热控DCS培训资料.docx
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热控DCS培训资料
培训资料
Symphony系统是ABB公司九十年代后期推出的，融过程控制和企业管理为一体的新一代分布式过程控制系统。
以九十年代初期Infi90Open为基础，在更新、发展、兼容的原则要求下，进一步完善了系统的结构，强化了系统中各设备的功能，形成了当前的Symphony系统。
以下对Symphony系统提供的电厂过程控制系统的功能群（包括电气系统及电厂公共系统的控制）分别作一个概括性的描述。
1Symphony系统配置方案及其说明
Symphony系统具体包括：
a）现场（过程）控制单元
b）中控室设备（人机接口）、大屏幕接口
c）网络通讯系统
d）Symphony与其它系统的接口
e）远程I/O
1.1现场控制单元HCU（HarmonyControlUnit）
1）现场控制单元是DCS电厂控制的核心，具有重要的作用。
实现锅炉保护，模拟调节，顺序控制，数据采集等与工艺过程和设备直接相关的功能。
对现场控制单元的要求是：
a）具有高可靠性，在各种工况下确保过程的安全。
b）分散与灵活性，适应各种的工艺过程的要求。
c）实时与快速性。
快速处理多个回路，在各种工况下都能完成全部任务。
d）开放性。
在完成任务的同时能够实现多种通讯方式。
2）现场控制单元HCU中的主要部件包括：
a）过程控制机柜
b）过程控制器
c）I/O模件及SOE模件
d）电源系统
控制机柜分配
单元机组控制机柜的分配按汽机、锅炉分开布置，分别布置在汽机房（8.5米层）的电子室B，锅炉运转层（13.7米层）的电子室A，以及汽机房中压开关室（用于6KV开关）内，并分别完成DAS、MCS、SCS、FSSS和电气控制的功能。
这些设备由每台机组各自的控制网络C-Net环路相连，从而形成两个相对独立的环网。
在两台机组的环网之间设置一个公用环网，对两台机组的公用部分（包括公用厂用电系统、燃油泵房、热力系统公用部分等）进行控制。
其中厂用电源公用系统、热力公用系统的机柜亦布置在8.5米层的汽机电子室B内。
循环水泵房（单元机组）及燃油泵房（两机公用）控制子系统的远程控制机柜布置在相应的就地控制室内。
本项目Symphony控制机柜的具体分配及数量如下所述。
其中每个HCU模件柜都是控制网络C-Net上的一个节点。
数字输出用的继电器（220VAC/5A，或220VDC/7.5A）已安装在端子柜中的相应端子单元上。
1）单元机组：
模件柜
（包括冗余电源）
端子柜
电子室A：
锅炉DAS系统
1个
1个
锅炉MCS系统
1个
1个
锅炉FSSS系统
2个
4个
锅炉SCS系统
2个
3个
电子室B：
汽机DAS系统
1个
2个
汽机MCS系统
1个
1个
汽机SCS系统
2个
4个
单元机组电气系统
1个
2个
汽机房中压开关室：
1个
2个
循环水泵房（远程，IP56等级）：
1个
1个
另有锅炉、汽机发电机等区域远程I/O子系统一套。
（详见远程IO部分描述）
2）公用系统：
模件柜
（包括冗余电源）
端子柜
电子室B：
公用电气、公用热力系统
1个
2个
燃油泵房（远程，IP56等级）：
1个
过程控制器分配
多功能处理器BRC100（BridgeController）是Symphony系统中完成过程控制（执行数据采集、逻辑/PID运算、优化算法、控制输出等）的重要模件。
BRC100是原多功能处理器MFP11/12的升级产品，具有大容量、高速度、高可靠性，和结构紧凑灵活、易于分散等面向工业控制的显著特点。
在本项目中，BRC100全部是冗余配置的，各单元机组及公用系统配置了以下的BRC100：
