有相应的画面显示。SUPMAX800系统的对于每一个子组项都有相应的画面对应。这些画面显示子组项的工艺流程,目前子组项停留在哪一步及停留时间,子组项是在自动运行还是在手动运行,及相应的许可条件。
4.1.5 在手动顺序控制方式下,为操作人员操作指导,这些操作指导以图形方式显示在CRT上,即按照顺序进行,可显示下一步应被执行的程序步骤,并根据设备状态变化的反馈信号,在CRT上改变相应设备的颜色。
4.1.6 运行人员通过手动指令,可修改顺序或对执行的顺序跳步,但这种运行方式要确保满足要求。
4.1.7 在自动顺序执行期间,出现任何故障或运行人员中断信号,使正在运行的程序中断并回到状态,使程序中断的故障或运行人员指令在CRT上显示,并由打印机打印出来。
4.1.8 运行人员可以通过键盘或鼠标在CRT上操作每一个被控对象,每一个被控对象在SUPMAX800上对应一个设备级软件模块,设备级软件模块将自动判断手动操作的许可条件,杜绝运行人员的误动作。
4.1.9 SCS通过联锁、联跳和保护跳闸功能来保证被控对象的。
4.1.10 SCS系统中的执行级使用可立于逻辑控制处理单元的二进制控制模件(BCM卡)。功能详述如下:
● 设备级卡件
现场设备,阀门,风机等一般都具有开反馈、关反馈、开输出、关输出等各种组合类型。每个设备都有一块卡件和软件模块,这种设备模块具有以下几种标准接口:
(1)命令接口:
主要完成应用逻辑和设备信息传递。应用逻辑产生的结果加在这些接口上,设备收到这些信息后,自动完成设备的开、关动作。指令级是人工指令比自动指令,而保护逻辑信号具有权。
命令接口包括:
开闭锁
开禁止
软手操开命令
顺控启动命令
顺序启动禁止
关闭锁
关禁止
软手操关命令
顺控停止命令
顺控停止禁止
自动命令
停止命令
(2) 参数接口:
主要完成现场执行机构和电器的工艺要求,使应用逻辑的结果能适应各种执行机构和电器要求。参数接口包括:
设备类型和种类
输出脉冲时间
动作行程时间
(3) 信息接口:
主要完成设备的信息收集,这些信息可以报警,也可供应用逻辑使用。信息接口包括:
设备动作时报警
设备动作不对位报警
设备现行状态
设备模块的具体功能具体体现了设备级控制逻辑,使用者只要对应用逻辑部分精心设计,就能完成对设备的良好控制。
设备级模块
子组级模块迭加于设备级模块之上。子组级主要完成一组设备的顺序启停,是一步步执行的过程,每一步完成工艺上的特定要求。以送风机子组为例,所包含的设备为送风机马达、送风机出口挡板、送风机油站、送风机马达油站等,当操作员启动送风机子组时,送风机子组级逻辑将进入启动油站步,发命令给油站设备模块命令接口,要求启动油站,同时设定本步停留时间,然后开始测试油站设备模块的信息接口,判断油站是否运行,若在停留时间内,油站运行,则子组顺控逻辑进入关闭挡板步,反之,则停止顺控逻辑,报警并交操作员处理,油站接到子组逻辑的启动命令后,会自动地按设备保护要求执行命令,子组逻辑关心。子组逻辑可以自动执行,也可以手动执行,也可以跳步执行。
4.1.11 SCS控制逻辑由DCS的多功能控制器实现,并保控制的响应速度。可根据控制要求分别定义回路时间,“回路时间”不大于500ms,对具有联锁保护要求快速响应的回路不大于50ms。
4.1.12控制系统组态不影响机械设备的冗余度,并不导致总利用率的减少。对有冗余的机械设备,其控制系统考虑由不同的控制器执行,一个控制器故障不导致所有冗余设备失效。
4.2 SCS基本形式和设计原则
4.2.1 驱动控制接口
在过程控制接口级提供所有驱动控制装置和执行器的控制接口。
驱动控制接口为指令发出设备和电厂动力开关设备之间的标准接口。驱动控制接口担负指令处理和驱动装置状态的监视功能。
驱动控制接口完成单一驱动装置控制的所有任务并且与过程无关。这任务与动力开关装置的型式相适应。卖方与动力开关装置的供货商协商。
输入到驱动控制接口的指令和设备保护逻辑信号由指令逻辑处理,其结果是执行信号,它被转换成与执行机构输入电路相适应的型式。驱动控制接口的监视功能是监视执行机构状态,对辅机马达,包括监视“不对位”故障。驱动控制接口的指令级是人工指令比自动指令,而保护逻辑信号(断开和保护指令信号)具有的权。
