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DCS系統(tǒng)組態(tài)流程和方法

昌暉儀表在本文結(jié)合實(shí)例把DCS系統(tǒng)組態(tài)的步驟、方法和基本思路做科普介紹，希望廣大工控從業(yè)人員能達(dá)到融會(huì)貫通的目的，輕松搞定DCS系統(tǒng)組態(tài)工作。

1、項(xiàng)目簡介
某小型熱電廠包含三臺(tái)75t循環(huán)流化床鍋爐，兩臺(tái)12MW汽輪機(jī)組。整個(gè)熱控項(xiàng)目大概含有1000個(gè)I/O點(diǎn)。

2、DCS系統(tǒng)I/O點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)
拿到數(shù)據(jù)庫之后，我們進(jìn)行DCS系統(tǒng)I/O點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)（具體方法參閱 http://yunrun.com.cn/product/358.html），AI、AO、DI、DO分成四個(gè)部分，AI分為4-20mA、RTD和熱電偶三種，分別做上標(biāo)記，一般這個(gè)工作都在Excel中完成，可以方便統(tǒng)計(jì)、查詢，好使用不同的背景顏色來區(qū)分。模擬量部分要注意是否有相應(yīng)的量程、單位等信息。

整理數(shù)據(jù)庫的同時(shí)，我們應(yīng)該注意瀏覽一下，看看都包含哪些設(shè)備，哪些采集點(diǎn)。剛接觸數(shù)據(jù)庫的時(shí)候可能認(rèn)為上千個(gè)點(diǎn)是很龐大的，隨著我們對生產(chǎn)工藝的了解和熟悉，慢慢就會(huì)發(fā)現(xiàn)其實(shí)沒那么多，因?yàn)榇蟛糠侄际墙?jīng)常用的。如果發(fā)現(xiàn)有不了解的，應(yīng)該及時(shí)與設(shè)計(jì)院或者甲方溝通，弄清楚，防止以后帶來問題。

還可以有一個(gè)方法幫助我們盡快熟悉系統(tǒng)和設(shè)備，那就是對照熱控系統(tǒng)圖紙，這個(gè)圖紙照工藝分成若干份，比如鍋爐汽水系統(tǒng)、鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)、鍋爐給水系統(tǒng)、除氧系統(tǒng)、鍋爐連排系統(tǒng)等，數(shù)據(jù)庫中的每個(gè)點(diǎn)都應(yīng)該清楚地標(biāo)記在圖紙上，比如汽包水位一般采用三個(gè)測量點(diǎn)，都標(biāo)記在汽水系統(tǒng)的圖紙上，給水系統(tǒng)中也會(huì)標(biāo)記。熟悉工藝流程，再熟悉設(shè)備，通過設(shè)備就能知道數(shù)據(jù)采集點(diǎn)了，這樣是不是就沒那么困難了？

3、DCS系統(tǒng)硬件配置
下面我們來把數(shù)據(jù)庫的點(diǎn)整理到具體的DCS系統(tǒng)I/O通道，就是分配測點(diǎn)，前面章節(jié)已經(jīng)說過了，計(jì)算機(jī)就是根據(jù)你分配的點(diǎn)的位置和類型，來采集數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行方案運(yùn)算的，所有接下來的工作非常重要，不能有任何差錯(cuò)。

（1）分配測點(diǎn)
把特殊的要求或設(shè)備分檢出來，處理完之后再進(jìn)行一般設(shè)備的配置，這樣會(huì)提高效率，也防止遺漏，因?yàn)樵谂渲靡话阍O(shè)備的時(shí)候，我們又做了一遍檢查，如果有遺漏就可以及時(shí)增補(bǔ)，反過來做呢？也許更好吧，總之，找到一種適合自己的工作方法是終的目的。好了，下面說一般DCS系統(tǒng)設(shè)備的配置，這里有幾個(gè)原則：

