2火力发电厂分散控制系统(DCS)基本知识
分散控制系统（DCS）知识讲解
分散控制系统（DCS）知识讲解分散控制系统技术规范（硬件与软件）一、总则1、DCS系统功能：模拟量控制(MCS)，锅炉炉膛安全监控系统(FSSS)、顺序控制(SCS)和数据采集(DAS)，以满足各种运行工况的要求，确保机组安全、高效运行。
2、DCS应由分散处理单元、数据通讯系统和人机接口组成。
3、DCS系统应易于组态，易于使用，易于扩展。
4、DCS的设计应采用合适的冗余配置和诊断至模件级的自诊断功能，使其具有高度的可靠性。
系统内任一组件发生故障，均不应影响整个系统的工作。
5、系统的参数、报警和自诊断功能应高度集中在CRT上显示和在打印机上打印，控制系统应在功能和物理上适当分散。
6、DCS应采取有效措施，以防止各类计算机病毒的侵害和DCS 内各存贮器的数据丢失。
7、整个DCS的可利用率至少应为99．9％。
二、硬件要求1、一般要求（1）系统使用以微处理器为基础的分散型的硬件。
（2）所有模件均应是固态电路，标准化、模件化和插入式结构。
（3）模件的编址不应受在机柜内的插槽位置所影响，而是在机柜内的任何插槽位置上都应能执行其功能。
2、处理器模件（1）处理器模件应各司其职(功能上应分离)，以提高系统可靠性．处理器模件应使用I／O 处理系统采集的过程信息采完成模拟控制和数字控制．（2）处理器模件带有LED自诊断、显示。
（3）处理器模件若使用随机存取存储器(RAM)，则应有电池作数据存储的后备电源，电池的更换不应影响模件的工作。
（4）某一个处理器模件故障，不应影响其它处理器模件的运行。
此外，数据通讯总线故障时，处理器模件应能继续运行。
（5）对某一个处理器模件的切除，修改或恢复投运，均不应影响其它处理器模件的运行。
（6）执行机组联锁保护和重要的模拟量控制功能的控制器应冗余配置。
（7）冗余配置的处理器模件与系统均应有并行的接口，即均能接受系统对它们进行组态和组态修改。
处于后备状态的处理器模件，应能不断更新其自身获得的信息。
火力发电厂DCS系统
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风烟系统图
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1.6制粉控制系统
1.61球磨机
出口温度 入口负压 给煤量
1.62中速磨
一次风量 一次风温
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1.7旁路控制系统
1.7.1高压旁路控制 1.7.2低压旁路控制
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2、逻辑控制系统（SCS）
➢ 设备的启停控制
1、给水泵 2、送风机、引风机、一次风机、增 压风机 3、小汽机 4、 磨煤机 5、截止阀、风门挡板等
系统主要包括：
1、协调控制系统（主汽压力控制，功率控制、送风控制、引风 控制、燃料控制系统）
2、给水控制系统
3、主汽温度控制系统、再热汽温控制系统
4、机侧\炉侧控制系统（凝汽器、低压加热器、除氧器、高压 加热器）
6、制粉控制系统 5、汽轮机旁路控制系统（高压旁路、低压旁路）
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1.1常规控制方案（PID控制）
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3.锅炉安全监控系统（FSSS）
➢ 锅炉点火 ➢ 火焰检测监视 ➢ 燃料管理 ➢ 炉膛安全保护
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4.机组数据监测系统（DASS）
数据采集及监视温度 压力 流量 电流 电压
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5.汽轮机监测保护系统（TSI）
➢ 震动 ➢ 涨差 ➢ 位移 ➢ 转速
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6.汽轮机电液调节系统（DEH）
火力发电厂DCS系统
主讲人 ：梁伟平