驱动控制接口可以用标准控制接口卡的形式或以标准控制算法(STARSTOP,OPENCLOS算法)的形式提供。
驱动控制接口满足下列要求:
a.接受从控制室来的人工指令输入;
b.接受从自动控制系统来的指令输入;
c.接受保护逻辑输入的保护指令信号,保护指令信号有比其它信号高的权;
d.泵和风机的控制提供对驱动装置同时实施“ON”和“OFF”指令的闭锁;
e.驱动装置终端位置监视(马达的接通、断开,阀门和挡板的开、闭状态监视)。阀门和挡板的终端位置信号来自“开位置”和“关位置”的动合型终端开关接点。电动机的“接通”/“断开”反馈信号取自动力开关的动合型接点;
f.电驱动阀门开启过程和关闭过程(方向)监视;
g.泵和风机马达“不对位”故障状态监视:马达事故跳闸报警显示。
h.故障监视:当控制指令发出,但未被执行,经延时发出报警信号并显示;
i.状态监视能在CRT上显示状态信息;
j.送至动力开关电气回路的控制指令要DCS内转换为能与该回路接口的形式。
4.2.2 元件控制
元件控制是一对一的操作,即一个起 / 停操作对应于一个驱动装置。
4.2.3 子组控制
子组控制或叫设备控制是一种以一个设备为主包括其辅助设备和关联设备在内作为一个整体来控制,例如一个风机及其油泵,进出口挡板等,一个操作指令发出后,
按实际运行条件依次自动地操作辅助设备和主设备。于组控制迭加于驱动控制接口之上。
子组控制的逻辑设计满足下列要求:
a、 控制室人工地“起动”和“停机”程序。程序也能由上级功能组控制所启动。子组控制的程序启动后,子组所有驱动装置自动和相继起动和停止,以满足过程需要。
b、 子组控制的每一现行均在CRT上显示。
c、 控制所需信号的状态(断开或顺序步逻辑)在CRT上显示。
d、 在子组控制程序中的每一步的许可条件通过从设备来的反馈检查信号确认,每一步都监视预定的运行时间。
e、 提供从控制室绕过过程条件核对的人工指令使程序向步(跳步)。
4.2.4 局部子组自动控制
局部子组自动控制是使用局部自动控制,例如在故障条件下各用设备自起动。风机子组中备用油泵自起动控制是局部子组自动控制的例子。当功能组或子组控制切除,尚须运行的局部于组自动控制的功能能自动地实现。
局部子组自动控制可以借助人工或通过上级功能组控制切换到手动或自动模式。
4.2.5自动备用设备控制
这种控制是局部子组自动控制对两个或多个并列运行的设备实施。每一个设备可作为别的设备的备用,但是也能够并列运行。
自动各用设备控制按下列原则设计:
a、 动备用设备控制被设计为维持现行的运行方式,因此,一个在运行的设备故障时一个备用设备自动地起动起来。或当运行的设备不能维持要求的工况时(如油压限值),自动启动各用设备并列运行。
b、 自动各用设备控制可通过人工或功能组控制指令选择备用设备处于“备用”现或退出各用。
c、 备用设备自动起动时有信号显示。
4.2.6功能组控制
功能组控制是一种以一个工艺流程为主的包括有关设备在内的自动顺序控制。功能组控制包括较多的“元件”或子组。
功能组控制的特点和实施原则是把在工艺流程上有相互联系并具有连续不断的顺序性控制特征的设备集作为一个整体来控制。要在工艺过程需要的基础上编制电厂过程区域和所包含的功能组设备。
功能组控制设计遵循下列原则:
a、 能组控制系统包括“启动”和“停止”属于这组的有关设备所需的自动程序。
b、 功能组控制程序可以在主控制室由人工指令启动。
c、 “步对步”式程序这样编制:如果执行步内的任何指令遭到拒绝不致引起事故,使操作员有富余的时间采取必要的措施。
d、 当在自动控制过程中出现可能导致事故状态的限制因素时,系统自动返回到出现限制因素前的状态或稳定的状态。在步进式控制中,基本的保护措施是在排除限制因素前暂时停止程序。
e、 功能组控制根据工艺系统特点和需要设置“断点”。在程序序列的断点处,可由人工决定程序是否执行,也可选择自动继续执行下面的程序步。断点设在能稳定运行的断点上。
f、 程序启动后,程序的步和以后的每一步,都自动检查执行这一步所需的所有输入条件(一次判据),如果条件不具备,向操作员发出有关信号。
g、 功能组控制保证动作具有大的立性,在某组范围的故障不影响另外组的工作。