1）单元机组：
BRC100
工艺对象
锅炉DAS系统
1对
数据采集和处理
锅炉MCS系统
2对
机组协调控制/磨煤机控制、燃油系统：
1对；
锅炉风烟系统和主汽温、再热汽温控制：
1对
锅炉FSSS系统
6对
前墙：
每层煤、油燃烧器（共计6只煤燃烧器、6只油燃烧器）：
1对，三层计3对；
后墙：
每层煤、油燃烧器（共计6只煤燃烧器、6只油燃烧器）：
1对，三层计3对；
FSSS公共逻辑：
与上述任意一层的一对BRC合用
锅炉SCS系统
3对
锅炉风烟系统、锅炉制粉/燃油系统:
按A、B侧分开布置，计2对；
锅炉汽水系统等：
1对
汽机DAS系统
1对
数据采集和处理
汽机MCS系统
1对
给水控制和除氧器水位/压力控制，以及其他一些辅助系统的控制等：
1对
汽机SCS系统和循环水泵房（远程）
5对
包括有二十多项的功能子组系统的顺序控制；
其中，循泵房远程控制使用其中的1对。
单元机组电气系统
2对
发电机-变压器组、高压厂用电源控制系统：
1对；
锅炉/汽机侧的低压厂变、柴油发电机组的控制等：
1对
汽机房中压开关室
1对
用于6KV断路器
2）公用系统：
BRC100
工艺对象
公用热力系统和
燃油泵房（远程）
1对
热力系统公用部分，以及燃油泵房远程控制等
公用电气部分
1对
启动/备用变压器、公用低压厂变等
注：
主要功能码处理时间的比较（单位s微秒）
功能码
MFP
BRC
BRCvsMFP
功能码
MFP
BRC
BRCvsMFP
Lead/Lag
193
60
3.2
SequenceofEventLog
364
97
3.8
Summer（FourInput）
72
26
2.8
Multi-stateDeviceDriver
137
40
3.4
PID（PVandSP）
752
230
3.3
SequenceMaster
120
33
3.6
AIExceptionReport
120
38
3.2
AdvancedPIDController
900
309
2.9
DIExcptionReport
80
26
3.1
SmithController
530
146
3.6
Symphony多功能处理器BRC的应用特点
BRC100是Symphony系统中用于在线控制与管理模件。
考虑到过程控制中分散性、可靠性的要求，BRC100除了采用高性能的32位工业计算机芯片和完善的模件设计方法、表面安装技术以外，还具有很多适用于过程控制的特殊性能。
分散性：
BRC不但具有大容量、高速度、高可靠性的特点，而且结构紧凑、灵活，易于分散。
这样就避免了由一对大控制器控制多个工艺对象的集中控制所带来的问题，如危险集中，不便于维护和调试，可分性差等缺点。
集多种类型的控制于一身。
BRC可同时完成模拟调节，顺序控制，数据采集等控制任务。
先进的过程控制算法使模件的分配不受其功能的限制。
可以完全按工程师对被控过程的了解来灵活地分配系统中的BRC。
多任务的操作系统。
设计者可以将BRC中的控制策略分成8个不同的部分，每部分采用不同的执行周期。
这样可以使同一块BRC同时控制具有不同要求的对象。
如：
一台大设备的控制，当它报警时,要求联锁保护快速响应，而诸如温度等数据采集的响应时间可比联锁保护控制要长，调节控制的响应时间居于其中。
使用了具有多任务操作系统的BRC，用户可以将这三部分的控制策略放在一个BRC中，选择不同的执行周期，从而使BRC与工艺设备或过程对应起来，不会割裂工艺设备的完整性。
在线组态。
BRC的组态可以在线修改，而不必将模件退到组态方式才能修改其组态。
这样大大方便了用户对组态的维护。
同时有助于系统的调试。
分散和冗余的BRC提高了系统的可靠性。
BRC的主从是自动切换的，无需人工干预。
