集散型控制系统的设计与应用.ppt

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1、第第7 7章章 集散型控制系统的设计与应用集散型控制系统的设计与应用 7.1 7.1 集散型控制系统的设计集散型控制系统的设计7.2 7.2 集散型控制系集散型控制系统统的的评评价准价准则则与与选择选择原原则则 7.3 7.3 集散型控制系集散型控制系统统的的调试调试、安装与、安装与验验收收 7.4 7.4 集散型控制系集散型控制系统统的的应应用用实实例例 1第七章 DCS的设计应用7.1 7.1 集散型控制系统的集散型控制系统的设计设计 DCSDCS是是综综合合性性很很强强的的控控制制系系统统，它它采采用用诸诸多多复复杂杂的的计计算算机机技技术术、各各种种类类型型的的通通信信技技术术、电电子

2、子与与电电气气技技术术以以及及控控制制系系统统技技术术。DCSDCS所所控控制制的的往往往往都都是是大大范范围围的的对对象象，涉涉及及各各种种类类型型的的控控制制、监监视视和和保保护护功功能能。DCSDCS在在应应用用过过程程中中有有各各种种技技术术人人员员和和管管理理人人员员参参与与。DCSDCS是是针针对对某某一一工工艺艺系系统统的的设设计计。本本章章将将从从工工程程设设计计程程序序的的角角度度来来说说明明这这些些问问题题。通常把工程设计分成以下几个阶段：通常把工程设计分成以下几个阶段：总体设计总体设计初步设计初步设计详细设计详细设计2第七章 DCS的设计应用7.1.1 7.1.1 总体设

3、计总体设计 在在工工程程设设计计的的开开始始阶阶段段，要要对对DCSDCS所所应应完完成成的的基基本本任任务务做做出出设设计计，这这时时的的设设计计实实际际上上是是对对DCSDCS的的功功能能提提出出要要求求，这些功能通常是由用户提出。这些功能通常是由用户提出。1.DCS1.DCS的的控控制制范范围围 设设备备的的形形式式、作作用用、复复杂杂程程度度决决定定了了该该设备是否适合采用设备是否适合采用DCSDCS控制。控制。2.DCS2.DCS的的控控制制深深度度 几几乎乎任任何何一一台台主主要要设设备备都都不不是是完完全全受受DCSDCS控制，只是部分受控制，只是部分受DCSDCS控制。控制。3

4、.DCS3.DCS的的控控制制方方式式 即即DCSDCS的的运运行行方方式式，要要确确定定以以下下内内容容：人人机接口的数量，辅助设备的数量，机接口的数量，辅助设备的数量，DCSDCS的分散程度。的分散程度。在在设计设计的的过过程中要程中要经经常常权权衡性能与价格两方面的因素衡性能与价格两方面的因素，设计设计的的级别级别越高，需要越高，需要权权衡的衡的问题问题就越多，从就越多，从经济经济方面方面来来说说，总总体体设计设计的意的意义义重大就在于此。重大就在于此。3第七章 DCS的设计应用7.1.2 7.1.2 初步设计初步设计 初初步步设设计计是是介介于于总总体体设设计计与与详详细细设设计计之之

5、间间的的设设计计，其其基基本本任任务务是是在在总总体体设设计计的的基基础础上上，为为D DC CS S的的每每一一个个部部分分做做出出典典型型的的设设计计，为为D DC CS S所所控控制制的的每每一一个个工工艺艺环环节节提提出出基基本本的控制方案。的控制方案。1.1.初步设计的主要内容初步设计的主要内容硬硬件件初初步步设设计计的的内内容容 满满足足已已基基本本确确定定的的工工程程对对DCS硬硬件件的的要要求求，及及DCS对对相相关关接接口口的的要要求求。即即确确定定系系统统I/O点点，确确定定 DCS硬件。硬件。软软件件初初步步设设计计的的内内容容 设设计计的的结结果果应应使使工工程程师师可

6、可以以在在此此基基础上设计组态图。础上设计组态图。人机接口设计的内容人机接口设计的内容 决定了今后工程设计的风格。决定了今后工程设计的风格。4第七章 DCS的设计应用 2.2.初步设计过程中应注意的问题初步设计过程中应注意的问题 初初步步设设计计是是在在总总体体设设计计的的原原则则下下进进行行的的，而而不不是是对对总总体体设设计计的的调调整整。设设计计过过程程中中的的一一个个重重要要原原则则是是要要进进行行一一种种设设计计或或决决策策必必须须掌掌握握与与之之相相应应的的信信息息，而而且且要要有有与与之之相相对对应的目的、方法。应的目的、方法。初初步步设设计计以以说说明明问问题题为为目目标标，所