h、 功能组在自动工况时,可由操作员决定执行程序的全部或一部分:在任意一步上中断程序,略去某些操作步。
i、 在故障排除后功能组恢复自动工况时可以重复启动程序,同时检查执行步的条件并越过故障发出前的各步。
j、 功能组具有下列工况:
信息工况
半自动 “步进”工况
自动工况
信息工况使用于由操作员用直接单个操作电气驱动装置的方法执行程序的情况中。
半自动或步进工况是按操作员选定的步执行程序,当输入信号源故障或异常,以及需要越过某些步时,操作员可以用“步进”工况执行程序。
自动工况是在无操作员干预的情况下完成功能组的自动控制程序。
k、功能组的启动/停止,“工况”选择均能在DCS操作员站的 CRT/KB上进行。
l、在CRT上显示功能组控制的有关信息,包括执行步次,执行情况和判据的情况。
4.3 设备及系统保护和闭锁
4.3.1设备保护和闭锁的设计
设备保护和闭锁是为了预防故障事故的发生和发展。设备保护和闭锁包含在辅机的控制系统中,即开/关的控制逻辑中包括保护(工艺过程保护)和闭锁(如操作条件的“许可” )关联系统的保护如锅炉和汽机保护则需提供的保护系统。
辅机设备保护和闭锁的设计按下列原则进行:
4.3.1.1闭锁的主要作用是防止和减少控制作用产生不工况,即防止不的程序或操作被执行。
在驱动控制接口级,在子组控制级和功能组控制级均根据运行要求设置闭锁(例如作为“许可”条件引入工艺闭锁)。
4.3.1.2保护是当危及人身或设备的异常情况出现时自动切除设备或自动投入设备。工艺保护在驱动控制接口级引入,直接作用于跳闸驱动装置或自动起动设备。保护信号具有的权。
4.3.1.3保护跳闸指令对控制对象的作用是“硬性”的,也就是说指令一直保持到设备停止和断开,或者得到人工应答为止。
4.3.1.4保护与闭锁不能从控制室人工切除,而是经常有效的。所有保护功能的执行不取决于其他的控制系统。
4.3.1.5如果一个模拟量变送器已为监视仪表、开环或闭环所用,则这个变送器不再作为保护信号的发生器,此时,对每一个保护信号需要使用一个二进制变送器(如过程驱动开关)。如果变送器是冗余的(双重或三重)并使用比较器监视测量值或采用“中值计算”,保护信号可以经限值监视器从模拟量信号取出。
4.3.1.6从报警逻辑来的“断开”和“接通”保护指令可用于报警信号设备,DCS或其他系统,但在此情况下提供去耦以保回路不受干扰。
4.3.1.7一个驱动装置的保护和闭锁逻辑由立的保险保护,冗余的驱动装置的保护逻辑出口不能共用一个保险来保护。
4.3.1.8用于保护的接点(过程驱动开关或其他开关接点)是“动合”型的,以免信号源先电或回路断线时发生误动作(对采用“断电跳闸”的重要保护除外)。
4.3.1.9 马达的电气保护(过电流、接地、低电压等)信号直接作用于电气驱动装置(断路器)跳闸,不经DCS。但是电气保护动作会自动送一信号到DCS,告知电气保护动作。
4.3.1.10 辅机的工艺保护逻辑由DCS处理,一般不再设置硬接线后备保护。
4.3.1.11 重要的保护信号采用“3取 2”或“2取 1”信号处理逻辑。
4.3.1.12 如果可能,DCS对用于保护的接点输入回路有断路诊断功能。
4.4 SCS的操作与监视
4.4.1一般要求
控制功能能从DCS操作员站的CRT和键盘进行监视和操作。
对每一个单的设备,都可以通过CRT/KB进行单操作。CRT能显示SCS控制所的信息。
4.4.2硬接线后备操作
下列情况考虑硬接线后备操作:
a. 重要设备(锅炉、汽机)设置直接跳闸按钮。
b. 保护要求投入工作的设备,设后备操作(起/停或开/闭)。
c. 为维持现实运行工况而投入工作的设备。
4.4.3 具体功能
下列工艺系统的辅机、阀门、和挡板均由DCS监控:
·汽水系统
·燃烧系统
·风系统
·烟气系统
·点火燃油系统
·汽机润滑油系统及盘车
·凝汽器真空
·循环水系统
·除氧器给水系统
·锅炉吹灰系统
·其它系统。
SCS至少包括但不限于下列子功能组:
·一次风机功能组
·二次风机功能组
·引风机功能组
·给煤机功能组
·主汽系统
·汽包水位系统
·床温及料位系统
·给水泵功能组
4.5 顺序控制系统实施方案
