课程设计说明书名称DCS与现场总线技术典型工程应用案例分析——DCS在锅炉系统中的应用2012年6月11日至2012年6月15日共1 周院系电子信息工程系班级10电气2姓名学号系主任张红兵教研室主任邓建平指导教师目录第一章绪论 (2)1.1 DCS与现场总线技术 (2)1.1.1 集散控制系统（DCS）及其应用 (2)1.1.2现场总线控制系统（FCS）及其应用 (5)1.2 典型工程应用案例介绍 (6)第二章 DCS在锅炉系统中的应用案例分析 (8)2.1方案的总体设计分析 (8)2.2案例的系统结构和硬件配置分析 (8)2.2.1 系统硬件配置 (8)2.2.2 现场控制站设备配置 (10)2.3案例的可靠性设计及组态分析 (12)2.3.1 DCS系统的可靠性原理 (12)2.3.2 锅炉系统中DCS组态 (13)2.4案例的抗干扰措施 (13)2.4.1电源系统的干扰及应采取的措施 (14)2.4.2电磁干扰及应采取的措施 (14)2.4.3信号线的传送干扰及应采取的措施 (14)2.4.4防止静电干扰的措施 (14)第三章总结 (16)3.1对上述系统分析 (16)3.2 心得体会 (16)参考文献 (17)附录 (18)第一章绪论1.1 DCS与现场总线技术DCS及现场总线技术是由计算机、信号处理、测量控制、网络通信和人机接口等技术综合产生的一门应用技术。

1.1.1 集散控制系统（DCS）及其应用集散型控制系统(DCS)的实质是利用计算机技术对生产过程进行集中监视、操作、管理和现场前端分散控制相统一的新型控制技术。

它的出现是工业控制的一个里程碑。

工业过程控制的发展逐步从单机监控、直接数字控制发展到集散控制，也必将由集散控制进展到拥有更广阔应用前景的计算机集成制造，近几年的计算机集成制造(CIMS)技术的成就足以证明这一点。

1、集散控制系统集散控制系统（Distributed control system）是以微处理器为基础的对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的集中分散控制系统，简称DCS系统。

该系统将若干台微机分散应用于过程控制，全部信息通过通信网络由上位管理计算机监控，实现最优化控制，整个装置继承了常规仪表分散控制和计算机集中控制的优点，克服了常规仪表功能单一，人-机联系差以及单台微型计算机控制系统危险性高度集中的缺点，既实现了在管理、操作和显示三方面集中，又实现了在功能、负荷和危险性三方面的分散。

DCS系统在现代化生产过程控制中起着重要的作用。

集散控制系统一般有以下四部分组成：一、现场控制级又称数据采集装置，主要是将过程非控变量进行数据采集和预处理，而且对实时数据进一步加工处理，供CRT操作站显示和打印，从而实现开环监视，并将采集到的数据传输到监控计算机。