由于在控制器间通过高速冗余链随时交换着运算结果、中间变量等数据，所以在完成切换过程中，不会丢失任何数据。
高效通讯通道结构。
BRC与I/O扩展总线（ExpanderBus）、控制通道（ControlWay）等的通讯采用直接内存存取（DMA）技术，而不需要CPU的干预，从而大大提高了CPU处理数据的效率，使CPU有更多的周期去执行控制任务。
多种功能码。
BRC上的230多种功能码（包括史密斯预估等）能满足用户的各种控制策略设计上的需要。
BRC的独立运行。
BRC之间的通讯不需要人工干预，BRC之间也互不影响。
如果一块BRC发生故障，拔出或投运都不影响其它的BRC。
上电自动工作。
BRC的上电过程无需人工干预。
自动进入正常工作状态。
统一的设计风格。
BRC的外形尺寸等机械设计与其它模件完全一样。
整个系统采用统一的连接安装方式。
BRC可以在线带电插拔，维护更换非常方便。
SOE系统
SOE系统是由一组相关模件构成的。
根据有关SOE点数的要求，系统中配置的单元机组及公用系统的SOE共352点。
系统包括以下的部分：
SOE控制与管理套件INSOE，用于产生SOE记录。
在本项目中，该SOE管理套件布置在公用环上，保证SOE功能不会因为某一个单元机组的掉电而停止工作。
SOE时间同步模件IMSET01，用于接收和解码通过GPS时钟同步链传输的绝对时间信号，同步系统各部分的时钟（同步精度为±10µsec）；同时也具备SOE数据采集的功能。
在本项目中共配置了7个时间同步模件，分别布置在单元机组的锅炉DAS模件柜，汽机DAS模件柜，单元机组电气模件柜和公用系统的电气模件柜中，以实现机组SOE数据采集的分散布置，提高数据的利用率并且节省SOE的电缆。
SOE的采集模件IMSED01，用于采集SOE点（包括锅炉，汽机，电气及电气公用部分）。
通过上述专用的SOE模件及其硬件电路设计，就能够构成相关的信号通道，可以得到1ms高分辨率的事件顺序记录，并且具有事故前，事故后等多种记录方式。
电源系统及接地
两台机组及公用系统共配置4个电源分配柜。
电源具体配置方案见所附的“DCS单元机组和公用环电源分配示意图”。
其中每台机组的DCS按机、炉侧各配置一个电源分配柜，分别布置在电子室B和电子室A，用于分配用户提供的两路交流电源。
通过其内部的分配，保护，开关回路将它们分配给所有的DCS设备：
其中每个现场控制单元HCU的模件柜接受相应侧电源分配柜来的两路交流电源（汽机房中压开关室内、循泵房远程站内的模件柜由机侧电源分配柜提供），其内部的模件化电源以冗余的方式为柜内的所有模件及相应的现场变送器供电。
正常工作时，每一个模件柜的二路电源同时工作，各带50％负荷，当一路电源故障后，另一路电源自动带100％负荷；而单元控制室内的人机接口、工程师站及相关辅助设备的供电由就近的炉侧电源分配柜提供，并在配电柜上实现两路电源的冗余切换。
任何一路电源的故障均不会导致系统的任一部分失电。
#3，#4机组的共4路交流电源分别经过两两切换后，输出2路交流电源用于公用环路上的HCU模件柜的电源输入，以保证DCS公用网络的电源供给在任一台单元机组DCS停电检修或单元机组全部失电时，公用网络能正常运行（正常时由一台机组的电源供电，当一台机组全部失电时，切换装置将自动切换到另一台机组供电）。
其相应的切换、分配、保护、开关回路设备，安置于#3机（或#4机）的机侧电源分配柜空间内。
无论是每台机组的DCS系统环路设备还是公用系统环路设备，其接地均较为简单。
即使其物理位置的分散，也不需要用户提供单独的接地网，而只需分别提供电厂现有地网中的一个独立电极（接地电阻4ohm即可）。
现场控制单元中的其它设备
