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1、 第五章 保護用控制設(shè)備與測量元件 第一節(jié) 概述 隨著我國電力工業(yè)的迅速發(fā)展，火電廠的裝機容量和單機容量都日益增大，運行參數(shù)越來越高，發(fā)電機組的安全可靠性對本機組、對電網(wǎng)乃至對國民經(jīng)濟來說更顯得極為重要，熱工保護系統(tǒng)的規(guī)模也大幅度上升，對熱工保護系統(tǒng)的控制方式、運行水平的要求也越來越高，保護控制系統(tǒng)的安全可靠性，對保障機組的安全穩(wěn)定運行顯得十分關(guān)鍵。 熱工保護系統(tǒng)肩負著保護主、輔設(shè)備，保證機組安全運行和防止事故擴大的重任，它是機組自動化控制的重要組成部分，熱工保護是通過對設(shè)備工作狀態(tài)和機組運行參數(shù)的嚴密監(jiān)視，發(fā)生異常情況時，及時發(fā)出報警信號，必要時自動啟動或切除某些設(shè)備

2、或系統(tǒng)，使機組維持原負荷運行或減負荷運行。機組在啟停和運行過程中，當(dāng)發(fā)生重大故障而危及機組設(shè)備和人身安全的故障時，及時采取相應(yīng)的措施或加以保護，軟化故障，停止機組（或某一部分）運行，避免事故進一步擴大，保證機組的正常啟停和安全運行，從而避免發(fā)生重大的設(shè)備損壞和人員傷亡事故。 為了實現(xiàn)機組熱工保護的任務(wù)，其核心是熱工保護控制設(shè)備，以及具有向熱工保護控制設(shè)備提供信息的熱工保護測量元件，合理地選用可靠的熱工保護控制設(shè)備與測量元件，對提高機組自動控制水平，減輕運行人員的負擔(dān)，增加機組運行的可靠性具有重大意義。 在我國火力發(fā)電廠應(yīng)用DCS和PLC的初期，人們對采用可編程序軟邏輯實現(xiàn)保護功能，在

3、動作速度和可靠性上存在疑慮，因此與機組安全有關(guān)的功能（如汽輪機危急跳閘系統(tǒng)ETS，主燃料跳閘MFT、汽機防進水保護、主要輔機的聯(lián)鎖保護等）大多數(shù)情況下采用電磁繼電器或固態(tài)集成電路組成的硬接線邏輯。 由于采用電磁繼電器或固態(tài)集成電路組成的硬接線邏輯對于較復(fù)雜的控制是相當(dāng)困難和不可能的，并且電磁繼電器或固態(tài)集成電路本身具有不足之處，影響控制系統(tǒng)的各項性能。上個世紀80年代未國內(nèi),火力發(fā)電廠DCS應(yīng)用范圍開始擴大到爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)FSSS和SCS(包括了輔機聯(lián)鎖保護和汽機防進水保護), 于是形成了DCS完成四大功能(DAS、 MCS、SCS、FSSS) 的模式. 機組運行的安全可靠，不僅依賴于各

4、設(shè)備的安全可靠性能，而且同各類保護控制裝置的準確性和可靠性密切相關(guān)。電廠早期熱工保護裝置由繼電器組成控制回路，回路硬接線多，加上繼電器長期帶電工作，繼電器觸點易老化，導(dǎo)致接觸不良，易產(chǎn)生拒動或誤動的情況。而且隨著運行時間的越來越長，故障點相應(yīng)增多，維護工作量越來越大，嚴重影響著機組的安全運行。 另外，保護裝置在機組正常運行時是長期不動作的，而一旦出現(xiàn)異常情況卻要求必須可靠的立即動作，因此對于熱工保護裝置應(yīng)有必要的監(jiān)視和試驗手段，以確保熱工保護裝置本身動作的正確和可靠。 隨著計算機技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的飛速發(fā)展，PLC和DCS在電廠應(yīng)用經(jīng)驗的積累，以及性能、可靠性的提高，PLC和DCS對機組監(jiān)

5、控覆蓋面日趨完善，其滲透深度也隨之增強。近年來，無論是新建的大型機組還是老機組進行熱工自動化改造，其所設(shè)計的PLC和DCS系統(tǒng)控制功能已不僅僅局限于熱機系統(tǒng)的監(jiān)視、控制及大聯(lián)鎖等，機組熱工保護系統(tǒng)的控制也納入DCS中，甚至像MFT（主燃料跳閘） 、ETS（汽輪機危急跳閘系統(tǒng)）可靠性要求很高的專用設(shè)備，也有人嘗試用DCS(設(shè)計專用智能板件)來實現(xiàn)其功能。2000年修訂的《火力發(fā)電廠設(shè)計技術(shù)規(guī)程》已明確規(guī)定"對于300MW及以上機組，當(dāng)響應(yīng)速度允許并有成功的應(yīng)用經(jīng)驗時，也可將汽輪機保護納入DCS"，但對采用何種類型的控制器并未做出規(guī)定。而且目前機組控制室人機界面的設(shè)計也已經(jīng)發(fā)生了深刻變化，常規(guī)儀表

6、加硬手操的監(jiān)控模式已基本被取消，取而代之的是大屏幕、CRT操作員站加軟手操。因此，機組安全、經(jīng)濟運行對DCS的依賴性也越來越大。 第二節(jié) 熱工保護控制設(shè)備 1、 可編程控制器（PCL） 1、1 PLC系統(tǒng)概述 可編程控制器(ProgrammableLogicalController)簡稱為PLC，是60年代末發(fā)明的工業(yè)控制器件。國際電工委員會（IEC）對可編程控制器的定義是：一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)、專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它參用一種可編程的存儲器，在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算，順序控制，時序、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的面向用戶的指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制

7、各種類型的機械或生產(chǎn)過程。可編程序控制器及其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計。 PLC是由早期繼電器邏輯控制系統(tǒng)與微機計算機技術(shù)相結(jié)合而發(fā)展起來的，它是以微處理器為主的一種工業(yè)控制儀表，它融計算機技術(shù)、控制技術(shù)和通信技術(shù)于一體，集順序控制、過程控制和數(shù)據(jù)處理于一身，可編程控制器由于抗干擾能力強、可靠性高、編程簡單、、控制靈活、操作維護簡單和性能價格比高，在工業(yè)控制領(lǐng)域得到越來越廣泛應(yīng)用。 可編控制器PLC進入國內(nèi)工業(yè)控制領(lǐng)域己近十年了，早期的PLC由于受硬件的構(gòu)成及軟件環(huán)境的局限，其應(yīng)用范圍受到二定的限制。近幾年來，隨著微電子技術(shù)及計算機技術(shù)的高速發(fā)

8、展，PLC產(chǎn)品高度融合了計算機產(chǎn)業(yè)最新進的技術(shù)與工業(yè)自動控制的經(jīng)典理論，在其功能及性能上指標上得以大大的豐富和完善，從而突破了傳統(tǒng)PLC的概念，在中、小型控制領(lǐng)域內(nèi)極大的擴展了其應(yīng)用范圍。在特定的范圍內(nèi)，高性能價格比己成為新型PLC的最突出的特點。 PLC是基于計算機技術(shù)和自動控制理論發(fā)展而來的，它既不同于普通的計算機，又不同于一般的計算機控制系統(tǒng)，作為一種特殊形式的計算機控制裝置，它在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，硬件組成，軟件結(jié)構(gòu)以及I/O通道，用戶界面諸多方面都有其特殊性。 從原理上說，可編程控制器和計算機是一致的，為了和工業(yè)控制相適應(yīng)，PLC采用掃描原理來工作，也就是對整個程序進行一遍又一遍的掃描，直