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DCS系统包含的主要内容
DCS基础知识
DCS基础知识DCS系统（DIstirbuted Control System，分散控制系统）是随着现代大型工业生产自动化的不断兴起和过程控制要求的日益复杂应运而生的综合控制系统，它是计算机技术、系统控制技术、网络通讯技术和多媒体技术相结合的产物，可提供窗口友好的人机界面和强大的通讯功能。
是完成过程控制、过程管理的现代化设备。
针对不同行业、不同项目，在充分调查了计算机技术、网络技术、应用软件技术、信号处理技术的基础上，使用各种分散控制系统（DCS），高质量、高标准的完成工程设计、组态、成套供货、现场启动调试、性能测试及考核验收，推出切实可行的技术方案。
系统的主要技术概述1、系统主要有现场控制站（I/O站）、数据通讯系统、人机接口单元（操作员站OPS、工程师站ENS）、机柜、电源等组成。
系统具备开放的体系结构，可以提供多层开放数据接口。
2、硬件系统在恶劣的工业现场具有高度的可靠性、维修方便、工艺先进。
底层汉化的软件平台具备强大的处理功能，并提供方便的组态复杂控制系统的能力与用户自主开发专用高级控制算法的支持能力；易于组态，易于使用。
支持多种现场总线标准以便适应未来的扩充需要。
3、系统的设计采用合适的冗余配置和诊断至模件级的自诊断功能，具有高度的可靠性。
系统内任一组件发生故障，均不会影响整个系统的工作。
4、系统的参数、报警、自诊断及其他管理功能高度集中在CRT上显示和在打印机上打印，控制系统在功能和物理上真正分散。
5、整个系统的可利用率至少为99.9％；系统平均无故障时间为10万小时，实现了核电、火电、热电、石化、化工、冶金、建材诸多领域的完整监控。
6、“域”的概念。
把大型控制系统用高速实时冗余网络分成若干相对独立的分系统，一个分系统构成一个域，各域共享管理和操作数据，而每个域内又是一个功能完整的DCS系统，以便更好的满足用户的使用。
7、网络结构可靠性、开放性及先进性。
在系统操作层，采用冗余的100Mbps以太网；在控制层，采用冗余的100Mbps工业以太网，保证系统的可靠性；在现场信号处理层，12Mbps的PROFIBUS总线连接中央控制单元和各现场信号处理模块。
火电厂DCS系统介绍
实时多任务操作系
统
提供稳定的、可靠的、高效的任 务调度和资源管理功能，确保 DCS系统的实时性和稳定性。
网络通信协议栈
支持多种网络通信协议，如 TCP/IP、Modbus等，实现DCS 系统内部及与其他系统的数据交 换。
系统安全机制
提供用户权限管理、数据加密、 防火墙等功能，确保DCS系统的 安全性和可靠性。
可靠性
DCS系统是火电厂运行的核心，其可靠性直接关系 到电厂的安全和经济运行，需要采取多种措施提高 系统的可靠性。
兼容性
不同厂商和不同时期的DCS系统存在兼容性 问题，需要进行系统升级和改造，实现不同 系统之间的互联互通。
市场前景
市场需求
随着全球能源结构的转型和 环保要求的提高，火电厂需 要更加高效、清洁、灵活的 运行方式，对DCS系统的需
优点与不足
DCS系统能够实现脱硫脱硝设施的实时监控和自动调节，提高环保设施运行效率，但在 实际应用中可能受到设备老化、测量误差等因素的影响。
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW ERA
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火电厂DCS系统发展趋势及挑战
发展趋势
智能化
随着人工智能和机器学习技术的发展，火电厂DCS系统将更加智能 化，能够实现自适应控制、智能优化等功能。
数据库软件
实时数据库
存储DCS系统实时数据，提供高效的数据读写和 查询功能，支持历史数据存储和追溯。
关系数据库
存储DCS系统配置信息、历史数据等，提供灵活 的数据管理和分析功能。
数据库管理工具
提供数据库创建、配置、备份、恢复等功能，方 便用户对数据库进行维护和管理。
控制策略组态软件
控制策略编辑器
分散控制系统讲义DCS的体系结构
分散控制系统讲义DCS的体系结构分散控制系统(Distributed Control System, DCS)是一种基于计算机网络的控制系统，用于监控和控制工业过程中的多个设备和系统。
