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锅炉房DCS系统

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集散控制系统是以微处理器为基础,采用控制功能分散、显示操作集中、兼顾分而自治和综合协调的设计原则的新一代仪表控制系统。集散控制系统简称DCS,也可直译为“分散控制系统”或“分布式计算机控制系统”。


它采用控制分散、操作和管理集中的基本设计思想,采用多层分级、合作自治的结构形式。其主要特征是它的集中管理和分散控制。目前DCS在电力、冶金、石化等各行各业都获得了极其广泛的应用。


DCS通常采用分级递阶结构,每一级由若干子系统组成,每一个子系统实现若干特定的有限目标,形成金字塔结构。
可靠性是DCS发展的生命,要保证DCS的高可靠性主要有三种措施:一是广泛应用高可靠性的硬件设备和生产工艺;二是广泛采用冗余技术;三是在软件设计上广泛实现系统的容错技术、故障自诊断和自动处理技术等。当今大多数集散控制系统的MTBF可达几万甚至几十万小时。


近年来,在DCS关联领域有许多新进展,主要表现在如下一些方面。
(1)系统功能向开放式方向发展。传统DCS的结构是封闭式的,不同制造商的DCS之间难以兼容。而开放式的DCS将可以赋予用户更大的系统集成自主权,用户可根据实际需要选择不同厂商的设备连同软件资源连入控制系统,达到最佳的系统集成。这里不仅包括DCS与DCS的集成,更包括DCS与PLC、FCS及各种控制设备和软件资源的广义集成。
(2)仪表技术向数字化、智能化、网络化方向发展。工业控制设备的智能化、网络化发展,可以促使过程控制的功能进一步分散下移,实现真正意义上的“全数字”、“全分散”控制。另外,由于这些智能仪表具有的精度高、重复性好、可靠性高,并具备双向通信和自诊断功能等特点,致使系统的安装、使用和维护工作更为方便。
(3)工控软件正向先进控制方向发展。广泛应用各种先进控制与优化技术是挖掘并提升DCS综合性能最有效、最直接、也是最具价值的发展方向,主要包括先进控制、过程优化、信息集成、系统集成等软件的开发和产业化应用。在未来,工业控制软件也将继续向标准化、网络化、智能化和开放性发展方向。
(4)系统架构向FCS方向发展。单纯从技术而言,现阶段现场总线集成于DCS可以有三种方式:① 现场总线于DCS系统I/O总线上的集成――通过一个现场总线接口卡挂在DCS的I/O总线上,使得在DCS控制器所看到的现场总线来的信息就如同来自一个传统的DCS设备卡一样。例如Fisher-Rosemount公司推出的DeltaV系统采用的就是此种集成方案。② 现场总线于DCS系统网络层的集成――就是在DCS更高一层网络上集成现场总线系统,这种集成方式不需要对DCS控制站进行改动,对原有系统影响较小。如Smar公司的302系列现场总线产品可以实现在DCS系统网络层集成其现场总线功能。③ 现场总线通过网关与DCS系统并行集成――现场总线和DCS还可以通过网关桥接实现并行集成。如SUPCON的现场总线系统,利用HART协议网桥连接系统操作站和现场仪表,从而实现现场总线设备管理系统操作站与HART协议现场仪表之间的通信功能。
一直以来DCS的重点在于控制,它以“分散”作为关键字。但现代发展更着重于全系统信息综合管理,今后“综合”又将成为其关键字,向实现控制体系、运行体系、计划体系、管理体系的综合自动化方向发展,实施从最底层的实时控制、优化控制上升到生产调度、经营管理,以至最高层的战略决策,形成一个具有柔性、高度自动化的管控一体化系统。


DCS的软件体系通常可以为用户提供相当丰富的功能软件模块和功能软件包,控制工程师利用DCS提供的组态软件,将各种功能软件进行适当的“组装连接”(即组态),生成满足控制系统的要求各种应用软件。

软件系统

现场控制单元的软件主要包括以实时数据库为中心的数据巡检、控制算法、控制输出和网络通信等软件模块组成。
实时数据库起到了中心环节的作用,在这里进行数据共享,各执行代码都与它交换数据,用来存储现场采集的数据、控制输出以及某些计算的中间结果和控制算法结构等方面的信息。数据巡检模块用以实现现场数据、故障信号的采集,并实现必要的数字滤波、单位变换、补偿运算等辅助功能。DCS的控制功能通过组态生成,不同的系统,需要的控制算法模块各不相同,通常会涉及以下一些模块:算术运算模块、逻辑运算模块、PID控制模块、变型PID模块、手自动切换模块、非线性处理模块、执行器控制模块等等。控制输出模块主要实现控制信号以故障处理的输出。

