脱硫DCS系统培训教材DOC 33页.docx

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2×300MW火电机组烟气脱硫工程

控制系统

中电投远达环保工程有限公司

2004.10

一、系统概述

1.1本培训材料是根据上海西屋控制系统有限公司提供的资料，针对**有限公司发电工程2×300MW火电机组烟气脱硫工程所采用的分散控制系统（以下简称DCS）所提出的。

1.2**有限公司发电工程2×300MW火电机组为新建机组，本脱硫工程采用石灰石-石膏脱硫工艺，3＃脱硫装置计划05年8月投入运行，4＃脱硫装置计划05年11月投入运行。

1.系统特点

1.1DCS由分散处理单元、数据通讯系统和操作员站、工程师站等人机接口及厂级计算机网络接口组成。

1.2DCS系统易于组态，易于扩展。

1.3DCS的设计采用合适的冗余配置和诊断至通道级的自诊断功能，具有高度的可靠性。

系统内任一组件发生故障，均不影响整个系统的工作。

1.4系统的监视、报警和自诊断功能高度集中在CRT上显示，并能在打印机上打印，控制、报警、监视和保护等基本功能将尽可能在功能上和物理上分散。

特别注意保护功能的独立性，以保证人员和设备的安全。

1.5卖方所供DCS系统可防止各类计算机病毒的侵害和DCS内各存贮器中的数据丢失。

1.6整个DCS的可利用率至少为99.99％。

1.7控制系统的设计和配置符合下列总的防止故障原则。

1.7.1个别故障不会引起整个控制系统故障。

1.7.2个别故障不会引起FGD的保护系统误动或拒动。

1.7.3将控制功能组合在系统块中，系统设计要保证使任何模块故障只解列部分系统的控制，且这种局部解列可由操作人员随时干预。

1.7.4控制系统的结构能反映设备的冗余度，不致于因控制系统内的个别故障而导致受控设备控制失灵，同时又使备用设备也无法启动。

1.7.5由于一个控制系统故障，电厂设备或控制功能要能在执行级（即远方手动控制）响应其控制。

该设备或控制过程自动解列

1.7.6所有重要保护信号采用冗余（三取二）通道，以保证其可靠性，卖方充分保证防止保护系统误动或拒动。

1.8每个控制系统和监视系统的交流电源由两路独立电源提供，电源安排能做到单一的故障不会使两路电源断电，同时不会由于电源切换而发生控制系统误动作或拒动作。

DCS系统内部的电源，包括DCS柜、打印机、工程师站、操作员站等的电源由其自行分配。

3.硬件系统

3.1DCS系统硬件采用有现场运行实绩的、先进可靠的和使用以微处理器为基础的分散型控制系统。

3.2系统内所有模件均采用CMOS元器件，其散热量低，模件均采用固态电路、标准化、模件化和密封化，采用表面封装工艺和插入式结构。

3.3模件的插拨有导轨和联锁，以免造成损坏或引起故障，模件的编址不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能执行功能。

3.4机柜内的模件能带电插拨而不影响其它模件正常工作。

3.5分散处理单元内的处理器模件采用冗余配置，一旦某个工作的处理器模件发生故障或运算错误，系统能自动地以无扰方式，快速切换至与其冗余的处理器模件，并在操作员站报警。