7、所有有初初步步设设计计的的结结果果以以统统一一的的形形式式表表示示当当然然很很好好，但但是是由由于于设设计计对对象象类类型型的的不不同同，做做到到这这点点往往往往是是不不可可能能的的也也是是没没有有必必要要的的。通通常常，连连续续控控制制部部分分用用S SA AM MA A图图表表示示，顺顺序序控控制制部部分分用用顺顺序序框框图图表表示示，联联锁锁保保护护或或典典型型控控制制用用逻逻辑辑框框图图和和文文字字说说明明表表示示，过过程监视和人机接口设计用表格的形式表示。程监视和人机接口设计用表格的形式表示。初步设计初步设计(续续)5第七章 DCS的设计应用7.1.3 7.1.3 详细设计详细设计

8、详细设计是初步设计在详细设计是初步设计在DCSDCS上的具体实现。上的具体实现。详细设计详细设计具有下面的特点具有下面的特点：(1)(1)详细设计详细设计更更针对针对DCSDCS，而不是工而不是工艺过艺过程。程。(2)(2)详细设计详细设计与初步与初步设计设计是相互是相互联联系系。(3)(3)详细设计从详细设计从DCSDCS设备设备出发。出发。(4)(4)与与其其他他的的设设计计不不同同，DCSDCS详详细细设设计计的的结结果果有有两两个个：一一是是设设计计的的组组态态结结果果，二二是是对对设设计计的的说说明明，而而后后者者往往往往容容易被忽易被忽视视。6第七章 DCS的设计应用7.2 7.2

9、 集散型控制系统的评价准则与选择集散型控制系统的评价准则与选择原则原则 评价一个集散型控制系统的准则有以下几条：评价一个集散型控制系统的准则有以下几条：1)1)系统运行不受故障影响；系统运行不受故障影响；2)2)系统不易发生故障；系统不易发生故障；3)3)能够迅速排除故障；能够迅速排除故障；4)4)系统的性能价格比较高。系统的性能价格比较高。集集散散型型控控制制系系统统的的评评价价涉涉及及诸诸多多因因素素，是是一一项项其其复复杂杂的的事事情情。所所以以，归归纳纳为为对对系系统统的的技技术术性性能能、使使用用性性能能、可靠性和经济性等方面的评价，评价的目的是为了使用户可靠性和经济性等方面的评价，

10、评价的目的是为了使用户能正确选择所需要的集散型控制系统。能正确选择所需要的集散型控制系统。7第七章 DCS的设计应用7.2.1 7.2.1 技术性能评技术性能评价价 1.1.现场控制站的评价现场控制站的评价 涉及到以下几个方面的评价：涉及到以下几个方面的评价：(1)(1)结结构分散性构分散性 评价各种评价各种DCSDCS中的现场控制站属于哪种，性能中的现场控制站属于哪种，性能如何。如何。(2)(2)现场现场适适应应性性 (3)I/O(3)I/O结结构构 (4)(4)信号信号处处理功能理功能 具体表现为：系统信号处理精度，信号的具体表现为：系统信号处理精度，信号的隔离，抗干扰指标，信号采样周期以

11、及输出信号的实时性能等。隔离，抗干扰指标，信号采样周期以及输出信号的实时性能等。(7)(7)控制功能控制功能 包括连续控制功能、顺序控制功能和批量控制功包括连续控制功能、顺序控制功能和批量控制功能。能。(6)(6)冗余与自冗余与自诊诊断断 8第七章 DCS的设计应用 2.2.人机接口的评价人机接口的评价 指对操作员站指对操作员站和工程师站进行评价。和工程师站进行评价。(1)(1)操作员站操作员站 对操作员站的操作可归纳为如下几方面：对操作员站的操作可归纳为如下几方面：操作操作员员站的自主性站的自主性操作操作员员站的硬件配置站的硬件配置操作站的性能操作站的性能 (2)(2)工程师站工程师站 工工