提供一组MFT继电器，在FSSS系统中用于同时跳闸多个设备。
MFT继电器可以同时接收来自DCS的输出和操作台上的手动MFT按钮信号。
1.2中控室设备、大屏幕接口
1.2.1操作员站
操作员站采用服务器/客户机结构，由4台ConductorNT服务器和2台ConductorNT客户机组成（其中一台作为值长站专用），可供多个运行人员同时工作。
同时ConductorNT服务器间都互为后备，使人机接口具有很高的可靠性。
ConductorNT是ABB贝利采用最新技术开发的新一代融企业管理和过程控制为一体的功能完备的人－系统接口。
它可以实现：
∙过程监视
∙与第三方设备的通讯
∙报警、报告的管理
∙开放数据的发送
∙过程趋势的分析
∙支持TCP/IP通讯协议
∙历史数据的存档
∙支持@aGlance/ITTM通讯接口
∙记录与报告的产生
∙SL-GMS标准矢量画面系统
∙全系统级的诊断
∙动画显示方式
∙面对应用的帮助功能
∙在线帮助画面和文件对操作进行指导
操作员站（主机系统采用HP工作站）的主要技术参数：
a）CPU处理器IntelPentium4
b）主频1.7GHz
c）内存容量256Mbytes
d）硬盘容量20Gbytes
e）CD－ROM48X
f）软驱1.44"
g）CRT21"
h）CRT分辨率1280×1024
1.2.2大屏幕接口
大屏幕投影显示系统由比利时Barco公司的Atlas提供。
北京ABB贝利为每套大屏幕投影控制系统提供一套ConductorNT操作员接口软件，使大屏幕投影控制系统成为DCS操作网络上的一个独立的站，并与操作员站具有相同的操作和监视功能，共享DCS全局数据库和画面。
因此，通过组态设计，可将Symphony系统及其ConductorNT操作员站所具备的丰富的报警监视/操作功能以及重要过程参数、工艺流程图的显示以大屏幕投影系统显现出来，使其成为机组操作员所共同关心的报警内容和参数的大型显示装置。
1.2.3工程师站
每台机组配置1台工程师工作站。
工程师站上运行工程设计组态软件Composer，用于整个Symphony系统的设计、组态、调试、过程监视和管理维护。
Composer为服务器/客户机结构的先进工程软件包（详见DCS产品样本中的Composer一节）。
工程师工作站的主要技术参数：
a）CPU处理器IntelPentium4
b）主频1.7GHz
c）内存容量256MBytes
d）硬盘容量20GBytes
e）CD－ROM48X
f）软驱1.44"
g）CRT21"
h）CRT分辨率1280X1024
1.2.4打印机
按规范书要求，人机接口配置4台Star的静音宽行彩色针式打印机，用于打印报表、记录；同时配一台HP的A4彩色激光打印机用于打印人机接口画面。
这些打印机统一接在打印机服务器上，安放在集控室供所有操作员站使用。
另外工程师室单配一台Star的静音宽行彩色针打和HP的A4彩色激光打印机做文件记录、组态图纸打印用。
如果电厂用户需要，工程师站的打印机同样可以连接到打印服务器上去，使这些打印机与其他的打印机一样可以给任何一个操作人员共享。
1.2.5历史数据存储设备
Symphony系统的每一个操作员服务器均是一个历史数据和事件、记录存储系统，这种结构非常有利于用户对历史数据的保存，不至于由于单一的历史数据站的故障而带来的历史数据的丢失。
同时，由于我们在本项目中配置了4个操作员服务器，它们互为后备，使历史数据存储的能力和可靠性都大为提高。
在操作网络O-Net上配置了一台可读写光驱装置，以转存硬盘中的历史数据作长期备份。
1.2.6操作台
提供工程师站操作台1张，操作员站操作台1套（长x宽=10mx1m，或具体尺寸可另定），值长台（5mx1m）一张，和按钮操作台及相关紧急按钮一套。
