【正文】 實(shí)現(xiàn)模件間的通信。 工程師站 操作控制站 PCU 環(huán)形網(wǎng)絡(luò) PCU PCU ? PCU 圖 14 環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 9 除了上述三種基本結(jié)構(gòu)外，還 有樹(shù)形結(jié)構(gòu)、網(wǎng)形結(jié)構(gòu)以及以三種基本結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的復(fù)合形結(jié)構(gòu)。環(huán)形網(wǎng)便于實(shí)現(xiàn)高可靠性通信，也易于設(shè)置冗余的通信線路，但擴(kuò)展性能不象總線形方便。網(wǎng)上的每個(gè)站都要承擔(dān)信息的接收、放大、再傳送的任務(wù)，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，能自動(dòng)旁路信息，而不影響信息 的傳遞。環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下的通信控制不采用集中控制（主站控制）方式，而是由網(wǎng)上各個(gè)站平等地行使通信控制權(quán)。 站 站 ? 通信總線 站 站 ? 圖 13 總線形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖 14所示。因此，總線形結(jié)構(gòu)的應(yīng)用最為普遍。這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于擴(kuò)展，可靠性高，某一個(gè)站的故障不致影響其它站的工作（無(wú)主從結(jié)構(gòu)方式下）。所有的站都通過(guò)相應(yīng)的硬件接口掛到總線 上。 總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖 13所示。由于主從站之間的鏈路是專(zhuān)用的，因而，傳輸效率較高。而各從站的通信處理負(fù)擔(dān)較輕，只需具備簡(jiǎn)單的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信功能。主站集中各從站的信息，按照一定的通 8 信控制策略，把信息轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)的各站。 主站 從站 主站 從站 從站 圖 12 星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 在網(wǎng)絡(luò)中的各站有主、從之分。常用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有三種：星型、環(huán)型、總線型。 2． 從信息系統(tǒng)的角度來(lái)看： DCS 是一個(gè)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，具有不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，連接著功能各異的一個(gè)個(gè)節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間的信息傳送與互換。它對(duì)來(lái)自下一級(jí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以便顯示各單元級(jí)的運(yùn)行情況。它綜合監(jiān)視來(lái)自過(guò)程控制級(jí)各站的信息，集中顯示和操作，可以調(diào)整和修改過(guò)程控制級(jí)的控制方案。Northrup TDC2020， TDC3000 N90， INFI90， Symphony WDPF， OVATION SPECTRUM， I/A Series MAX1000 日 本 橫河 日立 CENTUM，μ XL HIACS3000， HIACS5000 7 這一級(jí)有若干個(gè)現(xiàn)場(chǎng)站（采集站、控制站）組成，它們直接與生產(chǎn)過(guò)程相連，對(duì)所有連接的裝置實(shí)施監(jiān)測(cè)、控制；同時(shí)它還與第 2 層（控制管理級(jí)）相連，向上傳送采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并接收上層來(lái)的操作和組態(tài)信息。我們通常把分散控制系統(tǒng)分為以下四級(jí)（見(jiàn)圖 11）。各級(jí)完成不同的功能。我們應(yīng)該從多種角度來(lái)認(rèn)識(shí)和分析分散控制系統(tǒng)。目前，已應(yīng)用的分散控制系統(tǒng)已有幾十種以上，部分公司的產(chǎn)品如表 11 所示。因而，自從 1975 年底蓋 霍尼維爾公司首先生產(chǎn)出 TDC— 2020 分散控制系統(tǒng)以來(lái)，西方發(fā)達(dá)國(guó)家各控制儀表公司紛紛研制并推出自己的產(chǎn)品，形成一種雨后春筍般的局面，并展開(kāi)激烈的競(jìng)爭(zhēng)。這種即分散又集中的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)適應(yīng)于生產(chǎn)過(guò)程的基本特征，解決了原有計(jì)算機(jī)控制危險(xiǎn)集中，以及常規(guī)模擬儀表功能單一、集中監(jiān)視與操作困難的局限性，因而具有結(jié)構(gòu)上的先進(jìn)性。這些設(shè)備與裝 置既有自身相對(duì)獨(dú)立的功能和作用，同時(shí)又相互間緊密聯(lián)系，按照特定的工藝流程和技術(shù)條件運(yùn)行。