12、程程师师站站除除应应具具有有操操作作站站的的所所有有功功能能外外，还还应应评评价价它它是是否否能能进进行行离离线线/在在线线组组态态；是是否否有有专专家家系系统统、优优化化控控制；系统能否在制；系统能否在PCPC机上进行系统组态等。机上进行系统组态等。技术性能评价技术性能评价(2)(2)9第七章 DCS的设计应用 3.3.通信系统评价通信系统评价 应考虑以下几方面应考虑以下几方面：1)1)线路成本与通信介质和通信距离的关系；线路成本与通信介质和通信距离的关系；2)2)通信系统的网络结构；通信系统的网络结构；3)3)网络的控制方法；网络的控制方法；4)4)节点之间允许的最大长度；节点之间允许的最

13、大长度；7)7)通信系统的容量；通信系统的容量；6)6)数据校验方式，对通信规约有无明确要求；数据校验方式，对通信规约有无明确要求；7)7)通信网络的传输速率；通信网络的传输速率；8)8)实时性、冗余性和可靠性；实时性、冗余性和可靠性；9)9)全系统的网络布局；全系统的网络布局；10)10)信息传递协议等。信息传递协议等。技术性能评价技术性能评价(3)(3)10第七章 DCS的设计应用 4.4.系统软件评价系统软件评价 评价集散型控制系统的软件包括：评价集散型控制系统的软件包括：(1)(1)多任务实时操作系统多任务实时操作系统 (2)(2)组态组态及控制及控制软软件件 (3)(3)作作图软图软

14、件件 (4)(4)数据数据库库管理管理软软件件 (7)(7)报报表生成表生成软软件件 (6)(6)系系统维护软统维护软件件 对这些软件应从成熟程度、更新情况、软件升级的方便对这些软件应从成熟程度、更新情况、软件升级的方便程度、软件使用中出现的问题及如何解决等方面加以评价。程度、软件使用中出现的问题及如何解决等方面加以评价。技术性能评价技术性能评价(4)(4)11第七章 DCS的设计应用7.2.2 7.2.2 使用性能评使用性能评价价 评价集散型控制系统的使用性能应考虑以下几方面：评价集散型控制系统的使用性能应考虑以下几方面：1.1.系统技术的成熟性系统技术的成熟性 2.2.系统的技术支持系统的

15、技术支持 维护能力维护能力 备件供应能力备件供应能力 厂家的售后服务厂家的售后服务 技术培训能力技术培训能力 可维护性能可维护性能 3.3.系统的兼容性系统的兼容性 12第七章 DCS的设计应用7.2.3 7.2.3 可靠性与经济性评价可靠性与经济性评价 1.1.可靠性评价可靠性评价 一般包括以下几方面：一般包括以下几方面：1)系系统统的的平平均均无无故故障障间间隔隔时时间间MTBFMTBF，MTBFMTBF越越大大，DCSDCS的可靠性越高的可靠性越高；2)系统的平均故障修理时间系统的平均故障修理时间MTTRMTTR；3)冗余、容错能力；冗余、容错能力；4)安安全全性性，其其内内容容包包括括

16、系系统统的的操操作作控控制制级级别别设设定定，安全措施是否严密等。安全措施是否严密等。13第七章 DCS的设计应用2 2.经经济济性性评评价价 评评价价一一个个集集散散型型控控制制系系统统的的经经济济性性有有两两种种类类型型:在在购购置置和和使使用用系系统统之之前前和和在在系系统统投投入入运运行行一一段段时时期之后。期之后。第一种经济评价着重考虑系统的性能价格比；第一种经济评价着重考虑系统的性能价格比；第第二二种种经经济济评评价价侧侧重重考考虑虑系系统统费费用用和和经经济济效效益益，包包括括以下几方面：以下几方面：初始费用初始费用 运行费用运行费用 年总经济效益年总经济效益 净经济收益净经济收

17、益 投资回收率年限投资回收率年限 可靠性与经济性评价可靠性与经济性评价14第七章 DCS的设计应用7.2.4 DCS7.2.4 DCS的的选择选择原原则则 集集散散型型控控制制系系统统的的选选择择是是系系统统设设计计的的一一个个重重要要内内容容，它它包包括括确确定定系系统统类类型型及及其其子子系系统统和和单单元元两两方方面面内内容容。只只有有这这两两方方面面选选择择都都符符合合控控制制要要求求且且经经济济，系系统统才才有有最最高高的的性性能价格比。能价格比。1 1技术原则技术原则 2 2经济原则经济原则 3 3售后服务原则售后服务原则 15第七章 DCS的设计应用7.3 7.3 集散型控制系统