DCS的体系结构是一个分布式的架构，包括多个分散的控制器，这些控制器通过通信网络进行连接和交互。
本文将详细介绍DCS的体系结构。
DCS的体系结构主要由以下几个组成部分组成：1.控制器：DCS的核心部分就是控制器，它负责处理过程中的各种信号和数据，并根据设定的控制策略来执行相应的操作。
通常情况下，一个DCS系统包含多个控制器，每个控制器负责控制一个或多个设备或系统。
控制器通常由工作站或嵌入式计算机组成。
2.通信网络：DCS系统中所有的控制器、设备和工作站都通过通信网络进行连接和通信。
通信网络可以根据具体需求选择不同的技术，如以太网、现场总线等。
通信网络的稳定性和可靠性对DCS系统的工作非常重要，因为它直接影响了设备之间的通信和数据传输。
3.人机界面：DCS系统提供了一个人机界面，用于监控过程状态和操作控制器。
人机界面通常由一台或多台工作站组成，工作站上配备有显示屏、键盘和鼠标等输入设备。
操作人员可以通过人机界面查看实时数据、控制设备和执行报警处理等操作。
4.设备/系统：DCS系统可以控制和监测多种设备和系统，如发电机、输电系统、制造过程等。
每个设备或系统都有一个或多个控制器与之对应，通过控制器的指令来实现相应的控制操作。
5.数据存储和处理：DCS系统需要存储和处理大量的数据，包括实时数据、历史数据和配置数据等。
数据存储和处理通常由一个或多个数据库服务器来完成，数据库服务器负责数据的存储和检索等操作。
DCS的体系结构具有以下几个特点：1.分布式控制：DCS系统的控制器分布在不同的位置，可以同时控制多个设备和系统。
这种分布式的控制方式使得系统更加灵活和可靠，同时也降低了系统的复杂性。
2.可靠性：DCS系统具有高度可靠性，即使一个或多个控制器发生故障，系统依然可以正常工作。
火电厂的DCS系统
其他功能站
• 在先进的集散控制系统结构中，除了操作 员站、现场控制站和工程师站以外，还有 许多完成特定工作的功能站，如运算各种 高级控制策略的计算站，完成数据日志记 录的日志记录站等。通过这些站的工作， 集散控制系统的结构更加稳固，功能更加 强大。
• 集散控制系统已经发展到具有很强的功能 特性的阶段，其体系特征表现为功能的层 次化。按照功能分层的方法，可以将集散 控制系统的功能分为四级。
什么是DCS系统
• DCS具有以下特点：①高可靠性；②开放性 ；③灵活性；④易于维护；⑤协调性；⑥ 控制功能齐全。在火电厂的 DCS 项目一般 包括数据采集系统 DAS、模拟量控制系统 MCS、炉膛安全与监控系统 FSSS、顺序控制 系统 SCS、厂用电监控系统 ECS、汽轮机紧 急跳闸保护系统 ETS 以及数字电调系统（ DEH）等。
工程师站（Engineer Station）
• 对DCS进行进行离线的配置、组态工作和在 线的系统监督、控制、维护的网络接点。 • 主要功能：提供对DCS进行组态，配置工作 的工具软件，并在DCS在线运行时实时地监 视DCS网络上各个节点的运行情况，使系统 工程师可以通过工程师站及时调整系统配 置及一些系统参数的设定，使DCS随时处在 最佳的工作状态之下。
控制级-数据采集站
• 数据采集站与现场控制站类似，也接收由 现场设备送来的信号，并对其进行一些必 要的转换和处理之后送到分散型控制系统 中的其它部分，主要是监控级设备中去。 • 数据采集站接收大量的过程信息，并通过 监控级设备传递给运行人员。 • 数据采集站不直接完成控制功能，这是它 与现场控制站的主要区别。 • 电子间一般不再独立设置，更多为远程I/O 站。
火电厂DCS系统
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火电厂DCS系统介绍
DCS系统通过计算机网络技术将各个控制 器连接起来，实现集中管理和监控，方便 了操作和管理。
开放性
DCS系统采用开放式设计和标准化的通信 协议，方便与其他系统和设备的连接和集 成。
实时性
DCS系统具有快速的数据处理能力和实时 响应能力，能够及时处理生产过程中的各 种信号和数据。
DCS系统的应用范围
工程师可以使用工程师站进行系统配置、控制逻辑设 计、图形界面制作等任务，以满足生产工艺的需求。
操作站是DCS系统中用于监控现场设备运行状 况的人机界面。
工程师站是用于组态和维护DCS系统的计算机。
通讯设备
01
通讯设备是DCS系统中用于实现各硬件设备之间信 息传输的设备。
02