分散处理单元内的处理器模件应各司其职（功能上应分离），以提高系统可靠性。

处理器模块使用I/O处理系统采集的过程信息来完成模拟控制和开关控制。

3.6处理器中模件清晰地标明各元器件，并带有LED自诊断显示。

3.7处理器模件的所有算法和参数驻留在电可擦除存储器EEPROM中，在系统失电时其数据不会丢失。

。

3.8某一个处理器模件故障，不影响其它处理器模件的运行。

此外，系统总线故障时，处理器模件能继续运行。

3.9对某一个处理器模件的切除，修改或恢复投运，均不影响其它处理器模件的运行。

3.10冗余配置的处理器模件与系统均有并行的接口，即均能接受系统对它们进行的状态和组态修改。

处于后备状态的处理器模件，能与工作状态的处理器模块一样不断更新其自身获得的信息。

3.11OVATION系统控制器切换时间小于4ms,数据更新周期为10ms。

系统的控制和保护功能不会因冗余切换而丢失或延迟。

3.12电源故障属系统的可恢复性故障，一旦重新受电，处理器模件能自动恢复正常工作而无需运行人员的任何干预。

3.13I/O模件均为智能化,减轻控制器的处理负荷。

I/O模件除能完成扫描、数据整定、数字化输入和输出、线性化热电偶冷端补偿、过程点质量判断、工程单位换算等功能。

3.14所有的I/O模件都有标明I/O状态的LED指示和其它诊断显示，如模件电源指示等。

3.15所有的模拟量输入信号每秒至少扫描和更新4次，所有的数字量输入信号每秒至少扫描和更新10次，事故顺序（SOE）输入信号的分辨力小于1毫秒。

为满足某些需要快速处理的控制回路要求，其模拟量输入信号应达到每秒扫描8次，数字量输入信号达到每秒扫描20次。

3.16I/O模件提供热电偶、热电阻及4－20mA信号的开路和短路检查功能,这一功能将在每次扫描过程中完成。

3.17所有接点输入模件都有防抖动滤波处理。

如果输入接点信号在4毫秒之后仍抖动，模件不接受该点信号。

3.18处理器模件的电源故障不会造成已累积的脉冲输入读数的丢失。

3.19I/O模件能自动地和周期地进行零飘和增益校正。

3.20冗余输入的热电偶变送器信号的处理，由不同的模件来完成。

单个模件的故障不会引起任何设备的故障或跳闸。

3.21OVATION模拟量模件的每个通道均带有一个独立的A/D或D/A转换器。

热电阻输入采用软件组态方式，淘汰了原始的桥路。

所有的输入通道、输出通道及其工作电源，均相互隔离。

A/D和D/A的转换精度为14位。

对于模拟量输入，每块I/O模件点数为8点；对于模拟量输出，每块I/O模件点数为4点。

对于数字量输入输出模件，每块I/O模件点数为16点。

RTD采用恒流源技术。

开关量输入/输出模件有光电隔离措施。

3.22DCS和其他供货商提供的控制、保护装置之间的信号交换采用I/O通道时，采用了电隔离措施。

3.23重要的和用于机组跳闸的输入/输出信号的通道冗余设置，并分别配置在不同模件上。

不同控制器之间用于机组跳闸的输入/输出信号采取硬接线。

3.24分配控制回路I/O信号时，使一个控制器或一块I/O通道板损坏时，对装置安全的影响尽可能小。

冗余辅机控制的I/O，除个别不重要的外，置于不同控制器的通道板上。

3.25当控制器I/O模件及系统电源故障时，控制系统将采取相应的措施，确保工艺系统处于安全的状态，不出现误动，在系统电源丧失时，执行机构应保持失电前的位置。

3.26I/O类型

（1）模拟量输入：

8路4～20mA信号（接地或不接地），最大输入阻抗为250Ω，系统提供4～20mA二线制变送器的直流24V电源。

对1～5VDC输入，输入阻抗≥500KΩ。

（2）模拟量输出：

4路4～20mA或1～5VDC可选，具有驱动回路阻抗大于750Ω的负载能力。

负端接到隔离的信号地上。

系统提供24VDC的回路电源。

（3）数字量输入：

16路输入，负端接至隔离地上，系统应供对现场输入接点的“查询”电压（48VDC）。

（4）数字量输出：

16路输出，数字量输出模件采用电隔离输出，隔离电压≥250V，能直接驱动控制用电动机或任何中间继电器。

在后一种情况，出卖人提供中间继电器、继电器柜及可靠的工作电源，中间继电器输出接点容量为250VAC5A；220VDC3A。

继电器可常带电。

（5）热电阻（RTD）输入：

8路输入，OVATION系统可以接受二线制、三线制、四线制的各种热电阻信号。

采用恒流源技术。

（6）热电偶（T/C）输入：

能直接接受分度号为E、J、K、T和R型热电偶信号（不需变送器），并可满足接地型热电偶要求。

热电偶在整个工作段的线性化及温度补偿等处理，在I/O模件内完成而不需要通过数据通讯总线。

热电偶温度补偿范围可满足环境温度的要求。

（7）SOE

16路输入，分辨率：

1ms

（8）PI

2路输入，每秒至少能接受6600个脉冲。

3.27采样周期

电气系统模拟量输入采样周期≤50ms；非电气模拟量（温度等）输入采样周期≤200ms；开关量输入采样周期≤20ms；脉冲量输入宽度：

80ms-120ms；SOE:

1ms。

3.28系统要求传感器及输入、输出信号进行屏蔽，但是，系统能接受采用普通控制电缆（即不加屏蔽）的数字量输入和输出。

3.29系统对于分散处理单元之间用于跳闸、重要的连锁及超驰控制的信号，系统信号直接采用硬接线，而不通过数据高速公路发送。

4．系统说明

4.1打印机

FGD_DCS配置2台彩色喷墨记录打印机（其中1台用于报表打印），安放在单元控制室，并配有隔音罩。

提供1台彩色激光图形打印机，安放在工程师室。

它能根据要求打印任一CRT显示画面。

提供1台A3彩色喷墨图形打印机，放在控制室内。

提供1台A4黑白激光SOE打印机，放在控制室内。

4.2CRT和键盘

（1）所供CRT为平面直角，至少有32位真彩色，屏幕尺寸为21（英寸），分辨力至少为1280X1024象素，显示器为工业专用型、直角、物理纯平、防眩光屏幕，并通过TCO99认证。

（2）单元控制室内的所有CRT组态相同,可互为备用。

（3）鼠标器或跟踪球作为可选的光标定位装置。

（4）每台CRT配置一个专用键盘。

专用键盘具有完整的数字、字母键外，系统还提供若干用户键，使运行人员能直接调出各种所需的画面。

这些用户键的用途，可由编程人员重新定义。

（5）提供4台CRT，其中3台安放在单元控制室内操作员站，1台安放在工程师站。

4.3电源

4.3.1系统的所有电子装置机柜、操作员站和工程师站，均能接受由买方提供的UPS和厂用保安电源二路交流220V±10％，50HZ±1HZ的单相电源。

4.3.2系统设备除能接受上述二路电源外,在各个机柜和站内配置了相应的冗余电源切换装置和回路保护设备,并用这二路电源在机柜内馈电。

4.3.3系统机柜内配置二套冗余直流电源.这二套直流电源都应具有足够的容量和适当的电压,能满足设备负荷的要求.

4.3.4任一路电源故障或任一块电源模件故障控制系统都有报警指示，二路冗余电源通过二极管切换回路耦合.在一路电源故障时自动切换到另一路，以保证任何一路电源的故障均不会导致系统的任一部分失电。

4.3.5电子装置机柜的馈电应分散配置，以获取最高可靠性，对I/O模件、处理器模件、通讯模件和变送器等都提供冗余的电源。

4.3.6接受变送器输入信号的模拟量输入通道，能承受输入端子的短路，并不影响其他输入通道。

系统设置有单独的熔断器进行保护.