9、到停機為止。之所以采用這樣的工作方式，是因為PLC是由繼電器控制發(fā)展而來的，而CPU的掃描用戶程序的時間遠遠短于繼電器的動作時間，只要采用循環(huán)掃描的辦法就可以解決其中的矛盾。循環(huán)掃描的工作方式是PLC區(qū)別于普通的計算機控制系統(tǒng)的一個重要方面。 目前，由于PLC把專用的數(shù)據(jù)高速公路改成通用的網(wǎng)絡(luò)，并逐步將PLC之間的通信規(guī)約靠攏，使得PLC 有條件和其它各種計算機系統(tǒng)和設(shè)備實現(xiàn)集成，以組成大型的控制系統(tǒng)，這使得PLC 系統(tǒng)具備了DCS的形態(tài)，這樣，基于PLC的DCS系統(tǒng)目前在國內(nèi)外都得到了廣泛的應(yīng)用。 1、2 PLC主要特點 1、2、1抗干擾能力強，可靠性高 PLC的技術(shù)條件能在一般高

10、溫、振動、沖擊和粉塵等惡劣環(huán)境下工作，能在強電磁干擾環(huán)境下可靠工作。實驗表明一般的PLC產(chǎn)品可抗1000V、1μS的窄脈沖干擾，其平均無故障時間（MTBF）一般在40000～50000h以上，西門子、ABB、松下等微小型PLC可達10萬h以上，而且均有完善的自診斷功能，判斷故障迅速，便于維護。 1、2、2 模塊化組合靈活 可編程控制器是系列化產(chǎn)品，通常采用模塊結(jié)構(gòu)來完成不同的任務(wù)組合，使系統(tǒng)構(gòu)成十分靈活。I/O從8～8192點，有不同檔次的多種機型、多種功能模板可靈活組合，結(jié)構(gòu)形式也是多樣的。 1、2、3功能強，范圍廣 PLC應(yīng)用微電子技術(shù)和微計算機，簡單型式都具有邏輯、定時、計數(shù)等順

11、序控制功能; 基本型式再加上模擬I/O、基本算術(shù)運算、通信能力等; 復(fù)雜型式除了具有基本型式的功能外，還具有擴展的計算能力、多級終端機制、智能I/O、PID調(diào)節(jié)、過程監(jiān)視、網(wǎng)絡(luò)通信能力、多處理器和高速數(shù)據(jù)處理能力。 1、2、4 編程簡單易學(xué) PLC編程方法采用面向控制過程容易理解的編程語言，例如梯形圖、功能塊圖、指令表和順序功能表圖(SFC)，簡單直觀、易學(xué)易記，不需要太多的計算機編程知識。新的編程工作站配有綜合的軟件工具包，并可在任何兼容的個人計算機上編程。 1、2、5 安裝、維修簡單 與計算機系統(tǒng)相比，PLC安裝不需要特殊機房和嚴格的屏蔽。使用時只要各種器件連接無誤，系統(tǒng)便可工作，

12、各個模件上設(shè)有運行和故障指示裝置，便于查找故障，大多數(shù)模件可以帶電插拔，模件可更換，使用戶可以在最短的時間內(nèi)查出故障，并排除，最大限度地壓縮故障停機時間，使生產(chǎn)迅速恢復(fù)。然后再對故障模件進行修復(fù)，這對大規(guī)模生產(chǎn)場合尤為適宜。 　　一些PLC外殼由可在不良工作環(huán)境下工作的合金組成，結(jié)構(gòu)簡單，上面帶有散熱槽，在高溫下，該外殼不像塑料制品那樣變形，還可抗無線電頻率(RF高頻)電磁干擾、防火等。 1、2、6 運行速度快 隨著微處理器的不斷發(fā)展和增強，PLC的運行速度不斷提高，使它更符合處理高速度復(fù)雜的控制任務(wù)，它與微型計算機之間的差別不是很明顯。 1、2、7 性能價格比高 PLC的重量、體積

13、、功耗和硬件價格一直在降低，雖然軟件價格占的比重有所增加，但是各廠商為了競爭也相應(yīng)地降低了價格。另外，采用PLC有相當(dāng)一部分工作可通過編程設(shè)備在實驗中進行，可以節(jié)省了大量的時間、人力和資金，較大縮短設(shè)計、編程和投產(chǎn)周期，隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，PLC的功能在不斷增強，使總價格不斷的進一步降低。 1、3 PLC的構(gòu)成 　　雖然各種PLC的組成各不相同，但是在結(jié)構(gòu)上是基本相同的，一般由CPU、存儲器、輸入輸出設(shè)備(I/O) 、電源模塊、底板或機架，和其他可選部件組成。其他的可選部件包括編程器，外存儲器，模擬I/O盤，通信接口，擴展接口等。 1、3、1 CPU的構(gòu)成 　　　CPU是PLC的

14、核心，每套PLC至少有一個CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的存儲器中，同時診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，去指揮有關(guān)的控制電路。它用于輸入各種指令，完成預(yù)定的任務(wù)，起到了大腦的作用，自整定、預(yù)測控制和模糊控制等先進的控制算法也已經(jīng)在CPU中得到了應(yīng)用； CPU主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。 　　在

15、使用者看來，不必要詳細分析CPU的內(nèi)部電路，但對各部分的工作機制還是應(yīng)有足夠的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號控制。運算器用于進行數(shù)字或邏輯運算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運算，并存儲運算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。 　　CPU速度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，IO數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。 1、3、2 存儲器 存儲器主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元，存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。存放應(yīng)用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器，存儲器包括隨機存儲器RAM和

16、只讀存儲器ROM。 PLC常用的存儲器類型 ：1）RAM （Random Assess Memory） 這是一種讀/寫存儲器(隨機存儲器)，其存取速度最快，為程序運行提供了存儲實時數(shù)據(jù)與計算中間變量的空間，由鋰電池支持。2）EPROM（Erasable Programmable Read Only Memory）這是一種可擦除的只讀存儲器。在斷電情況下，存儲器內(nèi)的所有內(nèi)容保持不變 (在紫外線連續(xù)照射下可擦除存儲器內(nèi)容)。3）EEPROM(Electrical Erasable Programmable Read Only Memory)這是一種電可擦除的只讀存儲器。使用編程器就能很容易地對

17、其所存儲的內(nèi)容進行修改。通常將程序以及所有的固定參數(shù)固化在ROM中。 1、3、3 I/O模塊 　　PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入輸出系統(tǒng)（I/O）使過程狀態(tài)和參數(shù)輸入到PLC的通道以及實時控制信號輸出的通道，這些通道可以有開關(guān)量輸入（DI），開關(guān)量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO），脈沖量輸入（PI）等模塊。 　　開關(guān)量是指只有開和關(guān)（或1和0）兩種狀態(tài)的信號，模擬量是指連續(xù)變化的量。常用的I/O分類如下： 　　開關(guān)量：按電壓水平分，有220V

18、AC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。 　　模擬量：按信號類型分，有電流型（4-20mA,0-20mA）、電壓型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等，位數(shù)和精度可以根據(jù)用戶要求選擇。 　　除了上述通用IO外，還有特殊IO模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。 　　按I/O點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數(shù)限制。 1、3、4 電源模塊 　　PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供24V

19、的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VAC）。 1、3、5 底板或機架 　　大多數(shù)模塊式PLC使用底板或機架，其作用是：電氣上，實現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使CPU能訪問底板上的所有模塊，機械上，實現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個整體。 1、3、6　PLC系統(tǒng)的其它設(shè)備 　　1）、編程設(shè)備：編程器是PLC開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測運行、檢查維護不可缺少的器件，用于編程、對系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場控制運行。小編程器PLC一般有手持型編程器，目前一般由計算機（運行編程軟件）充當(dāng)編程器。 　　2）、人機

