某省某市城南区集中供热工程中DCS分散控制系统设计运行管理的应用问题及几点体会 优秀专业论文.docx

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1、某省某市城南区集中供热工程中DCS分散控制系统设计运行管理的应用问题及几点体会摘 要：重点分析了某市城南区集中供热工程项目在设计运行管理过程中出现的问题，并能够结合问题提出一些解决方案和提出自己的看法。关键词：DCS锅炉控制系统 热力平衡 通讯网络一、工程概述某市城南区集中供热工程项目设计规模为供热面积256万平方米，总供热量为154MN。建设内容为新建大型热源厂一座，改建、新建换热站23座，直埋有偿敷设一级供热管网17.38KM。一级网供回水设计温度为130/70,热网的设计出口压力为l.6Mpa,二级网供回水设计温度为95/70,工作压力为0.350.5Mpa。供热工程项目设计一个热源厂，

2、一个监控中心和23座热力站，每个热力站供热面积在3.827万平方米之间。供热系统采取一、二级热网换热工艺，热源由三台高温热水锅炉提供。130c高温热水由热源厂通过一级热网送至各换热站换热机组，换热机组将交换后的95c热水输送到二级热网，二级热网DCS控制室现场设备、仪表接线盒操作站操作站0控制站电线缆图1 DCS系统结构示意图硬件设备由管理操作应用工作站、现场控制站和通信网络组成。现场控制站用于现场信号的采集处理.，控制策略的实现，并具有可靠的冗余保证、网络通信功能。包括控制器、电源模块、CPU、通信模块、I/O模块，一般采用1： 1冗余。控制站属于过程控制专用计算机，在实际运行中可以不与操作

3、站相连而独立完成过程控制策略，保证生产装置正常运行。DCS系统的现场实时数据信号通过线缆被采集到控制站存储器，其他数据（量程、工程单位、回路连接信息、顺序控制信息）也在控制站中存储，同时也存储到操作站中，与控制站存储的数据构成映象关系。控制站是整个DCS的基础，它的可靠性和安全性最为重要，为防止死机分布式结构的智能网络控制系统。分散控制系统的软件是由实时多任务操作系统、数据库管理系统、数据通信软件、组态软件和各种应用软件组成。集中供热工程项目选择工艺先进、高效节能、自动化程度高的先进产品，采用先进的DCS集散控制系统实现以分散的控制适应分散的控制对象，以集中的监视和操作达到掌握全局的目的。系统

4、具有较高的稳定性、可靠性和可扩展性。DCS均采用双总线网络拓扑结构。整个系统组成了一个严密、可靠、先进的工业自动化控制和管理系统。当任何一个冗余部件发生故障时，另一个冗余部件就会自动切换到工作状态，极大降低了系统的故障率。采用微机监控，实施科学运行，消除系统失调，可节能15%左右。三、问题的提出及分析解决随着现代科学技术的迅速发展，生产系统的规模越来越大，形成了复杂的大系统，导致了控制对象、控制器以及控制任务和目的日益复杂化，传统的自动控制理论和方法显得已不适应于复杂系统的控制。在热源厂的项目设计安装当中，经常会遇到一些实际问题，在设计时不能在图纸上进行解决，不能把设计思路、设计原则表示清楚，

5、在今后的现场实际安装运行调试中，就会产生问题，轻则不能实现自动控制，需要人为现场手动调节，重则产生事故安全隐患，不可掉以轻心。本项目的自动化控制系统中考虑了以下几个典型问题，列表如下：1.锅炉控制系统的选择在供热工程中对于锅炉的控制系统均有采用PLC和DCS进行控制的，并且有成功的事例和经验，其特点和性能如下：PLC (Programmable Logic Controller旦垃生ll契、交夕去 日口司4之大曰土为生lIB息 ：壬甲 丁 丁11/口71+乙依ill而I全 力为生ll乃益仁后匕七为生ll的是双冗余的100Mbps的工业以太网，米用的国际标准协议TCP/IP。它是安全可靠双冗余的