软件系统

DCS中的操作站用以完成系统的开发、生成、测试和运行等任务,这就需要相应的系统软件支持,这些软件包括操作系统、编程语言及各种工具软件等。一套完善的DCS,在操作站上运行的应用软件应能实现如下功能:实时数据库、网络管理、历史数据库管理、图形管理、历史数据趋势管理、数据库详细显示与修改、记录报表生成与打印、人机接口控制、控制回路调节、参数列表、串行通信和各种组态等。


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一、系统简介

  天箭星锅炉房DCS系统是微型计算机软件、PLC硬件、自动控制、锅炉节能等几项技术紧密结合的产物,系统成功而广泛的应用证明了其体系结构的先进性、可靠性和功能的完整性。天箭星锅炉房DCS系统采用了最先进的技术和开放性标准。向用户提供了更广阔的应用空间和想象空间,是一套适应企业各种自动化需求的、开放的、规模可变的控制系统。

 

二、方案设计理念
  1、建立控制系统基础及框架,实现上传下达参数及指令的基础。
  2、建立控制模型,实现自动化控制。
  3、建立数据库,实现历史参数管理、分析。
  4、运行基础上总结最佳运行状态,结合实际实现最佳控制方式最终实现优化合理运行。
  5、结合热工理论,实现能效管理,建立考核机制。

三、系统结构优势
  1、核心部件采用西门子S7-400冗余的模式,保证锅炉稳定运行不停机。
  2、公共系统及单台锅炉采用西门子S7-300 ET200分站模式,单独自称一套IO采集,保证锅炉之间不相互干扰,分站发生故障不影响其他锅炉部件。
  3、上位机采用研华610-H系列高配置的硬件,配合力控7.0最高版本的软件,保证运行顺畅。
  4、多台上位机同等级备用操作,单台主机或显示器发生突发损坏,其他上位机同时启用操作权限。
  5、受西门子通信模式的启迪,我公司系统采用RS485通信模式对变频器的电流、反馈频率、功率、给定频率等参数进行数字信号传输,实现了设备数据零误差。

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四、系统组成

1、服务器(SE)

  运行在32位网络平台上,可挂接局域网或广域网,并和过程控制网,工厂数据库等连接,为系统操作站(SOPS)、工程师站(ES)及现场控制站提供数据存取服务,提供服务器冗余配置。
2.工程师站(ES)

  运行在32位的网络平台上,可挂接局域网或广域网,和服务器连接,实现系统的组态及监控功能。
3.系统操作站(SOPS)

  运行在32位网络平台上,可挂接局域网或广域网,和服务器连接,实现系统的监控功能。
4.现场控制站(FCS)

  直接与现场打交道的I/O处理单元,完成工业过程的实时监控功能。控制站可冗余配置。同一现场控制站内任何I/O模板都能提供冗余配置。
5. 过程控制网络由一个高速的控制网络构成,其控制网络可以实现和服务器、工程师站、系统操作站、现场控制站的连接,完成数据、命令等传输,并可冗余配置,从而使得数据传输更安全有效。对特殊的数据传输和调度可同时提供一个低速控制网。低速控制网可实现服务器、工程师站、系统操作站、和现场控制站的点对点连接,完成数据传输。低速过控制网连接方式可采用RS232、RS485、modbus、拨号网(市话网)及无线GPRS传输网。高速现场控制网络和低速控制网可同时并存。

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五、锅炉房DCS系统方案特点
  1、锅炉参数可设定:根据运行经验及热工计算,可由上位机进行运行参数设定,系统根据设定参数进行运行。
  2、恒定炉膛负压:鼓引风机频率调节,实现恒定炉膛负压,并建立数学计算模式,消除反应时间造成的震荡。
  3、根据风量配比建立计算公式:调节炉排转速及煤层厚度,实现煤量供应合理。
  4、加装含氧量检测装置:对锅炉含氧量进行检测,随时了解锅炉燃烧状况,并进行调整。
  5、换热器恒定二次侧回水压力及流量低限:变频定压补水,保证二次侧循环水量充足。
  6、换热器可由上位机设定二次侧回水温度:根据室外温度,设定二网回水温度,从而调节一次网水泵流量,调节二次侧出回水温度,合理利用锅炉输 入热量,实现优化运行。
  7、回水温度限制:二次侧回水温度不低于最低运行温度。
  8、能源管理:根据消耗热能、电费、人工等可计算单位面积耗能,便于管理人员进行分析改进。
  9、系统扩展功能:控制点数可根据用户新需求扩展。
  10、通讯功能:通过接入专线网络,实现数据的实时传输。
  11、报警功能:完善的预警报警功能,系统故障、数据超限、脱离合理运行状态等均出现报警。
  12、检测一、二次侧流量、热量,进行能源管理。
  13、参数记录;自动采集并保存运行数据,便于运行中的故障、热效率、运行成本分析及制定热网平衡调整方案。


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