20、界面：最簡單的人機界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應(yīng)用越來越廣泛，由計算機（運行組態(tài)軟件）充當(dāng)人機界面非常普及。 　　3）、輸入輸出設(shè)備：用于永久性地存儲用戶數(shù)據(jù)，如EPROM、EEPROM寫入器、條碼閱讀器，輸入模擬量的電位器，打印機等。 1、3、7 PLC的通信聯(lián)網(wǎng) 　　依靠先進的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。現(xiàn)代PLC大多數(shù)都采用了通信、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，有RS232或RS485接口，可進行遠程I/O控制，多臺 PLC可彼此間聯(lián)網(wǎng)、通信，外部器件與一臺或多臺可編程控制器的信號處理單元之間，實現(xiàn)程序和數(shù)據(jù)交換，如程序轉(zhuǎn)移、數(shù)據(jù)文檔轉(zhuǎn)移、監(jiān)視

21、和診斷。 　　通信接口或通信處理器按標準的硬件接口或?qū)Ｓ械耐ㄐ艆f(xié)議完成程序和數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)移。如西門 子S7-200的Profibus現(xiàn)場總線口，其通信速率可以達到12Mbps。 　　在系統(tǒng)構(gòu)成時，可由一臺計算機與多臺PLC構(gòu)成“集中管理、分散控制”的分布式控制網(wǎng)絡(luò)，以便完成較大規(guī)模的復(fù)雜控制。通常所說的SCADA系統(tǒng)，現(xiàn)場端和遠程端也可以采用PLC作現(xiàn)場機。 1、 4 可編程控制器基本原理 PLC是基于電子計算機，且適用于工業(yè)現(xiàn)場工作的電控制器。它源于繼電控制裝置，但它不像繼電裝置那樣，通過電路的物理過程實現(xiàn)控制，而主要靠運行存儲于PLC內(nèi)存中的程序，進行入出信息變換實現(xiàn)控制。 PLC

22、基于電子計算機，但并不等同于普通計算機。PLC則還要考慮信息入出的可靠性、實時性，以及信息的使用等問題。特別要考慮怎么適應(yīng)于工業(yè)環(huán)境，如便于安裝，抗干擾等問題。 1、4、1 掃描技術(shù) PLC的CPU內(nèi)有指示程序步存儲地址的程序計數(shù)器，在程序運行過程中，每執(zhí)行一步該計數(shù)器自動加1，程序從起始步（步序號為零）起依次執(zhí)行到最終步（通常為END指令），然后再返回起始步循環(huán)運算。PLC每完成一次循環(huán)操作所需的時間稱為一個掃描周期。不同型號的PLC，循環(huán)掃描周期在1微秒到幾十微秒之間。 當(dāng)PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一

23、個掃描周期。掃描周期的長短取決于系統(tǒng)的配置、I/O通道數(shù)、程序中使用的指令及外圍設(shè)備的連接等。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段。如圖5-1所示。 圖5-1 掃描周期過程 1）輸入采樣階段 在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 2）用戶程

24、序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會對排在下

25、面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。 3）輸出刷新階段 當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè)。這時，才是PLC的真正輸出。 一般來說，PLC的掃描周期包括自診斷、通訊等，如圖5-2所示，即一個掃描周期等于自診斷、通訊、輸入采樣、用戶程序執(zhí)行、輸出刷新等所有時間的總和。 輸入刷新--運行用戶程序--輸出刷新--再輸入刷新--再運行用戶程序--再輸出刷新……永不停止地循環(huán)

26、反復(fù)地進行著。有了輸入刷新，可把輸入電路監(jiān)控得到的輸入信息存入PLC的輸入映射區(qū)；經(jīng)運行用戶程序，輸出映射區(qū)將得到變換后的信息；再經(jīng)輸出刷新，輸出鎖存器將反映輸出映射區(qū)的狀態(tài)，并通過輸出電路產(chǎn)生相應(yīng)的輸出。又由于這個過程是永不停止地循環(huán)反復(fù)地進行著，所以，輸出總是反映輸入的變化的。 圖5-2所示的過程是簡化的過程，實際的 PLC工作過程還要復(fù)雜些。除了 I/O刷新及運行用戶程序，還要做些公共處理工作。公共處理工作有：循環(huán)時間監(jiān)控、外設(shè)服務(wù)及通訊處理等。 外設(shè)服務(wù)是讓PLC可接受編程器對它的操作，或通過接口向輸出設(shè)備如打印機輸出數(shù)據(jù). 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)是實現(xiàn)PLC與PLC，或PLC與計算機，或PL

27、C與其它工業(yè)控制裝置或智能部件間信息交換的。 圖5-2 PLC工作過程 1、4、2 PLC的I/O響應(yīng)時間 用PLC設(shè)計一個控制系統(tǒng)時，必須知道有了一個輸入信號后，PLC經(jīng)過多長時間才能有一個對應(yīng)的輸出信號，否則，就不能正確和精確地解決系統(tǒng)各部件之間的配合問題。 為了增強PLC的抗干擾能力，提高其可靠性，PLC的每個開關(guān)量輸入端都采用光電隔離等技術(shù)。 為了能實現(xiàn)繼電器控制線路的硬邏輯并行控制，PLC采用了不同于一般微型計算機的運行方式（掃描技術(shù)）。 以上兩個主要原因，使得PLC得I/O響應(yīng)比一般微型計算機構(gòu)成的工業(yè)控制系統(tǒng)滿的多，其響應(yīng)時間至少等于一個掃描周期，一般均大于一個

28、掃描周期甚至更長。 所謂I/O響應(yīng)時間指從PLC收到的一個輸入信號變化開始，到PLC向輸出端輸出一個控制信號所需的時間。其最小的I/O響應(yīng)時間如圖5-3所示與最大的I/O響應(yīng)時間如圖5-4所示。 圖5-3最小I/O響應(yīng)時間 　 圖5-4最大I/O響應(yīng)時間 　 以上是一般的PLC的工作原理，但在現(xiàn)代出現(xiàn)的比較先進的PLC中，輸入映像刷新循環(huán)、程序執(zhí)行循環(huán)和輸出映像刷新循環(huán)已經(jīng)各自獨立的工作，提高了PLC的執(zhí)行效率。在實際的工控應(yīng)用之中，編程人員應(yīng)當(dāng)知道以上的工作原理，才能編寫出質(zhì)量好、效率高的工藝程序。1、5 PLC的應(yīng)用 早期的PLC僅是替代傳統(tǒng)的繼電器邏輯控制系統(tǒng)，主要用于

29、順序控制上。所謂順序控制，就是按照工藝流程的順序，在控制信號的作用下，使得生產(chǎn)過程的各個執(zhí)行機構(gòu)自動地按照順序動作，PLC的應(yīng)用大大促進了流水線技術(shù)的發(fā)展。 　　現(xiàn)在通過的PLC編制程序、執(zhí)行簡單的邏輯控制指令就能實現(xiàn)方便、靈活的控制。，已經(jīng)開始用于閉環(huán)控制，不僅如此，隨著其擴展能力和通信能力的發(fā)展，它也越來越多地應(yīng)用到了復(fù)雜的分布式控制系統(tǒng)中。 1、5 PLC的應(yīng)用 PLC是應(yīng)用面很廣的工業(yè)自動化裝置，PLC具有以下基本功能: 1、5、1控制功能 1）邏輯控制：PLC具有與、或、非、異或和觸發(fā)器等邏輯運算功能。 　　2）定時控制：它為用戶提供了若干個電子定時器，用戶可自行設(shè)定。