6、高速通讯网络，系统的拓展性与开放性更好.而PLC因为基本上都为个体工作，其在与别的PLC或上位机进行通讯时，所采用的网络形式基本都是单网结构，网络协议也经常与国际标准不符。在网络安全上，PLC没有很好的保护措施。3. DCS整体考虑方案，操作员站都具备工程师站功能，站与站之间在运行方案程序下装后是一种紧密联合的关系，任何站、任何功能、任何被控装置间都是相互连锁控制，协调控制；而单用PLC互相连接构成的系统，其站与站（PLC与PLC）之间的联系则是一种松散连接方式，是做不出协调控制的功能。4. DCS在整个设计上就留有大量的可扩展性接口，外接系统或扩展系统都十分方便,PLC所搭接的整个系统完成后

7、，想随意的增加或减少操作员站都是很难实现的。5.DCS安全性：为保证DCS控制的设备的安全可靠，DCS采用了双冗余的控制单元,当重要控制单元出现故障时，都会有相关的冗余单元实时无扰的切换为工作单元，保证整个系统的安全可靠。PLC所搭接的系统基本没有冗余的概念，就更谈不上冗余控制策略。特别是当其某个PLC单元发生故障时，不得不将整个系统停下来，才能进行更换维护并需重新编程。所以DCS系统要比其安全可靠性上高一个等级。6.系统软件，对各种工艺控制方案更新是DCS的一项最基本的功能，当某个方案发生变化后，工程师只需要在工程师站上将更改过的方案编译后，执行下装命令就可以了，下装过程是由系统自动完成的，

8、不影响原控制方案运行。系统各种控制软件与算法可以将工艺要求控制对象控制精度提高。而对于PLC构成的系统来说，工作量极其庞大，首先需要确定所要编辑更新的是哪个PLC,然后要用与之对应的编译器进行程序编译，最后再用专用的机器（读写器）专门一对一的将程序传送给这个PLC,在系统调试期间，大量增加调试时间和调试成本，而且极其不利于日后的维护。在控制精度上相差甚远。这就决定了为什么在大中型控制项目中（500点以上），基本不采用全部由PLC所连接而成的系统的原因。7.模块：DCS系统所有I/O模块都带有CPU,可以实现对采集及输出信号品质判断与标量变换，故障带电插拔，随机更换。而PLC模块只是简单电气转换

9、单元，没有智能芯片，故障后相应单元全部瘫痪。PLC的发展基于制造业的现场控制需求，DCS大发展基于化工行业的连续过程控制和监控。从控制需求分类看,控制系统可分成：顺序控制（PLC的基本功能）、过程控制（DCS）、位置控制（CNC）、传动控制（调速或同步），但从发展的角度来看，这几部分控制方式在渐渐融合。我认为有如下几点：一是面向对象不同：PLC面向一般工控制领域,通用性强。DCS偏重过程控制，用于化工行业。二是DCS强调连续过程控制的精度，可实现PID、前馈、串级、多级、模糊、自适应等复杂控制，一般PLC仅具有PTD功能,控制精度不如DCS高。三是DCS系统具有功能强大的SCAND软件包,具有

10、配方功能，并针对不同行开发了专家软件（化工工艺参数配置和控制算法），比PLC应用方便。集中供热中23座换热站全部安装有完整的地方监控系统，与中央监控系统间的信号传输，由光纤宽带通讯完成，控制为双向互动，监控执行器（如各种传感器、电动调整阀等）大多采用国内外成熟产品运行可靠，所以多数热力站已具备无人值守条件。整个监控系统技术先进，无论热源厂锅炉燃烧控制DCS系统,还是热网监控SCADA系统，均是通过招投标形式由外国厂商设计安装。热源厂DCS系统是引进美国霍尼威尔公司的技术和产品；热网SCADA系统采用的是美国霍尼威尔公司的技术与设备（包括23座实现监控热力站的控制器等主要设备）。因此从热源首站到