4.3.7无论是开关量信号输出还是脉冲量信号输出，都有过负荷保护措施。

此外，在系统内为每一被控设备维护提供必需的电隔离手段。

任一控制模件的电源被拆除，均报警，并将受此影响的控制回路切至手动。

4.3.8每一开关量输入、输出通道都有单独的熔断器或采取其它相应的保护措施。

4.4环境

4.4.1系统能在电子噪声、射频干扰及振动都很大的现场环境中连续运行，且不降低系统的性能。

4.4.2系统设计采用各种抗噪声技术，包括光电隔离、高共模抑制比、合理的接地和屏蔽。

4.4.3在距电子设备1.2m以外发出的工作频率达470MHz、功率输出达5W的电磁干扰和射频干扰，不影响系统正常工作。

4.4.4系统能在环境温度0～40℃（控制站0～50℃），相对湿度10～95%（不结露）的环境中连续运行。

4.5电子装置机柜和接线

4.5.1电子装置机柜的外壳防护等级，室内为IP52，室外为IP56。

4.5.2机柜门有导电门封垫条，以提高抗射频干扰（RFI）能力。

柜门上不装设任何系统部件。

4.5.3机柜的设计满足电缆由柜底引入的要求，提供的电缆接线采用接线端子排方式，而非将电缆直接连接在卡件端子上。

4.5.4对需散热的电源装置，提供排气风扇和内部循环风扇。

排气风扇和内部循环风扇均易于更换。

风扇故障有报警。

4.5.5所提供的机柜内装设温度检测开关，当温度过高时进行报警。

4.5.6装有风扇的机柜均提供易于更换的空气过滤器。

4.5.7机柜内的每个端子排和端子都有清晰的标志，并与图纸和接线表相符。

4.5.8机柜内每个端子排布置在易于安装接线的地方，即为离柜底300mm以上和距柜顶150mm以下。

4.5.9端子排、电缆头、电缆走线槽及接线槽均由阻燃型材料制造。

4.5.10DCS系统内设备之间及机柜与控制盘、台之间互联的电缆符合IEEE防火标准。

4.5.11组件、处理器模件或I/O模件之间连接避免手工接线。

使用的接插件能自锁或紧固。

4.5.12机柜内预留充足的空间，使买方能方便地接线、汇线和布线。

4.5.13机柜内的所有线路横截面积、硬度及可挠性保证足够大和安全电流承载能力以及物理强度。

内部接线的绝缘有阻燃性能。

4.6系统扩展

4.6.2系统余量

--每个机柜内的每种类型Ｉ／Ｏ测点都有10%的备用量，每块卡件都留有备用量。

继电器留有10%的备用量，继电器应采用质量可靠的进口产品，如欧姆龙。

每种卡件的备用量至少不能少于1块。

--每个机柜内有15%的模件插槽备用量。

该备用插槽配置必要的硬件，保证今后插入模件就能投入运行。

--最忙时，每个控制器CPU的负荷率不大于60%，操作员站服务器CPU负荷率不大于40%。

--内部存储器占用容量不大于50%，外部存储器占有容量不大于40%。

--40%电源余量。

电源分配柜考虑10%的回路备用量。

--以太网通讯总线的负荷率不大于20%。

--操作员站服务器允许最大标签量为不低于5万个。

--所有备用设备的柜内接线和器件完整，并引接至机柜备用端子排。

4.6.2可靠性

DCS系统的操作员站、数据总线、控制器作冗余（100%）配置。

冗余的设备（1+1）互为热备，当一个设备故障时能够自动地进行无扰动切换，并在操作员站给出故障报警。

当通讯高速公路故障时，微处理器能连续运行，能在不影响其它微处理器的情况下进行拆卸、调整、维护。

DCS系统接受两路电源，一路为UPS，另一路为保安电源。

DCS柜内采用双路直流电源供电，由二级管耦接。

硬件配置分组，当一个模件故障时，仅有一组现场设备受影响。

5．软件特点

5.1**FGDDCS软件系统是一套完整的满足技术要求的DCS程序软件包，包括实时操作系统程序、应用程序、及性能计算程序,编程语言符合IEC1131标准,采用连续控制功能块图（CFC）、顺控功能块图（SFC）、梯形图（LD）、指令表（IL）等组态，对于复杂的功能还可以通过外挂C语言或其它高级语言来实现。