30、 　　3）計數(shù)控制：用脈沖控制可以實現(xiàn)加、減計數(shù)模式，可以連接碼盤進行位置檢測。 　　順序控制：在前道工序完成之后，就轉(zhuǎn)入下一道工序，使一臺PLC可作為多部步進控制器使用。 1、5、2 數(shù)據(jù)采集、存儲與處理功能 1、5、3 數(shù)學(xué)運算功能：基本算術(shù)、擴展算術(shù)、比較、數(shù)據(jù)處理和擬數(shù)據(jù)處理。 1、5、4輸入/輸出接口調(diào)理功能：具有A/D、D/A轉(zhuǎn)換功能，通過I/O模塊完成對模擬量的控制和調(diào)節(jié)。位數(shù)和精度可以根據(jù)用 戶要求選擇。 1、5、5通信、聯(lián)網(wǎng)功能：通信接口或通信處理器按標準的硬件接口或?qū)Ｓ械耐ㄐ艆f(xié)議完成程序和數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)移。 1、5、6人機界面功能：提供操作者以監(jiān)視機器/過程工作必需

31、的信息。允許操作者和PC系統(tǒng)與其應(yīng)用程序相互作用，以便作決策和調(diào)整。 1、5、7編程、調(diào)試功能：使用復(fù)雜程度不同的手持、便攜和桌面式編程器、工作站和操作屏，進行編程、調(diào)試、監(jiān)視 、試驗和記錄，并通過打印機打印出程序文件。 1．6 提高PLC控制系統(tǒng)的可靠性 1、6、1安全隔離 　　PLC系統(tǒng)所有數(shù)字量I/0信號通道與現(xiàn)場之間均采取繼電器隔離措施，以排除現(xiàn)場惡劣工況的影響。如果沒有采取繼電器隔離措施，感應(yīng)電以及現(xiàn)場高等級電壓的誤接，可能會干擾正常的信號采集甚至直接燒毀I/0模塊。 　　系統(tǒng)中分布在不同位置的I/0站分別負責(zé)不同區(qū)域設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和控制，個別I/0站或者個別設(shè)備的故

32、障不會影響其余站點和設(shè)備的正?？刂坪瓦\行，從而將局部故障造成的不良后果降到最小。 　　控制系統(tǒng)的電源也采取了隔離措施?？刂葡到y(tǒng)配有一套在線UPS電源，上位機、PLC主機、各I/0站的電源集中由UPS電源供電。當(dāng)外部供電電源消失時，UPS電源的蓄電池裝置能維持30 min的供電，操作員此時可進行應(yīng)急操作，比如可以將所有設(shè)備按照流程順序切換到跳閘位置。另外，UPS電源裝置還具備濾波整流和穩(wěn)壓功能，可以減少或避免控制系統(tǒng)設(shè)備受到外部供電電源質(zhì)量的影響。控制系統(tǒng)中每套設(shè)備的電源供電均通過相應(yīng)容量的空氣開關(guān)實現(xiàn)，從而可以減少或避免系統(tǒng)不同設(shè)備電源之間的相互影響。 1、6、2 熱備冗余 　　P

33、CL控制系應(yīng)采用雙機雙纜熱備冗余。下位機PLC主機站內(nèi)配備雙CPU熱備冗余系統(tǒng)，2臺CPU中的控制程序在工作中保持同步運行，當(dāng)一臺CPU出現(xiàn)故障時，備用CPU能自動投入，保證整個PLC程控系統(tǒng)的正常運行，并且可以隨意選擇一臺進行控制操作。 　　PLC主機與各I/0站的通訊網(wǎng)絡(luò)采用雙通道、雙纜熱備冗余配置。 　　PCL控制系統(tǒng)接受外部兩路獨立的220 VAC電源，當(dāng)一路電源失去時，另一路電源能通過無擾切換裝置瞬間自動投入，不會影響控制系統(tǒng)的運行。即使外部兩路電源同時消失，UPS電源的蓄電池裝置也能維持30 min供電，起到短時備用的作用。 1、6、3 正確選擇接地點 良好的接地是

34、保證PLC可靠工作的重要條件，可以避免偶然發(fā)生的電壓沖擊危害。接地的目的通常有兩個，其一為了安全，其二是為了抑制干擾。完善的接地系統(tǒng)是PLC控制系統(tǒng)抗電磁干擾的重要措施之一。對PLC控制系統(tǒng)而言，它屬高速低電平控制裝置，應(yīng)采用直接接地方式。信號源接地時，屏蔽層應(yīng)在信號側(cè)接地，一定要避免多點接地。 1、6、4 正確使用和維護 　　控制系統(tǒng)的安裝要按照相關(guān)標準進行，不同類型的信號分別由不同電纜傳輸，信號電纜應(yīng)按傳輸信號種類分層敖設(shè)，嚴禁用同一電纜的不同導(dǎo)線同時傳送動力電源和信號，控制電纜要與動力電纜分開敷設(shè)等，避免信號線與動力電纜靠近平行敖設(shè)，以減少電磁干擾。。 　　對PLC程序編輯修改并

35、進行上載或下載的操作須由許可的專業(yè)人員進行。 1、7 PLC發(fā)展趨勢 現(xiàn)代PLC的發(fā)展有兩個主要趨勢：其一是向體積更小、速度更快、功能更強和價格更低的微小型方面發(fā)展；其二是向大型網(wǎng)絡(luò)化、高可靠性、好的兼容性和多功能方面發(fā)展。 1、7、1 大型網(wǎng)絡(luò)化　主要是朝DCS方向發(fā)展，使其具有DCS系統(tǒng)的一些功能。網(wǎng)絡(luò)化和通信能力強是PLC發(fā)展的一個重要方面，向下可將多個PLC、I/O框架相連；向上與工業(yè)計算機、以太網(wǎng)、MAP網(wǎng)等相連構(gòu)成整個工廠的自動化控制系統(tǒng)，隨著其擴展能力和通信能力的發(fā)展，它也越來越多地應(yīng)用到了復(fù)雜的分布式控制系統(tǒng)中。。 1、7、2 多功能　隨著自調(diào)整、步進電機控制、

36、位置控制、伺服控制等模塊的出現(xiàn)，充分應(yīng)用了模件技術(shù)，能夠被完全集成到工廠底層現(xiàn)場過程控制設(shè)備中去，為現(xiàn)場設(shè)備級提供了低價格過程控制應(yīng)用，使PLC控制領(lǐng)域更加寬廣。 　　如西門子公司早在80年代就研制出了多回路閉環(huán)控制模塊、步進電機控制模塊、仿真模塊和通信處理模塊等。在S7200、S7300系列具有TD 200和COROS OPS操作模板(OPS)為用戶提供了方便人機界面，用戶程序三級口令保護，極強的計算性能，完善的指令集，MPI接口和通過工業(yè)現(xiàn)場總線PROFIBUS以及以太網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)能力，全面的故障診斷功能；模塊式結(jié)構(gòu)可用于各處性能的擴展；快速的指令處理大大縮短了循環(huán)周期，并采用了高速計數(shù)

37、器，高速中斷處理可以分別響應(yīng)過程事件，大幅度降低了成本。 1、7、3 高可靠性　由于控制系統(tǒng)的可靠性日益受到人們的重視，一些公司已將自診斷技術(shù)、冗余技術(shù)、容錯技術(shù)廣泛應(yīng)用到現(xiàn)有產(chǎn)品中，推出了高可靠性的冗余系統(tǒng)，并采用熱備用或并行工作、多數(shù)表決的工作方式。在一個臨界事件中，該控制器進入一個用戶定義的安全狀態(tài)為一個有序的停止，同時提供診斷數(shù)據(jù)。在操作運行過程中模板還可熱插拔。 　　 2、分散控制系統(tǒng)（DCS） 2、1 DCS概述 DCS是繼1969年P(guān)LC問世后， 1975年 Honewell 公司首先推出的 TDC2000 集散控制系統(tǒng)，它是一個具有許多微處理器的分級控制系統(tǒng)，以