输出装置在有上位机的情况下，能以开关量或者模拟量信号的方式，向终端元件输出计算机控制命令。

二、过程控制级又称现场控制单元或基本控制器，是DCS系统中的核心部分。

生产工艺的调节都是靠它来实现。

比如阀门的开闭调节、顺序控制、连续控制等等。

三、过程管理级DCS的人机接口装置，普遍配有高分辨率、大屏幕的色彩CRT、操作者键盘、打印机、大容量存储器等。

操作员通过操作站选择各种操作和监视生产情况。

四、经营管理级又称上位机，功能强、速度快、容量大。

通过专门的通信接口与高速数据通路相连，综合监视系统各单元，管理全系统的所有信息。

集散控制系统的特点DCS控制系统与常规模拟仪表及集中型计算机控制系统相比，具有很显著的特点：1、系统构成灵活。

从总体上看，DCS就是由各个工作站通过网络通信系统组网而成的。

你可以把他现象成“因特网”。

根据生产需求，你可以随时加入或者撤去工作站，系统组态很灵活。

2、操作管理便捷。

DCS的人机反馈都是通过CRT跟键盘、鼠标等实现的。

你可以想象成在因特网冲浪一样，你可以监视生产装置乃至整个工厂的运行情况。

3、控制功能丰富。

原先用模拟控制回路实现的复杂运算，通过高精度的微处理器来实现。

4、信息资源共享。

你可以把工作站想象成因特网上的各个网站，只要你在DCS系统中，并且权限够大，你就能了解到你要的任何参数。

5、安装与调试方便。

相比原先的模拟控制系统，那么多的飞线头，一大堆类似头发丝的电线。

DCS系统算是很方便了。

6、安全可靠性高。

难道现在还有什么东西的可靠性比电脑更高吗！DCS系统的硬件结构DCS的硬件系统主要由集中操作管理装置、分散过程控制装置和通信接口设备等组成。

通过通信网络将这些硬件设备连接起来，共同实现数据采集、分散控制和集中监视、操作及管理等功能。

现场控制站现场控制站中的主要设备是现场控制单元。

现场控制单元式DCS直接与生产过程进行信息交互的IO处理系统，它的主要任务是进行数据采集及处理，对被控对象实施闭环反馈控制、顺序控制和批量控制。

用户可以根据不同的应用需求，选择配置不同的现场控制单元构成现场控制站。

它可以是以面向连续生产的过程控制为主，辅以顺序逻辑控制，构成的一个可以实现多种复杂控制方案的现场控制站；也可以是以顺序控制、连锁控制功能为主的现场控制站；还可以是一个对大批量过程信号进行总体信息采集的现场控制站。

现场控制站是一个可以独立运行的计算机检测控制系统。

由于它是专为过程检测、控制而设计的通用型设备，所以其机柜、电源、输入输出通道和控制计算机等，与一般的计算机系统有所不同。

操作站运行在PC硬件平台、NT操作系统下的通用操作站的出现，给DCS用户带来了许多方便。

由于通用操作站的适用面广，相对生产量大，成本下降，因而可以节省用户的经费，维护费用也比较少。

为了实现监视和管理等功能，操作站必须配置以下设备：1、操作台，也就是高档电脑桌；2、微处理机系统，就是高档电脑；3、外部存储设备，简单说就是大容量硬盘；4、图形显示设备，就是电脑显示器；5、操作键盘跟鼠标；6打印输出设备。

2、DCS在工业过程控制中的应用集散型控制系统（DCS）作为新一代的工业自动化过程控制和管理设备，至今虽然只有二十多年的历史，但已在石化、冶金、电力等工业领域得到了广泛的应用。

我国在八十年代初期开始引进集散控制设备，从此开始了集散型控制系统在我国工业控制领域的应用。

石油化工行业新建的大中型石化设备均采用集散控制系统（DCS），石化企业的第一套DCS是1982年上海高桥石化公司炼油厂引进的美国Foxboro公司的Spectrum系统，用于常减压装置生产控制。

在冶金行业，集散控制系统（DCS）的应用集中在宝钢这样的新建企业和首钢、鞍钢、武钢、重钢、马钢等扩建的分厂。

冶金系统的第一套集散控制系统是首钢公司购进的美国Bailey公司的Network-90系统，用于其烧结厂自动控制系统。

电力系统的第一套集散控制系统（DCS）是1985年辽宁朝阳电厂采用的瑞士BBC公司的Procontrol－P系统，用于改造200MW机组的顺序控制系统和燃烧器管理系统。

目前集散系统（DCS）在火电厂的应用泛围主要包括：模拟量控制、数据采集和处理、锅炉炉膛安全监控、顺序控制、汽轮机数字电液控制等五方面。

与此同时，在八十年代末期至九十年代初期，国家组织了精悍的科研力量联合攻关，相继研制出我国自己的集散型控制系统。

这一时期涌现出的代表产品有DJK－7500（重庆自动化所），HS-DCS-1000（电子部六所）、STAR－2000（阿继电器股份有限公司）、DCS-100（清华大学自动化系）、DJK－2000（上海自动化所）、友力－2000（石化总公司、航天部二院）等。