它包括通讯卡、交换机、中继器等设备，以确保系 统各部分之间的可靠通讯。
蒸汽。
蒸汽驱动涡轮机
蒸汽进入涡轮机，驱动 涡轮机旋转，从而产生
电力。
蒸汽冷凝和回收
蒸汽在涡轮机中释放完 能量后，被冷凝成水， 经过处理后再次循环利
用。
DCS系统在火电厂的配置方案
控制单元
DCS系统通过控制单元实现对火电厂设备的 远程控制和监测。
数据采集
DCS系统实时采集火电厂设备的运行数据， 如温度、压力、流量等。
智能运维
DCS系统将实现智能运维管理，通过实时监测和数据分析， 自动预测设备维护需求和故障风险，提高运维效率和安全 性。
DCS系统的安全性提升
安全防护
DCS系统将加强安全防护措施，采用更加先进的安全技术和加密算 法，保护系统免受网络攻击和恶意软件的侵害。
容错与冗余设计
DCS系统将采用容错与冗余设计，确保系统在发生故障时能够快速 恢复运行，降低对火电厂生产的影响。
哈发培训之分散控制系统的基本知识
7．在线性好、可用性高
分散控制系统除在线完成数据实时采集、分 析、记录监视、操作、控制等基本任务外， 还可实现许多在线功能，如性能计算、寿命 计算与管理、系统的组态及修改、系统内部 故障诊断与维护等均可在线进行。这也是常 规模拟控制系统所不及的。分散控制系统良 好的在线性能和在线工作能力，大大提高了 系统的可用性。
二是指控制系统所具有的功能是分散的，即 计算机控制系统的数据采集、过程控制、运 行显示、监控操作等按功能进行分散，种 功能上的分散的同时，也意味着整个系统的 危险性分散，这是分散控制系统的真实含义。
分散控制系统的产生，可谓是“4C”技术 即计算机技术(Computer)、控制技术 (Control) 通信技术(Communication)和 CRT显示技术，的结晶，是多门类学科互 相渗透、互相促进、综合发展的产物。
1．控制分散、信息集中
分散控制系统将系统功能分解，生产过程的 控制是通过一系列单一功能的模块来实现的， 分散了危险，提高了可靠性。利用系统的通 信网络、存贮设备和软件系统，实现了信息 集中。 体现了即“集中”，又“分散”的 含义，故DCS系统有时又称为“集散控制系 统” 。
2．控制功能齐全、控制算法丰富
6．技术先进、可靠性高
生产过程控制对控制系统的可靠性要求极高， 火力发电机组的控制更为如此。因此，各生 产厂家采用了各种措施来提高产品的可靠性， 这些以先进技术为基础的措施表现在以下几 个方面：
(1)采用功能分散的系统结构，使得危险分散， 保证在局部出现故障时，系统其它部分仍正 常工作而不影响全局，从而提高系统的可靠 性。 (2)采用先进的高质量的大规模或超大规模集 成电路，在确保选用质量可靠的元器件的基 础上，大幅度减少元器件数量和应用表面安 装技术，提高硬件设计和制造的可靠性，最 大限度的降低硬件故障率。
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火力发电厂分散控制系统(DCS)基本知识
1.分散控制系统（DCS）
分散控制系统，英文名称distributed control system，简称DCS。
可以理解为：集中监视，分散控制的计算机系统。
DCS系统按照功能可以分为：数据采集系统（DAS）、模拟量控制系统（MCS）、炉膛安全监控系统（FSSS）、顺序控制系统（简称SCS，有时旁路控制系统BTC和电气控制系统ECS作为SCS的子功能）、数字电液控制系统（DEH）、汽机保护系统（ETS）。
部分火力发电厂汽机保护系统ETS用PLC来实现、旁路控制系统BTC使用专用控制系统（不包含在DCS系统内）。
DCS系统也可以按照工艺系统来划分。
比如某电厂的DCS系统按工艺系统划分为：一号锅炉控制系统、一号汽机控制系统、二号锅炉控制系统、二号汽机控制系统。
2.数据采集系统（DAS）
数据采集系统，英文名称data acquisition system，简称DAS。
采用数字计算机系统对工艺系统和设备的运行参数进行测量，对测量结果进行处理、记录、显示和报警，对机组的运行情况进行计算和分析，并提出运行指导的监视系统。
DAS至少有下列功能：
●显示：包括操作显示、成组显示、棒状图显示、趋势显示、报警显示等。
●制表记录：包括定期记录、事故顺序记录（SOE，毫秒级扫描周期，信号类型为开关量输入DI）、跳闸一览记录等。
●历史数据存储和检索。
注：操作员站相应时间测试。
3.模拟量控制系统（MCS）