38、分散的控制設(shè)備來適應(yīng)分散的過程對象，并將它們通過數(shù)據(jù)高速公路與基于 CRT的操作站相連接，互相協(xié)調(diào)，實現(xiàn)了控制系統(tǒng)的功能分散，從而危險性也分散。20世紀80年代，望亭電廠選用美國西屋公司W(wǎng)DPF進行DCS(Distributed Control System)的應(yīng)用試點，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集（DAS）和模擬量控制（MCS）功能；DCS系統(tǒng)進入大型燃煤電廠，最初只用于DAS(數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng))和MCS(模擬量調(diào)節(jié)系統(tǒng))，而后逐步用于SCS(順序控制系統(tǒng))。經(jīng)過數(shù)年的安裝調(diào)試，這些電廠的DCS均隨機組同時投產(chǎn)，能滿足大機組的運行要求，解決了用戶所擔(dān)心的可靠性問題，接著在300MW機組上開始推廣應(yīng)用，但功能

39、還只限于DAS、MCS和SCS（順序控制系統(tǒng)），同時還保留了較多的模擬儀表和硬手操設(shè)備。在二十世紀最后20年里，DCS承包商在承接DCS控制系統(tǒng)的施工及應(yīng)用調(diào)試中，積累了豐富的火電廠運行經(jīng)驗，熟悉了FSSS的任務(wù)及功能，在消化吸收的基礎(chǔ)上， 成功的將FSSS納入DCS，由DCS完成鍋爐的各項保護，以及燃燒和負荷管理任務(wù)，稱其為鍋爐燃燒管理系統(tǒng)—BMS(BURNER MANAGER SYSYTEM)?；鹆Πl(fā)電廠DCS應(yīng)用范圍開始擴大到爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)FSSS和SCS(包括了輔機聯(lián)鎖保護和汽機防進水保護), 于是形成了DCS完成四大功能(DAS, MCS,SCS,FSSS) 的模式。 過去因擔(dān)心

40、DCS是否可靠問題而采取的保險措施——配備部分常規(guī)儀表和硬手操設(shè)備，通過實踐證明，DCS是可靠的，只要軟件設(shè)計完善，完全可以保證機組的安全運行，所以近幾年設(shè)計和投運的機組，除少數(shù)緊急停機按鈕外，幾乎全部取消了硬手操和模擬儀表，使自動化系統(tǒng)大大簡化，用CRT操作臺，配以大屏幕顯示屏代替原來龐大的機組控制盤，因而所占用的空間大大減少，為減少運行人員創(chuàng)造了條件。其功能和應(yīng)用范圍不斷深入和擴大，目前已應(yīng)用到電氣的發(fā)電機組的發(fā)電、配電、供電過程。多數(shù)國內(nèi)DCS成套商也已掌握了過去由專業(yè)公司設(shè)計供貨的爐膛安全保護系統(tǒng)（FSSS）、汽輪機數(shù)字電液控制系統(tǒng)（DEH）等技術(shù)，使DCS的功能做到能覆蓋整個發(fā)供電過

41、程的全部，即所謂的一體化。 世界上各知名的DCS生產(chǎn)廠，如FoxBoRo、ABB、Honeywell，為了提高自己的競爭能力，保持在工業(yè)控制領(lǐng)域中的份額，通過購買安全產(chǎn)品的專業(yè)生產(chǎn)廠家或者同專業(yè)生產(chǎn)廠結(jié)成聯(lián)盟，把DCS同安全型控制器緊密的綜合在一起，實現(xiàn)了無縫連接。為過程工業(yè)領(lǐng)域中有關(guān)安全的控制系統(tǒng)采用獨立的安全型控制器，而采用統(tǒng)一的DCS人機接口創(chuàng)造了條件。隨著工業(yè)控制要求的不斷提高和智能化設(shè)備的大量使用，DCS系統(tǒng)的應(yīng)用很好地解決了用戶對系統(tǒng)大容量、高可靠、智能化、開放性等方面的要求。2000年修訂的《火力發(fā)電廠設(shè)計技術(shù)規(guī)程》已明確規(guī)定"對于300MW及以上機組，當(dāng)響應(yīng)速度允許并有成功的

42、應(yīng)用經(jīng)驗時，也可將汽輪機保護納入DCS"，但對采用何種類型的控制器并未做出規(guī)定。 2、2 DCS系統(tǒng)的應(yīng)用 作為十分重要的熱工聯(lián)鎖保護系統(tǒng)目前主要存在著兩種設(shè)計方式：一種是由DCS系統(tǒng)覆蓋，熱工聯(lián)鎖保護與DCS從硬件到軟件均融合成一個整體，實現(xiàn)了控制系統(tǒng)的一體化，另一種則是由主設(shè)備廠成套提供，為了使運行人員通過DCS便能夠更加全面地掌握全廠信息，從而將熱工聯(lián)鎖保護通過串行口與DCS相連。 從爐機電單元集中控制并實現(xiàn)正常運行時只有一人操作的運行水平考慮，DCS覆蓋熱工聯(lián)鎖保護無疑在簡化系統(tǒng)、減少監(jiān)視操作面和便于管理維護等方面具有明顯的優(yōu)越性。經(jīng)過多年的工程實踐，目前國內(nèi)工程中大型國產(chǎn)燃煤機

43、組已成功地由DCS廠商實現(xiàn)熱工聯(lián)鎖保護的控制，而且貝利公司、西屋公司、ABB公司、西門子公司、日立公司和新華公司等均已具備這一能力和經(jīng)驗，故而可以說，具有條件的項目，由 DCS實現(xiàn)熱工聯(lián)鎖保護的硬件一體化應(yīng)是首選方案。 關(guān)于ETS納入DCS問題，已有一些工程成功的將ETS納入DCS，但必須注意ETS的控制器處理周期不應(yīng)大于50ms，最好在20-30ms間，應(yīng)采用獨立的冗余控制器，以盡可能提高可靠性。當(dāng)然，為了充分保證系統(tǒng)的可靠性．在不具備條件的情況下，不應(yīng)強求DCS覆蓋熱工聯(lián)鎖保護功能，但是有一點大家應(yīng)該可以達成共識，即熱工聯(lián)鎖保護若不能與DCS實現(xiàn)硬件一體化，也應(yīng)以 DCS為主體的操作員站

44、，通過網(wǎng)絡(luò)通信接口實現(xiàn)信息共享和人—機界面共用，在操作運行層面上實現(xiàn)DCS的一體化，這就需要DCS廠商和熱工聯(lián)鎖保護廠商共同來開發(fā)合適的通信接口，以實現(xiàn)通過DCS操作員站對熱工聯(lián)鎖保護監(jiān)視的串行通信接口模式。 即可實現(xiàn)功能分散，又可實現(xiàn)物理分散 的DCS系統(tǒng)，在目前電廠中的應(yīng)用卻只實施 了功能分散而未實施物理分散，究其原因，一方面無外乎是早期DCS系統(tǒng)硬件本身的環(huán)境適應(yīng)能力較弱，另一方面則是出于管理維 護的方便，用戶更愿意接受DCS控制機柜集 中布置的方案。隨著DCS系統(tǒng)本身的技術(shù)發(fā)展和用戶運行水平的不斷提高，在電廠尚未廣泛采用現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)之前的這段時間里，有效設(shè)計和采納物理分