1.3网络通讯系统
Symphony系统的重要特点之一是具有一套完整、可靠、开放的通讯系统。
通讯系统分为：
控制网络C-net，操作管理网络O-net,和Symphony对外部系统的通讯接口。
控制网络C-Net上有以下典型的节点（详见Symphony系统综述）：
a）现场控制单元
b）人机接口站
c）工程师站
管理网络O-Net上可以有以下节点：
a）人机接口站
b）打印机服务器等
1.4Symphony与其它系统的接口
除与SIS通讯接口外，均采用RS-232/485通讯接口，标准通讯协议（如Modbus协议）。
1.4.1与DEH，MEH，TSI接口
汽机控制系统（DEH）,汽机安全监视系统（TSI）与DCS之间的显示信号采用通讯传输，控制信号采用硬接线连接，提供1块MFP12模件与其接口。
MFP12模件提供二个通讯接口，RS-232/RS-485。
此MFP12置于汽机DAS模件柜中。
因为给水泵汽轮机控制系统（MEH）将由ABB贝利供货，同样采用Symphony系统设备，所以可以采用一体化设计，MEH系统的模件柜作为C-net控制网络上的独立节点，直接连在单元机组的C-net环路上与DCS通讯。
1.4.2与SIS接口
提供信息监控系统SIS与机组DCS网络之间的接口。
1.4.3与吹灰程控PLC的接口
吹灰控制PLC与单元机组DCS之间的通讯接口由ABB负责。
提供一块MFP12模件用于完成此功能。
此MFP12置于锅炉SCS模件柜中。
1.4.4与电气装置的接口
自动电压调节装置（AVR）、发变组继电保护、启备变继电保护及主变监视仪等装置由需方供货，与DCS之间的通讯传输接口由一块MFP12完成。
此MFP12置于单元机组电气控制模件柜中。
1.4.5与NCS的接口
升压站计算机监控系统（NCS）与DCS之间的通讯传输接口同样由一块MFP12完成。
此MFP12置于公用环路上的电气模件柜中。
1.4.6与国产远程I/O系统的接口
提供一块MFP12模件，实现Symphony系统与国产远程I/O系统之间的通讯。
此MFP12置于锅炉DAS模件柜中。
1.5Symphony系统的公用环路配置
公用控制系统是针对电厂中各个机组所共用的设备的控制系统。
例如，公共的燃油泵房，公共的辅助蒸汽系统，公共的电气系统等。
对这部分系统的控制要求是：
1）控制上的独立。
公共系统的运行与否不是受控于某个具体的机组，而是根据全厂的机组或设备的运行状况而定的。
有的公共系统是长时间运行以维持机组的运行，如公共电气系统。
有的系统可能常时间处于备用状态，如燃油泵房。
这就要求相应的控制系统不应与每台机组的分散控制系统使用控制系统的共同部分，如控制器、电源，通讯，等等；
2）高可靠性。
因为公共系统的停运往往意味着全厂的停运。
因此应充分考虑公共系统的备用控制手段；
3）公共系统是过程控制系统，而不是过程管理系统。
即公共系统与其他系统在控制上是一样的。
Symphony分散控制系统的固有结构为公共系统的设计创造了良好的条件。
本项目中的公共系统包括公用电气、公用热力及燃油泵房系统。
Symphony用于电厂常规部分的控制时，为了使各机组相互独立，控制方式一致，采用一个C－Net环路用于一台机组的形式，给机组的设计，运行，维护带来很大方便。
同时，Symphony网络是以中心环挂子环的方式设计的，这种设计的目的就是为了在不影响通讯环路之间的级别关系的情况下把各个子环联接起来，从通讯理论上讲，这种能力是非常重要的。
有的系统在实现这样的功能时，是在常规系统的“上级”“增加”一层通讯网络，这样的设计所带来的效果类似于有“交通指挥器”的数据高速公路，而且不同级之间的协议不一样。
使全厂的分散控制系统失去了协调性。