18、的调试、安装与集散型控制系统的调试、安装与验收验收7.3.1 7.3.1 集散型控制系统的调试集散型控制系统的调试 调试工作包括集散型控制系统出厂前的调试和在用调试工作包括集散型控制系统出厂前的调试和在用户现场的调试。户现场的调试。出厂前的出厂前的调试调试是在厂家有关技是在厂家有关技术术人人员员的指的指导导下，用下，用户户与厂家技与厂家技术术人人员对员对系系统统的硬件、的硬件、软软件件进进行的行的调试调试。用用户现场调试户现场调试是在出厂前是在出厂前调试调试的基的基础础上上进进行的真正行的真正意意义义上的上的实际实际在在线调试线调试。现场调试需要工艺、现场调试需要工艺、电气和设备等相关专业的配

19、合，做好调试前各电气和设备等相关专业的配合，做好调试前各方面准备。方面准备。16第七章 DCS的设计应用7.3.2 7.3.2 集散型控制系统的安装集散型控制系统的安装 集散型控制系统在完成现场开箱检验后就可以进行安集散型控制系统在完成现场开箱检验后就可以进行安装工作，但在安装前必须考虑系统就位时所需要的各项条装工作，但在安装前必须考虑系统就位时所需要的各项条件，因此需经厂家确认后才能开始安装。安装工作一定要件，因此需经厂家确认后才能开始安装。安装工作一定要在在厂厂家家技技术术人人员员的的指指导导下下，按按照照D DC CS S随随机机资资料料中中的的安安装装手手册进行。册进行。安装前应将包括

20、控制室、电源和接地等方面的工作准安装前应将包括控制室、电源和接地等方面的工作准 备好。备好。在准在准备备工作工作结结束后，即可开始安装集散型控制系束后，即可开始安装集散型控制系统统。此外，在系统安装时应注意库房到控制室之间的温度此外，在系统安装时应注意库房到控制室之间的温度变化是否符合系统的要求。变化是否符合系统的要求。17第七章 DCS的设计应用7.3.3 7.3.3 集散型控制系统的验集散型控制系统的验收收 集集散散型型控控制制系系统统的的验验收收包包括括D DC CS S出出厂厂前前的的验验收收和和D DC CS S运运抵用户现场后的验收。抵用户现场后的验收。出出厂厂前前的的验验收收主主

21、要要指指对对D DC CS S的的硬硬件件、软软件件的的性性能能进进行行验验收收，清清点点供供货货清清单单上上的的所所有有设设备备是是否否齐齐全全、是是否否满满足足用用户要求，最后由双方签字认可。户要求，最后由双方签字认可。D DC CS S抵抵达达用用户户现现场场的的验验收收主主要要包包括括开开箱箱检检验验、通通电电检检测和在线测试。测和在线测试。在在产产品品保保证证期期内内，用用户户应应得得到到厂厂家家的的技技术术支支持持，只只要要不是由用户造成的损失，都应给予修复或更换。不是由用户造成的损失，都应给予修复或更换。18第七章 DCS的设计应用7.4 7.4 集散型控制系统的应用实例集散型控

22、制系统的应用实例 目目前前，D DC CS S作作为为一一种种工工业业自自动动化化过过程程控控制制系系统统，已已经经在在炼炼油油、石石油油、化化工工、冶冶金金等等领领域域中中广广泛泛应应用用。如如何何充充分分利利用用集集散散型型控控制制系系统统的的优优势势，研研究究和和实实施施复复杂杂控控制制策策略略，提提高高集集散散型型控控制制系系统统的的应应用用水水平平，一一直直是是工工业业自自动动控控制制领领域所关注的问题。域所关注的问题。下面就以几个下面就以几个DCSDCS的应用实例来阐述的应用实例来阐述DCSDCS的控制功能。的控制功能。19第七章 DCS的设计应用 典型集散型控制系统TDC3000

23、 20第七章 DCS的设计应用 1.1.通用站通用站(Universal Station(Universal Station，US)US)通用站是通用站是TDC3000TDC3000的主要人机接口。它的控制台内集合了一个可灵的主要人机接口。它的控制台内集合了一个可灵活活组组态态的的系系统统，一一般般每每个个控控制制台台配配备备三三台台通通用用站站，一一台台用用于于总总貌貌显显示示，一一台台用用于于单单元元细细目目显显示示，另另一一台台则则用用于于报报警警显显示示。如如果果其其中中一一台台用于过程编程或维修，另两台就可以取代它的全部功能。用于过程编程或维修，另两台就可以取代它的全部功能。按操作任