SCS系统用于启动/停止机组系统中的子组。一个子组被定义为由一些相关设备组成的完成某些功能的设备组合,这些设备之间有连锁控制关系,本控制系统可以通过自动/手动的方式完成一个子组的启动/停止控制和在事故状态下紧急处理。
运行人员可以改变子组的运行/控制方式。在手动方式下,运行人员可以操作子组中的所有设备。
自动运行方式下出现故障/人工中断指令,子组控制程序中断,停止在中断位置或恢复到状态。
本项目建议设置以下子组:
给水子组 送风机子组 二次风机子组
给煤机子组 引风机组
吹灰器子组 定期排污控制于组
针对循环流化床锅炉的特殊性,其烟风系统设备的操作和联锁保护描述如下:
1:建立“空气通路”
“空气通路”的建立就是使空气能够从送风机经炉膛、引风机到烟囱。
“空气通路”的建立包括以下条件:
·引风机入口动叶没有关闭;
·送风机入口动叶没有关闭:
·所有的二次风控制挡板没有关闭;
·冷渣器风控制挡板没有关闭;
2:引风机控制
·启动引风机
当“空气通路”已经建立并且没有引风机停止条件存在,则“引风机准备好”指示出现,可进行如下控制操作:
a)操作“开始”按钮;
b)入口动叶挡板将自动关闭(关闭命令来自MCS);
c)一旦入口动叶挡板被证实己关闭,引风机的接触器吸会合;
d)如果在5秒内电机没有运行,则“启动失败”指示出现;
e)一旦电机被证实已运行,经一定时间的延时使风机转速上升后,风机入口动叶将由炉膛压力控制系统控制,并且‘引风机运行”指示灯亮。
·停止引风机
下面任一条件出现将跳闸引风机:
a)运行员操作“停止”按钮;
b)MFT引发或炉膛压力低(加 5秒延时);
c)汽包水位低(加5秒延时);
d)风机喘振;
e)电机过载。
注:·当送风机跳闸后,保持引风机运行,并使引风机入口动叶挡板关至小。保护炉膛压力控制在自动位置。
·除非是操作员引发的停止,否则所有跳闸原因将按出现的先后顺序报警显示,“引风机跳闸”指示亮。
·当引风机跳闸后,入口动叶控制切换到手动保持在上一位置。等确已证实引风机停止后,引风机入口动叶将缓慢地全开以保持自然通风。
·当引风机跳闸后将引发MFT。
·当引风机失去后将跳闸所有的给煤机,冷渣器旋转阀和送风机。
3:送风机控制
·送风机准备好
当“空气通路”仍然建立并且以下条件满足,则“送风机准备好”指示出现:
a)引风机运行:
b)没有送风机“停止”条件存在;
·启动送风机
当“送风机准备好”指示灯亮,并且没有送风机停止条件存在,则按如下步骤执行启动送风机操作:
a)操作员按下“开始”按钮:
b)送风机入口动叶将自动关闭(关闭命令来自MCS)。如果在5秒内入口动叶没有关闭,则“启动失败”显示出现。
c)一旦入口动叶被证实已关闭则送风机接触器吸合;
d)5秒内电机没有被证实己运行,则“启动失败”指示出现。
e)一旦证实电机已运行,入口动叶则交由 MCS控制,“送风机运行”指示灯亮。
·停止送风机
任一下列条件将跳闸送风机:
※ 运行员操作“停止”按钮;
※ 引风机跳闸;
※ MFT引发或炉膛压力高(延时5秒);
※ 汽包水位低;
※ 电机过载;
※ 风机喘振;
※ 布风板压力高;
※ 旋风分离器料位高。
·除非是操作员引发的停止,否则所有跳闸原因将按出现的顺序报警显示,同时“送风机跳闸”指示灯亮。
·送风机跳闸后,入口动叶控制切换至手动并保持上一位置,当确已证实送风机停止后、送风机入口动叶将缓慢全开以保持自然通风。
4:给煤机控制
·启动给煤机
当没有给煤机停止条件存在且允许启动给煤机,给煤机电机可按以下方法启动:
l)当给煤机在就地控制方式时,按下就地的‘启动”按钮;
2)当给煤机在远方控制方式时,按下远方“启动”技钮。
给煤机启动允许条件:
a)给煤机转速指令为零且在手动控制方式(来自 MCS);
b)床温设定值(来自MCS)。
c)MFT已复位;
d)给煤机卸料阀打开。
当调认以上条件满足并且给煤机电机确已运行,则“给煤机运行”指示灯亮。
·停止给煤机
以下任一情况将停止给煤机:
A. 按下就地“停止”按钮;
B. 按下远方“停止”按钮;
C. MFT跳闸;
D. 皮带上没有煤;
E. 皮带下料管堵塞;
F. 给煤机进料管无煤;
H. 卸料阀没有打开。
此时“给煤机停止”指示灯亮