經(jīng)過(guò)數(shù)年的努力，于七十年代中期出現(xiàn)了以多臺(tái)微處理機(jī)為基礎(chǔ)，把數(shù)字通信技術(shù)、 CRT 顯示技術(shù)結(jié)合在一起的新型儀表控制系統(tǒng)，即分散控制系統(tǒng)。 七十年代初，微處理機(jī)的出現(xiàn)為計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展開(kāi)辟了一條新的途徑。這樣又將導(dǎo)致投資增加、系統(tǒng)復(fù)雜、使計(jì)算機(jī)控制的優(yōu)越 性難以發(fā)揮。因此，一旦計(jì)算機(jī)故障，將會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的工作，甚至發(fā)生嚴(yán)重的后果。然而，這種集中式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)也存在著致命的弱點(diǎn)，即危險(xiǎn)集中。 計(jì)算機(jī)控制的方式有開(kāi)環(huán)監(jiān)視、閉環(huán)控制、監(jiān)督控制和分級(jí)控制等結(jié)構(gòu)。隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，到了 60 年代后期，計(jì)算機(jī)可靠性有了很大的提高，平均無(wú)故障時(shí)間(MTBP:Mean Time Between Failures)提高到大約 2020 小時(shí)，從而，使過(guò)程控制計(jì)算機(jī)的臺(tái)數(shù)有了迅速的增加。我國(guó)在六十年代中期，也開(kāi)始火電廠計(jì)算機(jī)控制的應(yīng)用試點(diǎn)。 自從計(jì)算機(jī) 1946 年問(wèn)世以來(lái)，人們就注意到了計(jì)算機(jī)在生產(chǎn)過(guò)程控制領(lǐng)域的前景。一臺(tái) 300MW 機(jī)組需要操作控制的項(xiàng)目達(dá) 410～ 450 點(diǎn)，需要監(jiān)視的測(cè)點(diǎn)在 1000 點(diǎn)以上，如果采用常規(guī)模擬儀表，中央控制室表盤(pán)儀表多達(dá)數(shù)百臺(tái)件，控制臺(tái)長(zhǎng)達(dá)十幾米，操作和監(jiān)視相當(dāng)困難，稍有不慎就可能造成重大事故。直到今天，也并不是任何一個(gè)簡(jiǎn)單的生產(chǎn)過(guò)程都需要采用分散控制系統(tǒng)。應(yīng)當(dāng)說(shuō)儀表控制系統(tǒng)不同階段的發(fā)展，一方面與整個(gè)科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平密切相關(guān)，比如采用電子管、晶體管、小規(guī)模集成電路、大規(guī)模集成電路，都局限于一定時(shí)期技術(shù)的發(fā)展水平。針對(duì)工業(yè)過(guò)程控制特點(diǎn)，在提高系統(tǒng)安全可靠性、通用靈活性、最優(yōu)控制性能、綜合管理能力，以及使用與維護(hù)，提高性能 /價(jià)格比等方面，采取了一系列新的方法與策略，使之成為其它控制系統(tǒng)無(wú)法比擬的新一代控制系統(tǒng)。七十年代以來(lái)，一種以多臺(tái)微處理器為基礎(chǔ) ，采用控制功能分散，顯示操作集中，兼顧分而自治和綜合協(xié)調(diào)原則設(shè)計(jì)的新一代儀表控制系統(tǒng)被研制出來(lái)，并得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，這種系統(tǒng)被稱(chēng)為分散控制系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng) DCS）。 1 珠江電廠大型機(jī)組檢修與管理核心技術(shù) 培訓(xùn)專(zhuān)用系列教材 ABB DCS 系統(tǒng)及維護(hù)技術(shù) 珠江電廠 2 目 錄 第 1 章 分散控制系統(tǒng)基礎(chǔ) 1 概述 1 火電廠自動(dòng)化系統(tǒng)概況 8 第 2 章 Symphony 分散控制系統(tǒng)概述 11 Symphony 系統(tǒng)的主要設(shè)備、軟件的名稱(chēng)及縮寫(xiě) 11 Symphony 系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò) ? 12 第 3 章 Symphony 系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)控制單元 18 現(xiàn)場(chǎng)控制站的結(jié)構(gòu) 18 現(xiàn)場(chǎng)控制站的通信模件對(duì) 18 現(xiàn) 場(chǎng)控制站的智能控制器模件 29 IMMFP 所支持的 I/O 子模件 41 第 4 章 Conductor NT 組態(tài) 73 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)畫(huà)面組態(tài) 73 標(biāo)簽組態(tài) 76 歷史數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài) 85 趨勢(shì)畫(huà)面組態(tài) 97 記錄組態(tài) 102 第 5 章 Conductor NT 操作 112 概述 112 用戶界面 113 運(yùn)行 119 系統(tǒng)狀態(tài)畫(huà)面 121 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)畫(huà)面 123 