模拟量控制系统，英文名称modulating control system，简称MCS。
是指系统的控制作用由被控变量通过反馈通路引向控制系统输入端所形成的控制系统，也称闭环控制或反馈控制。
其输出量为输入量的连续函数。
火力发电厂模拟量控制系统，是锅炉、汽轮机及其辅助运行参数自动控制系统的总称。
火力发电厂主要自动一般有：协调控制系统、给水控制（汽包水位控制）、炉膛负压控制、送风控制(包含氧量校正)、燃料控制、过热器减温水控制、再热器减温水控制、除氧器水位控制、凝汽器水位控制等。
4.炉膛安全监控系统（FSSS）
炉膛安全监控系统，英文名称furnace safety supervisory system，简称FSSS。
当锅炉炉膛燃烧熄火时，保护炉膛不爆炸（外爆或内爆）而采取监视和控制措施的自动系统。
主要功能分为：燃烧器控制系统（BCS）、炉膛安全系统（FSS）。
BCS主要功能：油燃烧、煤燃烧；油燃烧包括：炉前燃油系统控制（油枪、点火枪、吹扫阀、雾化阀控制及油四角顺序控制）；煤燃烧包括：制粉系统控制及顺控。
FSS的主要功能：炉膛吹扫、油燃料系统泄漏试验、燃料跳闸（MFT和OFT）。
MFT跳闸继电器原理图：
（1）不完善的电源系统
（2）完善的电源系统及控制回路
5.顺序控制系统（SCS）
5.1顺序控制系统，英文名称sequence control system，简称SCS。
对火电机组的辅机及辅助系统（不包括外围系统），按照运行规律规定的顺序实现启动或停止过程的自动控制系统。
主要功能：相关系统的顺序控制，相关设备的启动\停止、联锁保护，相关阀门的开\关、联锁等；旁路控制系统TBC；电气控制系统ECS。
顺序控制系统中的重要辅机有：空预器、引风机、送风机、一次风机、凝结水泵、循环水泵、电动给水泵、汽动给水泵前置泵。
5.2汽机旁路控制系统（TBC）
汽机旁路控制系统，英文名称turbine bypasss control system，简称TBC。
主要功能是对汽轮机高、低压旁路系统进行控制。
●旁路装置的功能：
●改善机组的启动性能。
机组在各种工况（冷态、温态、热态和极热态）用高压缸或中压缸启动时，投入旁路系统控制锅炉蒸汽使之与汽机汽缸金属温度较快的相匹配，从而缩短机组启动时间和减少蒸汽向空排放及减少汽机循环寿命损耗，实现机组的最佳启动。
●机组正常运行时，高压旁路装置作为超压保护安全装置。
一旦主蒸汽压力超过高压旁路装置的设定值，高压旁路阀快速开启，并按照机组主蒸汽压力进行自动调节，直至恢复到正常值。
旁路能适应机组定压和滑压两种运行方式，并配合机组控制实现调节负荷的作用。
当汽机负荷低于锅炉最低稳燃负荷时，（不投油稳燃负荷）通过旁路装置的调节，使机组允许稳定在低负荷状态下运行。
5.3电气控制系统（ECS）
电气控制系统，英文名称electric control system，简称ECS。
主要功能是对电气高、低压厂用电源系统进行控制。
6.数字电液控制系统（DEH）
数字电液控制系统,，英文名称digital electric hydrology control system，简称DEH。
基本功能包括：转速控制、负荷控制、阀门管理、阀门试验等。
7.控制室及电子设备间的温度和湿度
a）电子设备间的环境温度宜保持在18℃～24℃，温度变化率应小于或等于5℃h。
b）相对湿度宜保持在45％～70％（对近海电厂，相对湿度宜控制在35％～45％），在任何情况下，不允许结露。
冬季相对湿度不能维持在此范围内时，最低值应以不产生静电为宜；当空调设备发生故障时，应严密监视室温不超过制造厂允许值。
8.分散控制系统远程设备环境
分散控制系统现场布置的远程设备环境的空气质量、温度、湿度应满足制造厂的要求。
9.电磁干扰
a）机组运行时，在电子设备室内不宜使用产生电磁干扰的设备（如移动电话、对讲机等）。
遇特殊情况需要使用时，应按制造厂规定进行（机柜门关闭，距机柜2m以外使用）。
b）机组运行时，严禁在电子设备间使用电焊机、冲击钻等强电磁干扰设备。
10.装修材料
控制室和电子设备室内装修材料除按设计规范选用外，还应考虑防静电、防滑吸光的要求。
11.分散控制系统电源
分散控制系统正常运行时，应由UPS供电。
对于未设冗余UPS备用电源的情况，当UPS故障时，允许短时直接取自保安电源作为备用电源。
每路进线应分别接在不同供电的母线段上。
正确接法：。