45、散則是有效發(fā)揮DCS潛能的最重要課題。 機組側(cè)的重要工藝系統(tǒng)盡量采用同樣的DCS冗余設(shè)備，例如DEH、FSSS、循環(huán)水、熱網(wǎng)、脫硫，只要增加相應(yīng)的DCS的控制站和上網(wǎng)節(jié)點。一些輔助工藝設(shè)備，如化水、輸煤、除灰，可采用非冗余(冗余)DCS遠程站，DCS的程控能力比PLC更優(yōu)越。 在工程實踐中，國產(chǎn)的DCS價格和PLC相當(dāng)，冗余的DCS反而更可靠，很多中小電廠已經(jīng)接收全部采用DCS的配置方案。這樣規(guī)劃的網(wǎng)絡(luò)拓撲，不需要網(wǎng)關(guān)設(shè)備，實時數(shù)據(jù)流十分通暢，全廠實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)自然可以在DCS一個數(shù)據(jù)庫中獲得，DCS可以作為小型SIS使用。 單元機組DCS按照功能分散和物理分散相結(jié)合的原則設(shè)計，完成主

46、廠房單元機組生產(chǎn)過程的控制，包括鍋爐、汽機、發(fā)電機及其輔助系統(tǒng)與設(shè)備、發(fā)變組及廠用電電源系統(tǒng)、鍋爐吹灰和定排系統(tǒng)、FSSS、主廠房空壓機房、循環(huán)水泵房、汽機控制系統(tǒng)(DEH)、旁路控制系統(tǒng)(BPC)。 汽機緊急跳閘裝置(ETS)將采用與DCS相同的軟硬件來實現(xiàn)其功能，這樣DCS將包括ETS。從DCS設(shè)計思路可看出，單元機組大部分控制對象均納入DCS中進行控制，實現(xiàn)了單元機組控制的一體化。 綜上所述，DCS已實現(xiàn)了鍋爐島的一體化(FSSS、吹灰、定排)，電氣控制的一體化(ECS)，正在實現(xiàn)與汽機島的一體化(DEH、ETS、BPC)，DCS的功能覆蓋面已由早期的僅包含MCS、DAS、SCS到實

47、現(xiàn)單元機組的全部監(jiān)控和保護功能(MCS、DAS、FSSS、BPC、ETS、ECS、DEH)，輔助控制系統(tǒng)也由原來獨立的單元向整個輔助控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的DCS一體化過渡。隨著技術(shù)的進步和觀念的更新，DCS完全可擴展至整個輔助系統(tǒng)，1臺機組僅用1套DCS就可實現(xiàn)全部控制功能，DCS將覆蓋發(fā)電廠各個自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)控制功能的一體化。 2、3 DCS主要特點 2、3、１ 自主性：工作站通過網(wǎng)絡(luò)接口連接起來，獨自完成合理分配的規(guī)定任務(wù)。各工作站相對獨立和自主地完成自己的任務(wù)，保證局部故障時不危急整個系統(tǒng)。并且控制功能齊全、算法豐富，連續(xù)控制、順序控制和批量控制集于一體。 2、3、2 協(xié)調(diào)性：由于采用

48、先進可靠的通訊網(wǎng)絡(luò)和微處理器技術(shù)，可實現(xiàn)系統(tǒng)信息共享，相互進行協(xié)調(diào)，統(tǒng)一調(diào)度。 2、3、3 友好性：軟硬件的先進技術(shù)使得人機界面友善簡捷。利用CRT圖形技術(shù)及信息輸入技術(shù)，可以設(shè)計出畫面清晰、操作簡便的人機界面，有利于操作人員對生產(chǎn)過程的全面了解與控制; 2、3、4 開放性：軟硬件采用開放式、標準化和模塊化設(shè)計，具有靈活的配置，可適應(yīng)不同用戶的需要。 2、3、5 在線性：通過人機接口和I/O接口，對過程對象的數(shù)據(jù)進行實時采集、分析、記錄、監(jiān)視、操作控制，并包括對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、組態(tài)回路的在線修改、局部故障的在線維護等。 2、3、6 可靠性：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用容錯設(shè)計，在任一單元失效的情況下，仍然保

49、持系統(tǒng)的完整性。所有硬件都采用雙重化結(jié)構(gòu)，軟件采用程序分段與模塊化設(shè)計。系統(tǒng)各單元具有自診斷、自檢查、故障報警和隔離功能。 2、4、DCS硬件組成 DCS的硬件設(shè)備概括起來由：控制站、操作站和通訊網(wǎng)絡(luò)組成。典型的DCS系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖5-5所示。 圖5-5 典型DCS總體結(jié)構(gòu)圖 2、4、1 DCS控制站 控制站是DCS的核心部件，在實際運行中可以不與操作站及網(wǎng)絡(luò)相連的情況下，完成過程控制策略，保證生產(chǎn)裝置正常運行。從計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來說，控制站屬于過程控制專用計算機，其特點是第一代采用8位微處理器，第二代采用16位微處理器，第三代采用32位微處理器，這對于中小型DCS控制器來

50、說比較確切。大型DCS控制站對中央處理器要求較高，必須為專用的處理器，準16位和準32位運算方式； DCS控制站采用多CPU分別用于控制運算、冗余切換、通信等操作。 　　控制站作為個完整的計算機，它的主要I/O設(shè)備為現(xiàn)場的輸入、輸出處理設(shè)備，包括信號變換與信號調(diào)理，A/D、D/A轉(zhuǎn)換。目前已大量采用單片嵌入式技術(shù)，并采用單片機等完成量程調(diào)整、遠程I/O數(shù)據(jù)傳輸、小型化、減少硬件規(guī)格等功能，直到連接智能的現(xiàn)場變送器或接受采用現(xiàn)場總線技術(shù)的數(shù)字信號。大量采用單片嵌入式技術(shù)后，使得：1）DCS的智能模件必須具備自我診斷、數(shù)據(jù)交換等功能；2）DCS將控制、采集任務(wù)下達給遠端絕大部分的模件或模塊，以讓

51、其分散系統(tǒng)任務(wù)，模件或模塊具備狀態(tài)或數(shù)據(jù)采集、或者進行PID控制功能；3）通訊功能的增強了通訊協(xié)議的認可、總線設(shè)備地址的辨識、誤碼的智能判斷及相應(yīng)錯誤的糾正功能。在信號變換過程中采用隔離技術(shù)以防止來自現(xiàn)場的干擾信號，這是至關(guān)重要的。 　　關(guān)于DCS控制站的系統(tǒng)軟件，原則上也有實時操作系統(tǒng)、編程語言及編譯系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、自診斷系統(tǒng)等，只是完善程度不同而己。第一代DCS控制站的功能更近似于多回路調(diào)節(jié)器，而且每個控制站都可以配置人機界面和備用操作器；第二代DCS控制站的實時操作系統(tǒng)及程序編譯系統(tǒng)比較完整，編程語言有面向過程語言和高級語言，控制策略的組態(tài)由操作站或工作站在與控制站聯(lián)機的情況下，完

52、成編譯和下裝；第三代DCS控制站的系統(tǒng)軟件齊全，操作站或工程師站可以完成離線組態(tài)及在線修改控制策略。 　　DCS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)主要來自現(xiàn)場的信號和各種變量，在控制站中表現(xiàn)為與工位號對應(yīng)的相關(guān)測量值（PV）、設(shè)定值（SV）、操作輸出值（MV）及回路狀態(tài)等。這些數(shù)據(jù)被采集到DCS控制站相應(yīng)的存儲器里，構(gòu)成實時數(shù)據(jù)。其他屬于與工位號有關(guān)的組態(tài)信息，如量程、工程單位、回路連接信息、順序控制信息等，也在控制站中存儲，但同時必須在操作站或工程師站中存儲，而且有映像關(guān)系。至于歷史數(shù)據(jù)存儲，一般不是在DCS控制站完成。 　　在完善DDC直接數(shù)字控制技術(shù)中，對A/D、D/A轉(zhuǎn)換及控制算法，分別引入掃描周期和控制