5.2所有的算法和系统整定参数将驻存在各处理器模件的非易失性存储器内，执行时不需重新装载。

5.3模拟量处理器模件所有指定任务的最大执行周期不超过250ms，开关量处理器模件所有指定任务的最大执行周期不超过100ms。

5.4对需快速处理的模拟和顺序控制回路，其处理能力分别为每125ms和50ms执行一次。

5.5模拟控制回路的组态，可通过驻存在处理器摸件中的各类逻辑块的连接，直接采用SAMA图方式进行，并用易于识别的工程名称加以标明。

还可在工程师站上根据指令，以SAMA图形式打印出已完成的所有系统组态。

5.6在工程师站上能对系统组态进行修改。

不论该系统是在线或离线均能对该系统的组态进行修改。

系统内增加或变换一个测点，不必重新编译整个系统的程序。

5.7在程序编辑或修改完成后，能通过数据高速公路将系统组态程序装入各有关的处理器模件，而不影响系统的正常运行。

5.8顺序控制的所有控制、监视、报警和故障判断等功能，均由处理器模件提供。

5.9顺序控制的编程使顺控的每一部分都能在CRT上显示，并且各个状态都能得到监视。

5.10所有顺序控制逻辑的组态都应在系统内完成，而不采用外部硬接线、专用开关或其他替代物作为组态逻辑的输入。

5.11顺序控制逻辑应采用熟悉的，类似于继电器型式的功能符号，以逻辑图或梯形图格式进行组态，并可在工程师站上按指令要求，以图形方式打印出已组态的逻辑。

5.12查找故障的系统自诊断功能应诊断至模件级故障。

报警功能使运行人员能方便地辨别和解决各种问题。

6.人机接口

人机接口包括操作员站和工程师站。

6.1操作员站

6.1.1操作员的任务是在标准画面和用户组态画面上，汇集和显示有关的运行和操作信息，供运行人员据此对脱硫的运行工况进行监视和控制。

WINDOWS2000操作系统,人机界面汉化。

DCS系统设计脱硫装置和设备运行时的操作指导，操作指导应分为：

启动方式、正常方式、跳闸方式。

6.1.2操作员站的基本功能如下：

（1）至少有下列功能：

✧显示：

包括操作显示、成组显示、画面显示、棒状图显示、报警显示等。

✧制表记录：

包括定期记录、事故追忆记录、事故顺序（SOE）记录、跳闸一览记录等。

✧历史数据存储和检索。

（2）显示

a.总则

Ⅰ.每个CRT能综合显示字符和图象信息，运行人员通过CRT实现对机组运行过程的操作和监视。

Ⅱ.每幅画面能显示过程变量的实时数据和运行设备的状态，这些数据和状态每秒更新一次。

Ⅲ.可显示DCS系统内所有的过程点，包括模拟量输入、模拟量输出、数字量输入、数字量输出、中间变量和计算值。

Ⅳ.提供对机组运行工况的画面开窗显示、滚动画面显示和图象缩放显示，以便操作人员能全面监视，快速识别和正确进行操作。

Ⅴ.设计机组和设备运行时的操作指导，并由CRT的图象和文字显示出来。

操作指导划分为三个部分，即为起动方式，正常方式和跳闸方式。

Ⅵ.提供P&I图和运行要求，提供至少90幅用户画面（通常指工艺系统模拟图）。

Ⅶ.在工程师工作站上进行画面生成程序自己制作和修改画面。

提供符合ISA过程设备和仪表符号标准的图素。

Ⅷ.画面显示能力，每幅画面上的更新点不大于150个。

b.操作显示

采用多层显示结构，显示的层数根据工艺过程和运行要求来确定，这种多层显示可使运行人员方便地翻页，以获得操作所必需的细节和对特定的工况进行分析。

多层显示包括厂区级显示（或称概貌显示）、功能组显示和细节显示。

Ⅰ.厂区级显示（或称概貌显示）

厂区级显示提供每台机组运行状态的总貌，显示出主设备的状态、参数和包括在厂区级显示中的与每一个控制回路有关的过程变量与设定值之间的偏差。

每一幅厂区级显示画面能可容纳100个以上的过程变量，并且提供足够的厂区级显示画面。

Ⅱ.功能组显示

功能组显示能观察某一指定功能组的所有相关信息,可采用棒状图或画面形式，并有带工程单位的所有相关参数，并用数字量显示出来。

每幅功能组显示画面最多可提供200幅以上的功能组显示画面。

出卖人组态的功能组显示画面包括所有调节控制回路和程序控制回路。

Ⅲ.细节显示

细节显示可观察以某一回路为基础的所有信息，细节显示画面所包含的每一个回路的有关信息，足够详细，以便运行人员能据以进行正确的操作。

c.标准画面显示

提供报警显示、趋势显示、成组显示、棒状显示等标准画面显示，并预先做好。

Ⅰ.成组显示

在技术上相关联的模拟量和数字量信号，组合成成组显示画面，并保存在存储器内，便于运行人员调用。