①相同的測點(diǎn)盡量分配在不同的DCS系統(tǒng)卡件上。這樣做是為了分散風(fēng)險(xiǎn)，假如某個(gè)模塊更換或者有故障，另外的模塊還可以監(jiān)視相同的測點(diǎn)。
②相同的設(shè)備盡量分配在同一個(gè)DCS控制站中。這樣的分配是為了盡量減少站與站之間的數(shù)據(jù)鏈接，降低復(fù)雜程和故障點(diǎn)。
③DCS系統(tǒng)的站與站之間如果有變量的交換，好使用硬接線的方式，這樣的做法也是為了增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性，但是缺點(diǎn)也是明顯的，因?yàn)檫@樣做至少占用兩個(gè)DCS系統(tǒng)卡件通道，一個(gè)AI輸入，一個(gè)AO輸出，因此可以根據(jù)情況考慮，如果需要交換的變量很多，那只能采用絡(luò)變量的方式，通過上位機(jī)軟件的功能來完成數(shù)據(jù)交換。
④每個(gè)DCS卡件模塊應(yīng)留有2-4個(gè)備用通道。不多說了，這里為了適應(yīng)系統(tǒng)的更改，因?yàn)橛脩羧绻黾恿藴y點(diǎn)，找不到通道的時(shí)候，會(huì)給我們的工作帶來很多麻煩，因此這是需的，一般招標(biāo)書里面也會(huì)有提及。
⑤每個(gè)控制站的每種類型卡件應(yīng)該留有1個(gè)備用，這是為檢修方便考慮：假如卡件出現(xiàn)故障，*時(shí)間以熱撥插方式更換一塊全新的就可以解決問題。
⑥在數(shù)據(jù)庫增加三個(gè)字段，站號(hào)，模塊號(hào)和通道號(hào)，這樣就把每一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)都分配到具體的模塊的不同通道里，不能有重復(fù)。

根據(jù)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，每個(gè)控制站會(huì)有一定的負(fù)載能力，也就是說能接入的模塊數(shù)量是有限的，因此，須考慮分成幾個(gè)控制單元和機(jī)柜。本系統(tǒng)點(diǎn)數(shù)比較少，每臺(tái)鍋爐3個(gè)主控單元即可滿足控制要求。

完成以上工作后，整個(gè)系統(tǒng)的配置基本上就已經(jīng)搭建好了，在提交終配置結(jié)果之前，一定要仔細(xì)把上面的工作“過一遍”，對毎一個(gè)步驟都需要重新驗(yàn)證一下，數(shù)據(jù)庫整理的時(shí)候是否由于誤操作把某些數(shù)據(jù)隱藏了？或者不小心刪除了？在排序的時(shí)候是否把數(shù)據(jù)弄亂了？對于一個(gè)剛剛開始工作的工程師來講，這樣的低錯(cuò)誤是肯定要犯的，沒關(guān)系，不要?dú)怵H，借用一句話：錯(cuò)了就改，改了再犯，犯完再改，千錘煉嘛。然后再對照系統(tǒng)圖，找到數(shù)據(jù)庫中的每一個(gè)點(diǎn)的位置，看看有沒有特殊的點(diǎn)或者設(shè)備，需要怎樣處理？后根據(jù)分配原則重新計(jì)算一下配置是否合理，是否滿足要求。

當(dāng)你對上面的工作確信無誤的時(shí)候，就可以進(jìn)行下面的工作了，配置硬件，也就是給系統(tǒng)配備采集卡件、主控單元、機(jī)柜、操作員站等設(shè)備。
（2）根據(jù)I/O點(diǎn)數(shù)完成DCS系統(tǒng)硬件配置
不同品牌的DCS系統(tǒng)硬件配置不一定相同，但配置思路和方法是相同的：DCS系統(tǒng)硬件都是根據(jù)現(xiàn)場準(zhǔn)確需求和DCS系統(tǒng)I/O點(diǎn)數(shù)來確定的。DCS系統(tǒng)硬件配置需要完成以下內(nèi)容：

①硬件冗余配置
對關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行冗余配置是提高DCS可靠性的一個(gè)重要手段，DCS系統(tǒng)冗余通常包括電源冗余、控制器冗余、通信冗余、操作站冗余和DCS系統(tǒng)I/O板卡冗余（大可參閱《DCS系統(tǒng)冗余包含哪些內(nèi)容》的技術(shù)文章），具體冗余要求好和DCS系統(tǒng)廠仔細(xì)溝通，做好冗余配置及相關(guān)設(shè)備數(shù)量統(tǒng)計(jì)。
②插件的配置
根據(jù)系統(tǒng)的要求和控制規(guī)模配置主機(jī)插件（CPU插件）、電源插件、I/O插件、通信插件等硬件設(shè)備；