53、周期概念，在第二代、第三代DCS控制站中，掃描周期可以比缺省值的1s更短，如可以選用0.2~05s，以滿足少數(shù)快速反應(yīng)的控制對象的要求。 　　DCS的一臺控制站可以完成上百個回路的控制，其容錯技術(shù)完善，可靠性、安全性強，只是對控制站的可靠性要求更高了。 　　控制站是整個DCS的基礎(chǔ)，它的可靠性和安全性最為重要，死機和控制失靈的現(xiàn)象是絕對不允許的，而且冗余、掉電保護、抗干擾、構(gòu)成防爆系統(tǒng)等方面都應(yīng)很有效而可靠，才能滿足用戶要求。 控制站的電源分模件電源和I/O電源。模件電源輸入AC 220V，輸出DC 5V和15V，供給模件或模塊上的芯片用; I/O電源輸入AC 220V，輸出DC 24V

54、或125V，供給現(xiàn)場變送器用。從兩處不同地方來的交流電源送到DCS的兩臺電源上,兩臺電源同時供電，其中一臺發(fā)生故障時，完全由另外一臺電源供電。 2、4、2 DCS操作站 　　DCS操作站具有操作員站功能、工程師站功能、通信功能和高級語言功能等，其中工程師站負責(zé)系統(tǒng)的管理、控制組態(tài)、系統(tǒng)生成與下裝功能。 　　實際的DCS操作站是典型的計算機，它與控制站不同，有著豐富的外圍設(shè)備和人機界面。70年代中期，CRT顯示器技術(shù)已成熟，以外部存儲器溫氏硬盤為特征，第二代DCS操作站還具有如下特點：操作站和工程師站分開，也有公司將操作站的歷史數(shù)據(jù)存儲用硬盤和高級語言應(yīng)用站分別獨立掛在通信網(wǎng)絡(luò)上；操作系統(tǒng)

55、除采用DOS系統(tǒng)以外的產(chǎn)品，采用Unix等操作系統(tǒng)；實時數(shù)據(jù)庫儲存性能逐漸完善；在人機界面方面，逐漸過渡為以GUI圖形用戶界面為平臺并采用鼠標、組態(tài)時制作流程圖和控制回路圖等采用菜單、窗口、CAD技術(shù)等，使人機界面友好。第三代DCS操作站是在個人計算機（PC）及Windows操作系統(tǒng)普及和通用監(jiān)控圖形軟件已商品化的基礎(chǔ)上誕生的，面對用戶要求的DCS系統(tǒng)應(yīng)具有開放性、便于系統(tǒng)集成和操作、與Windows一致等。目前大多數(shù)DCS操作站已采用高檔PC機或工控機，Windows NT(或Windows 2000)操作系統(tǒng)，客戶機/服務(wù)器（C/S）結(jié)構(gòu)，DDE（動態(tài)數(shù)據(jù)交換）或OPC（用于過程控制對象鏈

56、接嵌入）接口技術(shù)，以太網(wǎng)接口與管理網(wǎng)絡(luò)相連。其他還有系統(tǒng)配置、操作標記、趨勢記錄、歷史數(shù)據(jù)管理、總貌畫面組態(tài)、控制站組態(tài)、工藝單元或區(qū)域組態(tài)等，這些均組織成文件，最終形成數(shù)據(jù)庫，存儲在硬盤相應(yīng)區(qū)域，使數(shù)據(jù)具有獨立性和共享性 ，保證數(shù)據(jù)的完整性和安全性。 　　DCS系統(tǒng)組態(tài)、操作站組態(tài)、控制站組態(tài)均有相應(yīng)軟件，為DCS用戶的工程設(shè)計人員提供人機界面。在工程設(shè)計中，逐步向無紙化和PC機上完成工程設(shè)計的方式過渡。 操作員的操作主要依靠流程圖畫面和標準的總貌畫面、分組畫面等，采用標準鍵盤、鼠標和操作員專用鍵盤，用于生產(chǎn)工藝的控制操作、過程狀態(tài)顯示、報警狀態(tài)顯示以及實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)顯示打印

57、等。在多屏幕的情況下，操作的最后有效原則、各屏幕畫面等同化顯示及按工位號調(diào)用或按專用鍵調(diào)出畫面的速度或畫面定時刷新問題，報警按時序顯示記錄問題，都陸續(xù)得到解決。 2、4、3 通信網(wǎng)絡(luò) 　　　通信網(wǎng)絡(luò)部分負責(zé)各種功能站之間的數(shù)據(jù)通信和聯(lián)絡(luò)DCS采用過程數(shù)據(jù)公路的方式進行數(shù)據(jù)通信，為了提高網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性過程數(shù)據(jù)公路采用通信的雙重化措施。一條網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障，另一條備用網(wǎng)絡(luò)立即投入運行。另外，網(wǎng)絡(luò)正在逐步走向開放和通用標準網(wǎng)絡(luò)，以便于不同廠家的產(chǎn)品相互連接和通信。 在實際應(yīng)用中， DCS多用在一個生產(chǎn)裝置范圍內(nèi)的多機通信系統(tǒng)中，而且控制站和操作站均集中放置在控制室內(nèi)。電力行業(yè)則將控制站分散放在生

58、產(chǎn)線上或分散的域處，與集中放置操作站的控制室總距離一般也多在1km以內(nèi)。由于計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展， DCS通信功能的發(fā)展是與全廠管理網(wǎng)絡(luò)（以太網(wǎng)）技術(shù)相融合，逐漸實現(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)由多重結(jié)構(gòu)向扁平化過渡， DCS的通信系統(tǒng)特點是具有開放性，DCS對數(shù)據(jù)通信的基本要求是可靠性和高速率。 2、5 DCS軟件組成 DCS軟件一般由實時多任務(wù)操作系統(tǒng)、工程師站組態(tài)軟件、操作員站實時監(jiān)控軟件、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)管理軟件和過程控制單元的實時控制軟件組成。各部份互相配合，彼此協(xié)調(diào)，共同完成整個系統(tǒng)的各種功能。實時多任務(wù)操作系統(tǒng)多采用UNIX或WINDOS NT。 2、5、1 工程師站組態(tài)軟件 為工程

59、師站提供靈活方便、全面的工程組態(tài)軟件，用戶只要在窗口中通過簡單的繪圖填表、文本輸入等操作即可完成各種組態(tài)，并通過通訊網(wǎng)絡(luò)，將組態(tài)生成的文件下裝至操作員站和過程控制站。 2、5、2 操作員站實時監(jiān)控軟件 在操作員站實時多任務(wù)操作系統(tǒng)上，運行著一套完整的實時監(jiān)控軟件，操作員通過專用鍵盤和鼠標，可以完成對整個電廠熱工自動化的全部監(jiān)視、控制的功能。 2、5、3 網(wǎng)絡(luò)及數(shù)據(jù)管理軟件 系統(tǒng)采用雙總線結(jié)構(gòu)形成冗余網(wǎng)絡(luò)，兩條總線可以從主從模式工作，或以并行模式工作。當(dāng)檢測某條總線發(fā)生通訊故障時，通訊軟件將故障的總線切掉，而不對系統(tǒng)工作有絲毫影響。 2、5、4 過程控制站實時控制軟件 實時控制