趨勢(shì)畫(huà)面 127 用戶圖形畫(huà)面 131 過(guò)程報(bào)警 134 記錄 137 第 6 章 系統(tǒng)工程工具 Composer 140 Composer 概述 140 Composer 的軟件環(huán)境和項(xiàng)目結(jié)構(gòu) 141 3 項(xiàng)目結(jié)構(gòu)與管理 144 Automation Architect 169 項(xiàng)目組態(tài)舉例 180 控制邏輯組態(tài)舉例 185 第 7 章 功能碼介紹 191 簡(jiǎn)介 191 功能碼舉例 194 功能碼清單 199 第 8 章 分散控制系統(tǒng)的運(yùn)行與維護(hù) 202 分散控制系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境和運(yùn) 行維護(hù) 202 分散控制系統(tǒng)硬件設(shè)備的維護(hù) 203 第 9 章 數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng) 206 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)展的概況 206 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 207 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本功能 210 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要測(cè)點(diǎn)及其分布 216 輸入數(shù)據(jù)的前置及二次計(jì)算實(shí)用方法 218 汽輪機(jī)監(jiān)測(cè)儀表系統(tǒng) 220 第 10 章 單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng) 223 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的基本概念 223 負(fù)荷管理控制中心 (LMCC)229 機(jī)爐主控制器 232 燃燒控制系統(tǒng) 238 給水控制系統(tǒng) 248 主蒸汽溫度控制系統(tǒng) 253 再熱蒸汽溫度控制系統(tǒng) 259 第 11 章 爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng) 264 概述 264 爐膛爆炸的原因及其防止 266 爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成 267 火焰檢測(cè)器 272 典型爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)公用邏輯 273 燃油控制邏輯 288 燃煤控制邏輯 292 4 第 12 章 再熱汽輪機(jī)的數(shù)字電液控制系統(tǒng) 297 數(shù)字電 液（ DEH）在再熱汽輪機(jī)中的應(yīng)用 297 DEH 系統(tǒng)的基本功能 302 DEH 系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速控制 306 DEH 的負(fù)荷控制 311 汽輪機(jī)自啟停 323 機(jī)組的自動(dòng)保護(hù) 325 DEH 的閥門(mén)試驗(yàn)和閥門(mén)校驗(yàn) 330 5 第 1 章 分散控制系統(tǒng)基礎(chǔ) 概 述 在過(guò)程控制領(lǐng)域，隨著生產(chǎn)過(guò)程規(guī)模的擴(kuò)大，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行綜合控制與管理的要求不斷提高。計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展為研制新一代儀表控制系統(tǒng)提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。 分散控制系統(tǒng)綜合了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、 CRT 顯示技術(shù)和過(guò)程控制技術(shù)，簡(jiǎn)稱(chēng)為四 C技術(shù)。 分散控制系統(tǒng)的產(chǎn)生與發(fā)展 在生產(chǎn)過(guò)程控 制領(lǐng)域，常規(guī)模擬儀表控制系統(tǒng)經(jīng)歷了基地式、單元組合式、組件組裝式等幾個(gè)發(fā)展階段。另一方面，生產(chǎn)過(guò)程的規(guī)模，對(duì)控制水平的要求也處于不斷的發(fā)展進(jìn)步之中。然而，以現(xiàn)代化大型發(fā)電機(jī)組為例，設(shè)備與生產(chǎn)過(guò)程十分復(fù)雜，需要采用復(fù)雜控制方案，常規(guī)模擬儀表由于受其功能的限制，就難以滿足要求。因此，十分必要采用新型的儀表控制系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)十多年的研究，于 1959 年在美國(guó)德克薩斯州的一個(gè)煉油廠，第一臺(tái)過(guò)程控制計(jì)算機(jī)投入運(yùn)行，對(duì) 26 個(gè)流量、 72 個(gè)溫度、 3 個(gè)壓力和 3 個(gè)成份進(jìn)行控制。 早 期的電子計(jì)算機(jī)不僅運(yùn)行速度慢，價(jià)格昂貴，體積大，而且可靠性差。七十年代初期，大約 5 千臺(tái)小型計(jì)算機(jī)用于過(guò)程控制，到七十年代中期，上升到約 5 萬(wàn)臺(tái)。