③確認(rèn)DCS系統(tǒng)機(jī)籠和機(jī)柜數(shù)量
DCS系統(tǒng)機(jī)籠用于安插DCS卡件模塊，不同廠的DCS系統(tǒng)機(jī)籠配置要求各不相同，但基本都是照卡件數(shù)量配置相應(yīng)的機(jī)籠，卡件數(shù)量固化下來后就可統(tǒng)計(jì)出機(jī)籠數(shù)量。
DCS機(jī)柜用于安置各種插件、機(jī)籠和中間繼電器等，DCS機(jī)柜常見尺寸為2100*800*600mm，機(jī)柜數(shù)量是根據(jù)安裝的插件、機(jī)籠和中間繼電器等設(shè)備的尺寸和數(shù)量來決定。

④硬件安裝
不同的DCS，對于各種插件在插件箱中的安裝，會(huì)在邏輯順序或物理順序上有相應(yīng)的規(guī)定。另外，現(xiàn)場控制單元通常分為基本型和擴(kuò)展型兩種，所謂基本型就是各種插件安裝在一個(gè)插件箱中，但更多的時(shí)候時(shí)需要可擴(kuò)展的結(jié)構(gòu)形式，即一個(gè)現(xiàn)場控制單元還包括若干數(shù)字輸入/輸出擴(kuò)展單元，相互間采用總線連成一體。

（3）分配操作員站
一般來說，每臺(tái)主要生產(chǎn)設(shè)備配一臺(tái)操作員站，因此本應(yīng)用配5臺(tái)操作員站，再加一臺(tái)工程師站，有的系統(tǒng)需要配置冗余服器，那就應(yīng)該選用配置高一些的計(jì)算機(jī)來擔(dān)任，如果有需要還應(yīng)該配備打印機(jī)。當(dāng)需要與其他系統(tǒng)通信時(shí)，就應(yīng)該配備相應(yīng)的通信設(shè)備，比如串口卡等，為了防止其他設(shè)備對主控系統(tǒng)的干擾及損壞，大都采用通信的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，也就是說其他系統(tǒng)不能接到底層的機(jī)柜或者主控單元中，要通過操作員站或者工程師站來進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

筆者曾經(jīng)做過一個(gè)項(xiàng)目，在控制系統(tǒng)之外，還有水冷壁振打系統(tǒng)，它是在鍋爐停運(yùn)以后，利用超聲波方式，來清除水冷壁上面結(jié)垢的設(shè)備，由于不是主控系統(tǒng)廠的設(shè)備，因此把它單獨(dú)接到一臺(tái)通信機(jī)上，通過外接軟件來完成監(jiān)視功能。一般還會(huì)有與DEH系統(tǒng)的通信，因?yàn)镈EH系統(tǒng)往往是單獨(dú)的，可以通過串口通信的方式把一些重要數(shù)據(jù)比如轉(zhuǎn)速、閥開、目標(biāo)轉(zhuǎn)速、升速率等接入控制系統(tǒng)。
還有一些通信須使用硬接線的方式接入控制系統(tǒng)，也就是直接接入控制機(jī)柜的卡件中，參與系統(tǒng)控制，比如電氣系統(tǒng)的停機(jī)跳司信號(hào)等。

（4）繪制絡(luò)系統(tǒng)圖
好了，假如你自信前面的工作已經(jīng)完成了，就開始進(jìn)行下一步工作，畫配電系統(tǒng)圖和絡(luò)系統(tǒng)圖。配電系統(tǒng)圖的內(nèi)容包括整個(gè)控制系統(tǒng)的電源及接地系統(tǒng)的詳細(xì)內(nèi)容，包括進(jìn)入系統(tǒng)的電源、系統(tǒng)內(nèi)的電源接線原理、還有系統(tǒng)接地原理。這是很重要的內(nèi)容，因?yàn)樵O(shè)備到現(xiàn)場以后，電源的接入是由施工方實(shí)施的，電源是否穩(wěn)定直接影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
同樣的，絡(luò)系統(tǒng)圖表示的是系統(tǒng)設(shè)備的絡(luò)連接，一般系統(tǒng)都是兩層絡(luò)連接，這里要具體描述每臺(tái)計(jì)算機(jī)的絡(luò)位置和IP地址等信息，如有其他連接方式應(yīng)明確指出。如圖1所示。

圖1 絡(luò)系統(tǒng)圖

絡(luò)系統(tǒng)圖里也可以包含每個(gè)控制單元的模塊分布圖，用來表示前端采集數(shù)據(jù)的每個(gè)I/O卡件的具體位置以及總線連接方式，如圖2所示。