24、按操作任务务划分，通用站功能可分划分，通用站功能可分为为工程工程师师功能、操作功能、操作员员功能和功能和维维护护人人员员功能。功能。所以所以说说，一个，一个USUS可以由操作可以由操作员员、工程、工程师师或或维护维护人人员员分分别别操作，用以操作，用以完成不同的任完成不同的任务务。2.2.通用工作站通用工作站(Universal WorkStation(Universal WorkStation，UWS)UWS)通通用用工工作作站站是是TDC3000TDC3000的的又又一一个个人人机机接接口口，具具有有USUS的的全全部部功功能能。它它主主要要是是为为工工厂厂办办公公室室管管理理设设计计的的

25、，用用来来做做模模块块标标准准控控制制台台或或专专门门用用户户控控制制台台，对对生生产产过过程程进进行行集集中中监监视视、操操作作和和管管理理，具具有有“触触摸摸屏屏幕幕”和和“开窗口开窗口”功能。功能。TDC3000的的LCN网上挂接的模块网上挂接的模块(1)21第七章 DCS的设计应用3.3.应用模块应用模块(Application Module(Application Module，AM)AM)它它是是用用控控制制语语言言(C Co on nt tr ro ol l L La an ng gu ua ag ge e，C CL L)来来完完成成U UC CN N和和H HW W网网络络上上

26、所所连连接接的的模模块块不不能能实实现现的的高高级级控控制制功功能能、复复杂杂及及多多变变量量运运算算功功能能等等，并并可提高过程控制及管理水平。可提高过程控制及管理水平。4.4.历史模块历史模块(History Module(History Module：HM)HM)历历史史模模块块是是T TD DC C3 30 00 00 0的的存存储储单单元元，可可以以用用来来存存储储过过程程报报警警、操操作作员员状状态态改改变变、操操作作员员信信息息、系系统统状状态态改改变变、系系统统维维护护及及提提示示信信息息、连连续续过程历史数据等。它是过程历史数据等。它是AMAM和和USUS的数据源。的数据源。

27、TDC3000的的LCN网上挂接的模块网上挂接的模块(2)22第七章 DCS的设计应用 5.5.计算模块计算模块(Calculating Module(Calculating Module，CM)CM)计算模块可以通过使用高级编程语言编程来实现更高水平的控制。计算模块可以通过使用高级编程语言编程来实现更高水平的控制。它可以与其他它可以与其他计计算机算机进进行通信，使用行通信，使用预预先先编编好的好的软软件包，也可以件包，也可以为为用用户户提供开提供开发发、调试调试和和实实施施诸诸如如执执行行过过程程优优化、生化、生产规产规划和工厂管理等程序划和工厂管理等程序的开的开发环发环境。境。6.6.接口

28、模块接口模块 (1)(1)网络接口模块网络接口模块(Network Interface Module(Network Interface Module，NIM)NIM)(2)(2)高速通道接口高速通道接口 (Highway Gateway(Highway Gateway，HG)HG)(3)(3)计算机接口计算机接口 (Computer Gateway(Computer Gateway，CG)CG)(4)(4)可编程控制器接口可编程控制器接口 (PLC Gateway(PLC Gateway，PLCG)PLCG)(5)(5)工厂信息网络接口工厂信息网络接口 (Plant Information

29、Network Module(Plant Information Network Module，PINM)PINM)TDC3000的的LCN网上挂接的模块网上挂接的模块(3)23第七章 DCS的设计应用 1.1.逻辑控制站逻辑控制站(Logic Manager(Logic Manager，LM)LM)LMLM是是用用于于逻逻辑辑控控制制的的现现场场控控制制站站。它它具具有有PLCPLC控控制制的的特特点点，同同时时在在UCNUCN网网络络上上可可方方便便地地与与系系统统中中各各模模块块进进行行通通信信，使使DCSDCS与与PLCPLC更更有有机机地地结结合合。LMLM能能使使其其数数据据集集中

30、中显显示示、操操作作和和管管理理，LMLM提提供供逻逻辑辑处处理理、提提醒醒逻逻辑辑编编程程和和逻逻辑辑程程序序执执行行等等操操作作，能能与与LCNLCN和和UCNUCN网网中中的的模模块块进进行行通通信信，并并利利用用控控制制网网络络设设计计特特点点，把把快快速速逻逻辑辑控控制制和和TDC3000TDC3000过过程程管管理理功能有机地结合起来。功能有机地结合起来。TDC3000的的UCN网上挂接的模块网上挂接的模块(1)2.2.过过程管理站程管理站(Process Manager(Process Manager，PM)PM)PMPM集集多多功功能能控控制制器器和和过过程程接接口口单单元元两