與模擬儀表控制系統(tǒng)相比，不僅克服了模擬儀表功能單一、操作顯示分散等不足，而且可以實(shí)現(xiàn)更 高級(jí)的控制規(guī)律，構(gòu)成更先進(jìn)、更合理的控制系統(tǒng)。一臺(tái)計(jì)算機(jī)完成幾十個(gè)、甚至幾百個(gè)回路的控制，以及上千個(gè)過(guò)程變量的測(cè)量、處理、顯示和操作控制。為此人們研究并采取了一系列對(duì)策，諸如采用一臺(tái)計(jì)算 6 機(jī)工作、另一臺(tái)計(jì)算機(jī)備用的雙機(jī)系統(tǒng)；或采用模擬儀表與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)并存的系統(tǒng)；或采取保守的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，即計(jì)算機(jī)失效時(shí)，仍能維持系統(tǒng)在安全的范圍內(nèi)運(yùn)行。除此之外，這種集中式的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)在軟件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)維護(hù)與修改等方面也存在許多困難，而且系統(tǒng)規(guī)模越大，這種困難愈為突出。微處理機(jī)不僅具有價(jià)格低、可靠性高等一系列優(yōu)點(diǎn)，而且對(duì)使用環(huán)境的要求遠(yuǎn)不象小型計(jì)算機(jī)那樣高，更適合工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程條件下應(yīng)用。 大型工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程是由多種設(shè)備與裝置組成的。分散控制系統(tǒng)以多臺(tái)微處理機(jī)為核心，構(gòu)成對(duì)局部生產(chǎn)設(shè)備和工藝流程進(jìn)行直接控制的子系統(tǒng)，再通過(guò)數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)把整個(gè)系統(tǒng)聯(lián)系在一起，實(shí)現(xiàn)顯示操作以至管理的高度集中。同時(shí)，又具備數(shù)字控制算法多樣、配置靈活、可通過(guò)軟件方式實(shí)現(xiàn)高性能控制系統(tǒng)等特點(diǎn)。許多公司為維持自身產(chǎn)品在競(jìng)爭(zhēng)中的地位，不斷地對(duì)產(chǎn)品的性能和質(zhì)量加以改進(jìn)，大大促進(jìn)了產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期。 表 11 部分分散控制系統(tǒng)舉例 分散控制系統(tǒng)的構(gòu)成原理 分散控制系統(tǒng)是一種集成了多種高新技術(shù)的新型控制系統(tǒng)，其原理結(jié)構(gòu)是比較復(fù)雜的。 1． 從控制系統(tǒng)的角度來(lái)看 DCS 是一種分級(jí)的控制系統(tǒng)。 功能分層體系 是分散控制系統(tǒng)的顯著特點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)控制功能分散，操作顯示集中的關(guān)鍵。 ① 過(guò)程控制級(jí) 國(guó) 家 公 司 系 統(tǒng) 名 稱(chēng) 美 國(guó) Honeywell ABB Bailey Westinghouse Foxboro Leedsamp。 經(jīng)營(yíng) 第 4 層 管理級(jí) 生產(chǎn)管理級(jí) 第 3 層 控制管理級(jí) 第 2 層 過(guò)程控制級(jí) 第 1 層 連續(xù)過(guò)程 離散過(guò)程 批量過(guò)程 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備 圖 11 DCS 功能分層 示意圖 ② 控制管理級(jí) 這一級(jí)有管理站（操作員站）和工程師站組成。 ③ 生產(chǎn)管理級(jí) 這一級(jí)通常有服務(wù)器和若干工作站組成。 ④ 經(jīng)營(yíng)管理級(jí) 這一級(jí)通常和辦公自動(dòng)化連接起來(lái)，擔(dān)負(fù)全廠的管理工作，包括各類(lèi)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)、人事管理等等。 ① 通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：是指網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)設(shè)備之間相互連接的方式。 星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖 12 所示。處于中心位置的主節(jié)點(diǎn)稱(chēng)為主站，分布于各處的節(jié) 點(diǎn)為從站，任何兩個(gè)站之間的通信都必須通過(guò)主站。因此，主站的信息吞吐量大，數(shù)據(jù)處理與存貯量要求也大，需要功能較強(qiáng)的硬、軟件設(shè)備組成。 星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)屬于中型網(wǎng)絡(luò)。但可靠性較低，如果主站出現(xiàn)故障，將影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的通信。它是以一條開(kāi)環(huán)的無(wú)源通信電纜作為高速公路。各站的功能可以有主從之分，也可以不分主從站。另外，這