阿继电器股份有限公司研制的STAR-2000集散控制系统，1989年自第一套应用系统（电站锅炉灭火保护MHB－Ⅲ/B）在河南新乡电厂投运以来，相继在哈尔滨第三发电厂200MW机组的模拟调节系统、石家庄阳逻300MW机组的灭火保护系统等数十个电厂的生产过程控制中得到应用。

在此基础上，其第二代产品Star－3000近年来在工业领域得到了更广泛的应用，在技术上更是得到了长足发展。

集散型控制系统今后的发展方向：集散型控制系统的发展方向是基本调节器向少回路或单回路方向发展；基本调节器除了PID和其他算法外，还将逐步采用更为有效的新的算法，使之具有新的功能（如增益自适应功能）；采用光导纤维代替高速数据通道，并统一通讯规程；力求灵活地运用现代控制理论，以得到更为通用的控制算法。

1.1.2现场总线控制系统（FCS）及其应用1、现场总线控制系统现场总线控制系统是目前最新型的控制系统，它是一种全计算机、全数字、双向通信的新型控制系统。

现场总线技术给自动化领域带来了一场革命，代表了自动化的发展方向。

数字通信是一种趋势，也是技术发发展的必然。

从理论上讲，双向数字通信现场总线信号制技术必将会给火电厂安全经济运行及提高管理水平带来实实在在的效益。

这是过去在电站中使用过的任何控制系统所无法与之相比拟的。

作为现场总线控制系统的核心部分——总线协议，已经在火电厂控制系统的通信网络中成功运行，这不仅消除了人们以前存有的许多疑团，也为现场总线控制系统在火电厂推广应用打下了良好的基础。

2、FCS在工业过程控制中的应用现场总线控制系统，在以顺序控制为主，以PLC（可编程逻辑控制器）为硬件的火电厂辅助车间控制系统联网控制中，可以发挥最大效益。

PLC作为一个站挂在高速总线上，充分发挥PLC在处理开关量方向的优势。

现场总线在该领域的应用已经取得成功，这将是今后一段时间内火电厂辅助车间适度集中控制方针得以实现的一种优选方案。

由于目前能满足火电厂控制要求的数字式智能现场装置的品种还很少，理论上的现场总线效益还不能充分发挥。

因此，在大型机组上全面采用典型的现场总线控制系统的时机尚未成熟。

目前，某些控制系统不失是一种向FCS过渡性的控制系统，它既保留了DCS系统中功能很强的控制器及I/O模件，同时在通信网络又遵循现场总线协议。

我们将该系统称之为在通信和数据传输方向遵循现场总线协议的数字式分散控制系统，暂称该系统为FDCS。

1.2 典型工程应用案例介绍DCS在锅炉系统中的应用在社会经济高速发展的今天，企业对产品的质量要求越来越高，对安全性的重视程度也越来越高。

这就要求必须进一步提高自动控制系统的准确性和安全性，以便满足市场需要。

锅炉系统作为经济发展的重要保障，其正常的工作运转有其重要意义。

1、系统规模和要求以6～20t/h的小型锅炉为例，其特点是蒸发量小，大多为低压饱和蒸汽，压力为0.4～106 Mpa，燃烧方式为链条炉排，往往几台锅炉共用一根母管供应水，用一根母管向外汽，或供热水取暖用。

整个锅炉微机控制系统的结构可归结为“三点一线”式的结构。

“三点”系指连接在网络上的三种不同的类型节点。

这三种不同的类型节点是：(1)面向被控过程现场的I/O 控制站；(2)面向操作员的操作站；(3)面向监督管理人员的工程师站。