11、热网监控中心至终端热力站均具备计算机全程自动监控的条件。监控中心的主控机采用单机系统，也就是服务器、通讯和操作员站为一体,可随今后发展自由扩展。热网SCADA系统由过程图显示、图/曲线系统、在线数据库、历史数据库（趋势数据库）报警系统、事件/日志系统、报表系统七部分组成。另外配置有调制解调器，以便美国霍尼威尔公司工程师在需要时访问该系统，提供远程服务及时排除故障。该监控系统属二级网，即中央控制室主控系统DCS和热力站本地自动化系统。目前主控室配备四台计算机及数据输出设备、光纤宽带通讯、交换装置等，两台负责下达控制指令及实时采集各热力站系统反馈数据等（对各站进行实时监控），另两台负责数据备份；输

12、出设备负责输出打印各式图表；DCS主控系统与本地系统间的数字信号传输由数字光纤通信系统完成，采集数据信号采用循检方式（间隔约为两分钟）。主控机操作界面可实现中、英两种文字在线切换，主要界面显示有热源、热网及热力站位置示意图、23座热力站的故障报警、热力站系统示意图等。热力站操作界面实时显示内容：室外气温及24小时温度分段设定值；一级网供回水温度、压力、流量值及调节阀门开度（百分比）；二级网供回水温度、压力、流量值及阀门开度，循环泵启停、热水系统水箱液位及调速频率值等。DCS系统与本地自动化系统为双向互动，即可在DCS主控机上设定温度曲线或固定值，本地机根据下达指令，进行实际参数与设定值的比较，

13、自动调节热力站各相关执行器直至达到要求；也可通过本地机的操作盘设定或修改供热参数，而DCS主控机上如实显示、记录被改参数。热力站本地自动化系统的供热调节控制：根据室外气温条件（温度曲线）和二级网供水温度的要求（设定值），调节一级网阀门开度，控制一级网供水流量；根据二级网供回水温度、压力参数，控制循环泵启停切换、变频调速及阀门开度来满足用户要求；换热站监控系统，采用电信ADSL通信系统实现23座热力站全部无人值守。中央控制站可以查阅每个站的各种运行数据和对控制参数的设定，每座热力站根据实时室外温度调节二级网的水温，建立了一套独特的水温调节控制算法。集中供热中影响供热效果的三个问题：随着社会进步,

14、集中供热在大中小城市迅速发展。然而由于设计、运行和管理因素,在供热系统中，常出现循环流量、系统定压、系统差压等方面问题直接影响供热效果。热力系统的热力平衡问题一直是供热系统热力站的老问题，它一直阻碍了科学供热和节能降耗工作的深入展本；而在热源能力不足情况下，调节不当引起的大面积不热，会将今后运行的热力公司拖入高投入、低效益和社会投诉增加的恶性循环的险境。根据以上分析，结合某集中供热项目特点，提出用周期热量作为依据实现热网平衡调节的理论方法，本项目的热力管网的改建和新建的一共设置23座热力站，供热面积为256万平方米，供热面积最大的站是区热力公司热力站（27万平方米），最小供热面积热力站是市党校

15、热力站（3.8万平方米）。针对多个热力站，采用周期热量能有效地顺应供热具有日复一日的运行规律性，在天气不出现突变的情况下，供热过程在任何一段时间内都可以近似看作一个以天为周期的周期渐进过程。因此，用各热力站在任何一个周期的单位面积供热量，分析热网的热力平衡情况就具备了真实可靠性。同时，用各站在同一周期的单位面积供热量的可比性，调控系统用户的热力平衡，不仅避开了换热设备差异、管网特性不同等因素带来的影响，而且能使流量平衡、温度控制和热力平衡有机地结合起来,最终实现系统产热量与耗热量的基本平衡。这样，通过依据“周期热量”的平衡分析和调控，不仅可以实现全网大局平衡，明确全局和局部的责任，而且也可以通过应用流量平衡和温度平衡等传统管理的单个参数分析方法进一步查找和确定各热力站差异的根由，局部问题局部解决。整个系统采用统一形式的数据采集和监控 SCADA（Supervisor Control And Data Acquisition）系统，对现场的一次水和二次水的热量（流量）、温度、压力、供回水压差以及循环水泵、补水泵、水箱水位等参数进行采集，控制对象为一次水供水流量和循环水泵控制。实现了热力站的