60、軟件可提供各種自動調(diào)節(jié)方式，如單級PID調(diào)節(jié)、串級PID調(diào)節(jié)、比值控制和前饋及滯后補償?shù)腜ID調(diào)節(jié)。對于像鍋爐這樣的死區(qū)大、非線性、多變量耦合的復(fù)雜對象，實時控制軟件還能提供現(xiàn)代的控制方式，如模糊控制、變參量控制、自尋優(yōu)控制等，從而可使調(diào)節(jié)過程的動態(tài)品質(zhì)良好，精態(tài)的偏差更小。 2、6 提高DCS控制系統(tǒng)的可靠性 目前，我國火力發(fā)電廠的自動化水平有了很大的提高，分散控制系統(tǒng)（DCS）已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，由于DCS一體化可以統(tǒng)一和簡化了操作員接口，減少備品備件品種，降低儀表控制的維修費用和總投資，為確保機組電廠安全、經(jīng)濟運行作出了貢獻。隨著發(fā)電設(shè)備日趨大型化，在提高電廠經(jīng)濟性的同時，也

61、將對DCS系統(tǒng)的可靠性和安全性提出更高的要求。因此，對DCS控制系統(tǒng)的安全性、可靠性和有效性應(yīng)采取的以下措施。 2、6、1 對DCS控制系統(tǒng)，要嚴格按照《火力發(fā)電廠設(shè)計技術(shù)規(guī)程》、《二十五項反事故措施》和《火力發(fā)電廠安全性評價》的要求排查影響系統(tǒng)安全的各種因素，制定反事故措施，制定事故預(yù)防方案，禁止控制系統(tǒng)存在缺陷運行。 2、6、2 DCS系統(tǒng)的供電電源是DCS可靠工作的重要保障，DCS控制系統(tǒng)的電源應(yīng)符合冗余原則，保證電源供應(yīng)的絕對可靠。在解決系統(tǒng)供電電源安全可靠的同時，仔細檢查計算機控制系統(tǒng)對外供電的可靠性，特別是涉及熱工保護回路電源的可靠性?！痘鹆Πl(fā)電廠安全性評價》已經(jīng)把DCS系統(tǒng)是

62、否擁有雙路UPS冗余方式作為考核標準。 2、6、3 DCS控制系統(tǒng)及附屬運行設(shè)備的運行環(huán)境應(yīng)符合標準要求。重視計算機系統(tǒng)接地，控制系統(tǒng)區(qū)域應(yīng)考慮防止干擾措施，如I／O通道的隔離、良好的電纜屏蔽和電纜走向等。 2、6、4 一次元件及就地設(shè)備要定期校驗，運行過程中要定期檢查，保證設(shè)備正常運行。注意解決三冗余測量回路的檢查，易堵測量導(dǎo)管的檢查，如爐膛壓力導(dǎo)管的檢查。注意儀表管路的防寒防凍。 2、6、5 對保護信號電纜定期進行檢查，防止接線端子長時間運行后老化、松動以及電纜接頭接觸不良。室外接線箱密封要完好。 2、6、6 保護系統(tǒng)的邏輯組態(tài)應(yīng)由專人管理，防止因誤操作引起機組停運。組態(tài)修改要避免

63、下載時代碼傳遞出現(xiàn)缺陷。保護回路要定期檢查，確保保護回路運行正常。同時要確保保護投人率100％，不能因保護動作頻繁而隨意解除保護。 2、6、7合理優(yōu)化控制器的資源，無論DCS系統(tǒng)采用的是總線網(wǎng)還是環(huán)型網(wǎng)，控制的運算基本在控制器內(nèi)完成，而且涉及通信接口模件、通信網(wǎng)絡(luò)接口等。因此，在設(shè)計時要合理分配系統(tǒng)，相關(guān)子系統(tǒng)應(yīng)盡量在同一處理機內(nèi)，盡量減少控制器間的信號通訊，對于重要的保護信號應(yīng)采用硬接線傳遞信號。 2、6、8對電子間內(nèi)的設(shè)備要保證其溫度和濕度，對布置在現(xiàn)場的控制機柜要特別注意避開高溫、強磁、火源、強烈振動和沖擊的設(shè)備、有害氣源、易產(chǎn)生塵埃的區(qū)域和其他不利的場所。 2、6、9建立完善的管

64、理制度，對運行設(shè)備的檢修要嚴格執(zhí)行工作票制度，做好隔離和各項安全措施，帶電插拔卡件時要有安全防范措施，在確定安全性得到保障后方可進行工作。 2、7 DCS與PLC區(qū)別 2、7、1 PLC是由摸仿原繼電器控制原理發(fā)展起來的，70年代的PLC只有開關(guān)量邏輯控制。它以存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和運算等操作的指令。用戶編制的控制程序表達了生產(chǎn)過程的工藝要求，并事先存入PLC的用戶程序存儲器中。運行時按存儲程序的內(nèi)容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。PLC每完成一次循環(huán)操作所需的時間稱為一個掃描周期。程序計數(shù)器這樣的循環(huán)操作，這是DCS所沒有的。DCS是在運算放大器的基礎(chǔ)上得以發(fā)展的

65、，把所有的函數(shù)、各過程變量之間的關(guān)系都作成功能塊。系統(tǒng)可以實現(xiàn)任何裝置的功能與協(xié)調(diào),PLC裝置只實現(xiàn)本單元所具備的功能. 80年代以后，PLC除邏輯運算外，也有一些控制回路用的算法，但要完成一些復(fù)雜運算還是比較困難，PLC用梯形圖編程，模擬量的運算在編程時不太直觀，編程比較麻煩。所以，DCS和PLC的主要差別是在開關(guān)量的邏輯解算和模擬量的運算上，即使后來兩者相互有些滲透，但是還是有區(qū)別。 2、7、2 在網(wǎng)絡(luò)方面。DCS網(wǎng)絡(luò)是整個系統(tǒng)的中樞神經(jīng)，一般DCS系統(tǒng)中的系統(tǒng)網(wǎng)采用的是雙冗余的工業(yè)以太網(wǎng)，采用的國際標準協(xié)議TCP/IP。它是安全可靠雙冗余的高速通訊網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)的拓展性與開放性更好.而PL

66、C因為基本上都為個體工作，其在與別的PLC或上位機進行通訊時，所采用的網(wǎng)絡(luò)形式基本都是單網(wǎng)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議也經(jīng)常與國際標準不符。 2、7、3 系統(tǒng)性方面。DCS整體考慮方案,操作員站都具備工程師站功能,站與站之間在運行方案程序下裝后是一種緊密聯(lián)合的關(guān)系，任何站、任何功能、任何被控裝置間都是相互連鎖控制, 協(xié)調(diào)控制;而單用PLC互相連接構(gòu)成的系統(tǒng)，其站與站（PLC與PLC）之間的聯(lián)系則是一種松散連接方式，做不出協(xié)調(diào)控制的功能。DCS強調(diào)連續(xù)過程控制的精度，可實現(xiàn)PID、前饋、串級、多級、模糊、自適應(yīng)等復(fù)雜控制，一般PLC僅具有PID功能，控制精度不如DCS高。 2、7、4 擴展性方面。DCS在整個設(shè)計上留有大量的可擴展性接口，外接系統(tǒng)或擴展系統(tǒng)都十分方便，PLC所搭接的整個系統(tǒng)完成后，想隨意的增加或減少操作員站都是很難實現(xiàn)的。 2、7、5 DCS安全性方面。為保證DCS控制的設(shè)備的安全可靠，DCS采用了雙冗余的控制單元，當(dāng)重要控制單元出現(xiàn)故障時，都會有相關(guān)的冗余單元實時無擾的切換為工作單元，保證整個系統(tǒng)的安全可靠。PLC所搭接的系統(tǒng)基本沒有冗余的