31、两者者功功能能于于一一体体，并并在在速速度度、容容量量和和功功能能方方面面有有更更大大改改进进和和提提高高。PMPM由由过过程程管管理理模模块块PMMPMM和和I/OI/O系系统统两两部部分分组组成成，其其中中PMMPMM由由通通讯讯处处理理器器和和调调制制解解调调器器、I/OI/O链链接接口口处处理理器器、控控制制处处理理器器等等三三部部分分组组成成；I/OI/O系系统统由由一一个个冗冗余余的的I/OI/O链链和和最最多多4040个个I/OI/O处理器组成。处理器组成。24第七章 DCS的设计应用 3.3.增增强强型型过过程管理站程管理站 (Advanced Process Manager(

32、Advanced Process Manager，APM)APM)APMAPM是过程管理站是过程管理站(PM)(PM)的发展，它为用户提供一个可靠的输入的发展，它为用户提供一个可靠的输入/输出及控制技术，除了具有输出及控制技术，除了具有PMPM的相同功能外，的相同功能外，APMAPM还可以提供更密集的还可以提供更密集的连续控制和离散控制以及某一装置的子系统信息。连续控制和离散控制以及某一装置的子系统信息。PMPM和和APMAPM具有相同的结构，使用相同的具有相同的结构，使用相同的FTAFTA、同样的供、同样的供电机柜，并且可以进行完全的点对点通讯。电机柜，并且可以进行完全的点对点通讯。PM和和

33、APM是是TDC3000的关键部分。的关键部分。TDC3000的的UCN网上挂接的模块网上挂接的模块(2)25第七章 DCS的设计应用7.4.1 7.4.1 TDC3000TDC3000在大型在大型炼炼油厂的油厂的应应用用 某某大大型型炼炼油油厂厂采采用用TDC3000TDC3000集集散散型型控控制制系系统统进进行行控控制制。该该厂厂第第一一操操作作站站操操作作和和控控制制的的生生产产装装置置是是常常减减压压蒸蒸馏馏装装置置、气气体体脱脱硫硫化化装装置置和和催催化化脱脱硫硫醇醇装装置置。这这里里仅仅介介绍绍DCSDCS在在常常减减压蒸馏装置上的应用。压蒸馏装置上的应用。常常减减压压蒸蒸馏馏装

34、装置置是是根根据据不不同同的的原原油油种种类类和和加加工工的的要要求求，对对原原油油进进行行馏馏分分的的切切割割，得得到到汽汽油油、石石脑脑油油、柴柴油油、蜡蜡油油和和渣渣油油等等不不同同的的油油品品。由由于于常常减减压压蒸蒸馏馏装装置置是是一一种种应应用用较较普遍、设计较成熟的装置，因此，控制方案已基本定型。普遍、设计较成熟的装置，因此，控制方案已基本定型。常常减减压压蒸蒸馏馏装装置置的的主主要要设设备备是是电电脱脱盐盐罐罐、初初馏馏塔塔、常常压压分分馏馏塔塔、常常压压侧侧线线汽汽提提塔塔、减减压压分分馏馏塔塔、常常压压进进料料加加热热炉和减压进料加热炉等。炉和减压进料加热炉等。26第七章

35、DCS的设计应用1.1.硬件配置硬件配置 T TD DC C3 30 00 00 0集集散散型型控控制制系系统统采采用用了了L LC CN N和和U UC CN N的的网网络络通通信系统，在分散过程控制级采用了信系统，在分散过程控制级采用了PMPM过程控制管理站过程控制管理站和和LMLM逻逻辑辑管管理理站站。图图7 7-1 1所所示示为为常常减减压压蒸蒸馏馏装装置置和和其其他他两两个个装装置上使用的第一操作站区的硬件配置图。置上使用的第一操作站区的硬件配置图。为为了了满满足足工工艺艺过过程程操操作作和和控控制制的的要要求求，在在该该操操作作站站区区设设置置了了4 4个个通通用用站站 U US