因为公共系统的运行并不是在控制，监视，指挥着每一台机组，只是与所有机组同时并列地运行着，不存在上下级关系。
Symphony的方案是，每台机组由一个C－Net子环控制，用C－Net公共环控制全厂中所有公共的部分并联接所有C－Net子环。
这意味着公共环路在向其他子环传递信息的同时采用与其他系统完全一样的控制方式。
Symphony公共系统控制方案有以下特点：
1）公共系统与各机组的子系统之间采用标准的C－Net网络通讯，而不是用外部的通讯网关作接口。
保证了所有系统之间的无缝联接，从而保证了系统的可靠性。
这是公共系统的重要要求。
2）保持各台机组的独立性。
不是为了设计公共系统就把全厂的通讯系统都联成一个网络。
而是让各台机组仍独立工作，机组之间只传递公共的信息。
保证每台机组的独立性和可靠性。
3）信息交流自如。
单元机组子系统与公共系统之间的通讯就像系统内部节点之间的通讯一样，采用同样的形式与规约。
这就是说，对单元机组子系统来讲，公共系统像系统内的节点一样。
所有单元机组子系统上的人机接口可以同时显示公共系统的全部过程变量，监视公共系统的全部细节。
而通过逻辑/优先权设置，可以很方便地做到只有一个任意指定的单元机组子系统能够控制到公共系统中的每一个阀门，设备，具备控制功能的单元机组子系统是可以在线切换的。
4）公共系统与单元机组子系统的一体化。
由于公共系统采用同样的分散控制系统，而不是其他形式的控制设备，因此具有控制上的高可靠性；由于通讯上的方便与可靠性，使公共系统可以实现与单元机组子系统的充分的协调控制，按照单元机组子系统的要求提供能源或工质；一体化为公共系统今后的扩充打下基础，无论新建机组或是扩充功能都十分方便。
5）充分发挥C－Net网络的可靠性。
公共系统与单元机组子系统是在通过C－Net网络通讯的，C－Net网不是普通的TCP/IP协议的以太网，而是针对工业现场控制设计的，已被近20年的实践证明具有高可靠性。
节点之间的距离可以达到2,000米，无论是电缆的冗余设计，屏蔽保护这样的物理特性，还是信息纠错，打包传送这样的通讯特性都表明C－Net网络完全适用于这种分散的控制要求。
1.6Symphony远程站系统配置及与国产远程I/O系统的接口
1.6.1循环水泵房及燃油泵房远程控制站
鉴于循环水泵房及燃油泵房的I/O测量区域相对较为集中，控制也相对独立，为它们分别配置了基于Symphony系统的远程站系统。
1）油泵房远程控制站
在主厂房外的燃油泵房设置一处远程控制站（两机公用），放于燃油泵房车间配电室内。
远程控制站与机组DCS间采用冗余通讯光缆，通过互为冗余的两对远程I/O主/从模件RIO连接，通讯距离为1200米。
用于燃油泵房设备控制的互为冗余的一对BRC100多功能处理器（与热力系统公用部分共用）安放在公用环路上的模件柜中，这对控制器通过模件柜内部的I/O扩展总线与互为冗余的RIO主模件相连，此对RIO经由各自的通讯光缆与远程机柜中的互为冗余的RIO从模件通讯，并经由此对RIO实现远程方式的控制。
其远程机柜满足IP56防护等级。
2）环水泵房远程控制站
在主厂房外的循环水泵房设置远程控制站（单元制），放置于循环水泵房车间配电室内。
远程控制站与机组DCS间采用冗余通讯光缆通过互为冗余的两对远程I/O模件RIO连接，通讯距离为1450米。
用于循环水泵房设备控制的互为冗余的一对BRC100多功能处理器安放在单元机组的汽机SCS模件柜中，其控制方式同上。
其远程机柜满足IP56防护等级。
其配置示意图如下：
循水房BRC
1.6.2锅炉、汽轮发电机区域远程I/O系统
由于上述
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