（5）端子接線圖
還有一個(gè)重要的圖紙千萬別忘了，那就是I/O端子接線圖。這部分圖紙是描述每個(gè)I/O卡件中的每個(gè)通道接入的信號(hào)內(nèi)容，還包括是如何接線的。施工人員根據(jù)測點(diǎn)的分配位置來決定電纜的向、長，還可以把相鄰位置的信號(hào)量合并在一根電纜中，因此我們可以看出，合理的設(shè)計(jì)不僅能保證系統(tǒng)功能的完整，還可以節(jié)省很多材料和工時(shí)，這就是設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的積累。

到這里，我們基本上完成了設(shè)計(jì)的前半個(gè)階段，這個(gè)階段的特點(diǎn)就是繁瑣，需要注意力集中，一旦馬虎就會(huì)給后面的工作造成麻煩，而且還不容易發(fā)現(xiàn)，終導(dǎo)致致命錯(cuò)誤。因此，筆者建議在設(shè)計(jì)之初把整個(gè)項(xiàng)目瀏覽一下，做到心中有數(shù)，有點(diǎn)像讀一本書一樣，看看目錄，再看看簡介，然后逐個(gè)章節(jié)瀏覽一下，重點(diǎn)部分深入一些。然后再逐個(gè)步驟細(xì)致完成，每個(gè)步驟好一氣呵成，不要停停，那樣會(huì)非常容易遺漏。

圖2 DCS系統(tǒng)模塊分布圖

4、編制控制方案
接下來，做控制方案，這是個(gè)復(fù)雜的過程，需要你對工藝的了解，對設(shè)備的了解，還有理解設(shè)計(jì)院的控制要求，對于小型鍋爐，主要包含以下一些重要控制回路。

（1）鍋爐MCS控制方案
①引風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)-保障爐膛負(fù)壓（見圖3）。

圖3 爐膛壓力調(diào)節(jié)

②主汽壓力調(diào)節(jié)回路-調(diào)節(jié)給煤流量，保障主蒸汽壓力在一定范圍內(nèi)。
③一次風(fēng)調(diào)節(jié)回路-保障床溫在正常范圍，防止結(jié)焦。
④二次風(fēng)調(diào)節(jié)回路-根據(jù)煙道中的含氧量來調(diào)節(jié)風(fēng)大小，保障爐膛內(nèi)燃燒充分。
⑤主汽溫調(diào)節(jié)-根據(jù)減溫器出口溫的高低，通過調(diào)節(jié)減溫流量閥來保障主蒸汽的溫滿足生產(chǎn)需要。
⑥給水調(diào)節(jié)-根據(jù)汽包水位、給水流量、蒸汽流量信號(hào)采用三沖量調(diào)節(jié)控制汽包水位。

圖4 汽包水位三沖量調(diào)節(jié)

（2）鍋爐順序控制方案
①引風(fēng)機(jī)及出口回路。
②一次風(fēng)機(jī)啟?；芈?。
③二次風(fēng)機(jī)啟?；芈?。
④反料風(fēng)機(jī)控制回路。
⑤給煤機(jī)及出口控制回路。
⑥汽包緊急放水控制邏輯。
⑦緊急停爐連邏輯。
（3）汽輪機(jī)連邏輯
①凝結(jié)水泵啟停聯(lián)邏輯。
②射水泵聯(lián)邏輯。
③給水泵聯(lián)邏輯。
④疏水泵聯(lián)邏輯。
⑤主汽控制
⑥交、直流潤滑油泵聯(lián)控制

圖5 交流油泵連控制

圖6 直流油泵連控制

（4）公用系統(tǒng)部分控制邏輯
①除氧器水位控制調(diào)節(jié)。
②減溫減壓器溫、壓力調(diào)節(jié)。
③凝汽器水位調(diào)節(jié)。

以上內(nèi)容不是全部，也不是需，一切都要以實(shí)際系統(tǒng)配置和設(shè)備功能來定制。控制方案設(shè)計(jì)好了之后就是在組態(tài)軟件中把它實(shí)現(xiàn)出來，然后下裝到控制器中運(yùn)行。一定要保證所有方案都能調(diào)整暢通，是否正確可以留到現(xiàn)場調(diào)試的時(shí)候與專工商榷。

經(jīng)以上步驟，DCS系統(tǒng)組態(tài)工作已經(jīng)做了大部分，接下來就是檢驗(yàn)、發(fā)貨、安裝、現(xiàn)場修改、接線、調(diào)試等，這些內(nèi)容就不在這里講述了。

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