36、S和和相相应应的的操操作作键键盘盘，为为了了便便于于组组态态和和维维修修，配配置置了了一一个个工工程程师师键键盘盘。系系统统设设置置了了两两台台打打印印机机，一台用于一台用于报报警事件的打印，另一台用于警事件的打印，另一台用于报报表的打印。表的打印。TDC3000TDC3000在大型在大型炼炼油厂的油厂的应应用用(续续)27第七章 DCS的设计应用 图7-1 TDC3000的硬件配置框图 TDC3000TDC3000在大型在大型炼炼油厂的油厂的应应用用(续续)28第七章 DCS的设计应用 2.2.系统的软件配置系统的软件配置 (1)(1)系统软件系统软件 该控制系统的系统软件版本为该控制系统的

37、系统软件版本为Release300Release300，其增强了其增强了PMPM的控制功能。的控制功能。(2)(2)优化应用软件优化应用软件 主要应用了以下优化应用软件。主要应用了以下优化应用软件。回路自整定软件包回路自整定软件包 前景预测控制软件包前景预测控制软件包 实时质量控制软件包实时质量控制软件包 过程模型和优化软件包过程模型和优化软件包 TDC3000TDC3000在大型在大型炼炼油厂的油厂的应应用用(续续)29第七章 DCS的设计应用 3.3.控制系统分析控制系统分析 (1 1)常常压压塔塔塔塔顶顶温温度度和和塔塔顶顶回回流流量量、塔塔顶顶循循环环回回流流量量的的串级控制系统串级控

38、制系统 为为了了节节能能，在在操操作作过过程程中中将将塔塔顶顶回回流流量量相相对对减减少少，因因此此，为为满满足足塔塔顶顶温温度度的的控控制制要要求求，在在生生产产负负荷荷正正常常时时，采采用用塔塔顶顶温温度度和和塔塔顶顶回回流流量量的的串串级级控控制制系系统统；在在负负荷荷增增大大时时，自自动动切切入入塔塔顶顶温温度度和和塔塔顶顶循循环环回回流流量量的的串串级级控控制制方方案案。主主回回路路输输出出通通过过两两个个设设定定值值分分配配器器按按不不同同的的比比率率送送到到两两个个流流量量副副回回路路，作作为为它它们们的的设设定定。设设定定值值分分配配器器的的分分配配系系数数可由操作人员在现可由

39、操作人员在现场设置或调整。控制系统的框图如图场设置或调整。控制系统的框图如图7-27-2所示。所示。TDC3000TDC3000在大型在大型炼炼油厂的油厂的应应用用(续续)30第七章 DCS的设计应用图7-2 常压塔塔顶温度串级控制系统框图 TDC3000TDC3000在大型在大型炼炼油厂的油厂的应应用用(续续)31第七章 DCS的设计应用 (2)(2)原油换热系统的节能控制系统原油换热系统的节能控制系统 原原油油的的两两级级换换热热系系统统中中，为为了了节节能能，先先计计算算出出各各换换热热支支路路汇汇合合前前的的温温差差，经经 加加 权权 运运 算算 后后 给给 出出 各各 支支 路路 流

40、流 量量 的的 修修 正正 系系 数数，从从 而而 减减少了因换热汇合处的温差造成的热量损失。少了因换热汇合处的温差造成的热量损失。(3)(3)加加热热炉炉热热能量控制系能量控制系统统 在在常常压压炉炉和和减减压压炉炉都都设设置置了了加加热热炉炉烟烟道道气气氧氧含含量量分分析析程程序序和和热热效效率率的的计计算程序，并实现热负荷控制、加热炉炉管均衡控制、燃料算程序，并实现热负荷控制、加热炉炉管均衡控制、燃料控制等，从而使加热炉在优化的操作条件下运行。控制等，从而使加热炉在优化的操作条件下运行。TDC3000TDC3000在大型在大型炼炼油厂的油厂的应应用用(续续)32第七章 DCS的设计应用7

41、.4.3 7.4.3 某火力发电厂某火力发电厂200MW200MW发电机组热工发电机组热工系统的系统的DCSDCS控制控制 某某火火力力发发电电厂厂2 20 00 0M MW W发发电电机机组组热热工工系系统统的的控控制制采采用用H HS S2 20 00 00 0D DC CS S系系统统。该该单单元元发发电电机机组组(锅锅炉炉-气气轮轮机机-发发电电机机)热热工工自自动动控控制制系系统统的的控控制制回回路路总总数数为为7 76 6个个，采采集集的的数数据据点点数数为为：模模拟拟量量输输入入为为3 31 17 7点点，模模拟拟量量输输出出为为1 10 04 4点点；开开关关量量输入为输入为1