一幅成组显示画面可包含20个以上的测点。

Ⅱ.棒状图显示

运行人员可以调阅动态，棒状图画面即以动态棒状图的外形尺寸反映各种过程变量的变化。

✧棒状图可在任何一幅画面中进行组态和显示，每一棒状图的标尺可设置成任何比例。

✧在一幅完全为棒状图的画面上，其能力能显示40根棒状图，并且至少提供20幅这样的显示画面。

✧进入DCS系统的任何一点模拟量信号，均设置为棒状图形式显示出来。

✧若某一棒状图，其数值越过报警限值时，越限部分用红色显示出来。

Ⅲ.趋势显示

✧系统能提供200点历史数据的趋势和200点实时数据的趋势显示。

✧在同一幅CRT显示画面上，在同一时间轴上，采用不同的显示颜色，能同时显示8个模拟量数值的趋势。

✧每个实时数据趋势曲线包括600个实时趋势值，时间分辨率为1秒。

（存储速率）

✧每个历史数据趋势曲线包括600个历史趋势值，时间标度可由运行人员按0.5分钟、1分钟、2分钟、5分钟、10分钟、15分钟、30.分钟和60分钟进行选择。

Ⅳ.报警显示

✧系统能分辨出状态的异常、正常或状态的变化，若确认某一点越过预先设置的限值，CRT屏幕显示报警画面，并发出声响信号。

✧报警显示按时间顺序排列，最新发生的报警优先显示在报警画面的顶部，每一个报警点可有6个不同的优先级，并用6种不同的颜色显示该点的Tag加以区分。

✧报警可一次击键进行确认。

在某一站上对某一点发生的报警进行确认后，则所有其它站上该点发出的报警也同时被确认。

✧所有出现的报警及报警恢复，均由报警打印机打印出来。

✧所有带报警限值的模拟量输入信号和计算变量，均分别设置报警抑制,以减少参数在接近报警限值时产生的频繁报警。

✧在设备停运及设备启动时，有模拟量和数字量信号的“报警闭锁”功能，以减少不必要的报警。

✧对所有输入信号和计算变量均提供可变的报警限值。

这些报警限值可以是过程参数（如负荷、流量、温度）的一个函数。

✧在操作员站，通过一次击键能调用多页的报警一览。

每一页报警一览有20个报警点，报警一览至少有1000个报警点,包括系统诊断报警点。

d.其它显示

Ⅰ.Help显示

为帮助运行人员在机组的启、停或紧急工况时，能成功地操作，系统提供在线的Help显示软件包。

Ⅱ.系统状态显示

系统状态显示表示出与数据通讯总线相连接的各个站（或称DPU）的状态。

（3）记录

所有记录使用可编辑的标题，而不是预先打印的形式。

按用户指定的格式，确定所有记录的标题。

记录功能可由程序指令或运行人员指令控制，数据库中所具有的所有过程点均可以记录。

a.定期记录

定期记录包括交接班记录、日报和月报。

对交接班记录和日报，系统在每一小时的时间间隔内，提供200个预选变量的记录。

而对月报，则在每一天的时间间隔内，提供200个预选变量的记录。

b.运行人员操作记录

系统记录运行人员在集控室进行的所有操作项目及每次操作的精确时间以及在那一台操作站上操作的。

c.事件顺序记录（SOE）

出卖人提供128点高速顺序事件记录，其时间分辨率不大于1ms。

事件原因的任何一点的状态变化至特定状态时，立即启动事件顺序记录。

事件顺序记录包括测点状态、文字描述以及三个校正时间。

所以SOE记录按经过时间校正的顺序排列，并按小时、分、秒和毫秒打印出来。

事件顺序记录完成后，能自动打印出来，并自动将记录存储在存储器内，以便以后按操作员的指令打印出来。

存储器有足够的空间，以存储至少5000个事件顺序记录，

d.事故追忆记录

提供跳闸后的分析记录。

一旦检测到某一主设备跳闸，程序立即打印出表征机组主设备的120个变量的完整记录，其中20个重要变量，提供跳闸前10分钟和跳闸后5分钟以1秒时间间隔的快速记录，其余变量的记录时间间隔可为3～5秒。

e.操作员记录

操作员记录可按要求进行。

可预先选择记录打印的时间间隔或立即由打印机打印出来。

操作员记录可由20个组构成，每组16个参数。

（4）历史数据的存储和检索（HSR）

设置HSR的目的是为了保存长期的详细的运行资料。

提供的HSR系统与FGD_DCS设计相一致，最小容量为40GB，至少能存入1000个输入点，以随时记录重要的状态改变和参数改变。

提供长期存储信息的磁带机或光盘驱动器。

6.1.3操作员站配置：

（1）型号：

DELLOPTIPLEXGX270数量：

3台，互为冗余

（2）CPU:

Pentium42.4GMHz，RAM:

256M，硬