42、07107点，开关量输出为点，开关量输出为170170点。点。由由于于H HS S2 20 00 00 0系系统统可可以以通通过过多多层层数数据据网网络络将将不不同同设设备备挂挂在在一一起起，实实现现各各部部分分的的数数据据共共享享和和协协调调工工作作，从从而而完完成成如下控制功能。如下控制功能。锅炉燃烧控制锅炉燃烧控制 送风与引风控制送风与引风控制 主蒸汽温度控制主蒸汽温度控制33第七章 DCS的设计应用1.1.系统的硬件结构系统的硬件结构 该发电机组热工系统采用该发电机组热工系统采用HS2000 DCSHS2000 DCS的三层网络结构，的三层网络结构，分为管理级、操作级和现场级。其硬件结

43、构如图分为管理级、操作级和现场级。其硬件结构如图7-37-3所示。所示。(1)(1)系统的网络结构主要有以下几种形式：网络协调网系统的网络结构主要有以下几种形式：网络协调网(MNET)(MNET)、系统网络系统网络(SNET)(SNET)、控制网络控制网络(CNET)(CNET)。(2)(2)现场控制站。现场控制站。(3)(3)操作员站。操作员站。(4)(4)工程师站。工程师站。200MW200MW发电机组热工系统的发电机组热工系统的DCSDCS控制控制(续续)34第七章 DCS的设计应用图7-3 200MW单元发电机组热工自动控制系统的硬件结构图 35第七章 DCS的设计应用2.2.系统的软

44、件配置系统的软件配置 该该200MW200MW发发电电机机组组热热工工系系统统的的软软件件分分为为工工程程师师站站软软件件、操操作作员员站站实实时时监监控控软软件件和和现现场场控控制制站站实实时时控控制制软软件件三三大大部部分分，这这三三部部分分软软件件分分别别运运行行在在系系统统不不同同层层次次的的硬硬件件平平台台上上，并并通通过过系系统统网网络络及及网网络络通通讯讯软软件件，彼彼此此配配合合、互互为为协协调调，交交换换各各种种数数据据及及管管理理、控控制制信信息息，实实现现整整个个集集散控制系统的各种功能。散控制系统的各种功能。系系统统的的组组态态软软件件包包括括系系统统管管理理组组态态、

45、数数据据库库组组态态、控控制制算算法法组组态态、引用组态、图形组态、历史库组态、报表组态等功能。引用组态、图形组态、历史库组态、报表组态等功能。实实时时监监控控软软件件主主要要具具有有图图形形显显示示与与会会话话，报报警警管管理理与与显显示示，报报表表管管理理，各各种种控控制制运运算算，数数据据库库管管理理，历历史史库库管管理理和和系系统统运运行行状状态态监监视视等功能。等功能。200MW200MW发电机组热工系统的发电机组热工系统的DCSDCS控制控制(续续)36第七章 DCS的设计应用本章小结本章小结本章首先讨论了设计集散型控制系统的三个阶段：本章首先讨论了设计集散型控制系统的三个阶段：总

46、总体体设设计计：设设计计开开始始阶阶段段，是是根根据据设设计计的的DCSDCS要要求求进进行行论论证证，提提出出一个全面的、科学的设计方案；一个全面的、科学的设计方案；初初步步设设计计：介介于于总总体体设设计计与与详详细细设设计计之之间间的的设设计计，是是在在总总体体设设计计的的基基础础之之上上对对DCSDCS的的每每一一个个环环节节进进行行典典型型设设计计，它它主主要要考考虑虑如如何何满满足足DCSDCS工艺要求。工艺要求。详详细细设设计计：在在初初步步设设计计的的基基础础之之上上对对DCSDCS进进一一步步完完善善的的设设计计，它它主主要考虑如何实现要考虑如何实现DCSDCS的控制功能。的控制功能。其其次次，研研究究了了DCSDCS评评价价准准则则与与选选择择原原则则。其其核核心心就就是是通通过过评评价价DCSDCS的的使使用用性性能能、可可靠靠性性和和经经济济性性，来来帮帮助助用用户户选择所需要的选择所需要的DCSDCS。最最后后，介介绍绍了了DCSDCS调调试试、安安装装与与验验收收的的一一般般过过程程。并并介介绍了几个典型绍了几个典型DCSDCS产品在实际工程中的应用实例。产品在实际工程中的应用实例。课程课程结束结束37第七章 DCS的设计应用