熱工聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)配置優(yōu)化方案(五章)

第五章保護(hù)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(jī)容晟和單機(jī)容量都日益增大，運(yùn)行參數(shù)越來越高，

發(fā)電機(jī)組的安全可靠性對本機(jī)組、對電網(wǎng)乃至對國民經(jīng)濟(jì)來說更顯得極為重要，熱工保護(hù)系統(tǒng)的規(guī)模

也大幅度上升，對?熱工保護(hù)系統(tǒng)的控制方式、運(yùn)行水平的要求也越來越高，保護(hù)控制系統(tǒng)的安全可靠

性，對確保機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行顯得十分關(guān)鍵。

熱工保護(hù)系統(tǒng)肩負(fù)著保護(hù)主、輔設(shè)備，確保機(jī)組安全運(yùn)行和防止事故擴(kuò)展的重任，它是機(jī)組自動

化控制的重要組成部分，熱工保護(hù)是通過對設(shè)備工作狀態(tài)和機(jī)組運(yùn)行參數(shù)的嚴(yán)密監(jiān)視，發(fā)生異常狀況

時，及時發(fā)出報警信號，必要時自動啟動或切除某些設(shè)備或系統(tǒng)，使機(jī)組維持原負(fù)荷運(yùn)行或減負(fù)荷運(yùn)

行。機(jī)組在啟停和運(yùn)行過程中，當(dāng)發(fā)生重大故障而危及機(jī)組設(shè)備和人身安全的故障時，及時采用相應(yīng)

的措施或加以保護(hù)，軟化故障，停止機(jī)組（或某一部分）運(yùn)行，避免事故進(jìn)一步擴(kuò)展，確保機(jī)組的正

常啟停和安全運(yùn)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(shí)現(xiàn)機(jī)組熱工保護(hù)的任務(wù)，其核心是熱工保護(hù)控制設(shè)備，以及具有向熱工保護(hù)控制設(shè)備提供

信息的熱工保護(hù)測量元件，合理地選用可靠的熱工保護(hù)控制設(shè)備與測量元件，對提升機(jī)組自動控制水

平，減輕運(yùn)行人員的負(fù)擔(dān)，增加機(jī)組運(yùn)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，人們對采納可編程序軟邏輯實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能，在動作

速度和可靠性上存在疑慮，因此與機(jī)組安全有關(guān)的功能（加汽輪機(jī)危急跳閘系統(tǒng)ETS,主燃料跳閘

MFT、汽機(jī)防進(jìn)水保護(hù)、主要輔機(jī)的聯(lián)鎖保護(hù)等）大多數(shù)狀況下采納電磁繼電器或固態(tài)集成電路組成

的硬接線邏輯。

由于采納電磁繼電器或固態(tài)集成電路組成的硬接線邏輯關(guān)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夠之處，影響控制系統(tǒng)的各項性能。上個世紀(jì)80年

代未國內(nèi)，火力發(fā)電廠DCS應(yīng)用范圍開始擴(kuò)展到爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)FSSS和SCS（包括了輔機(jī)聯(lián)鎖保護(hù)

和汽機(jī)防進(jìn)水保護(hù)），于是形成了DCS完成四大功能①AS、MCS、SCS、FSSS）的模式.

機(jī)組運(yùn)行的安全可靠，不僅依賴于各設(shè)備的安全可靠性能，而且同各類保護(hù)控制裝置的準(zhǔn)確性和

可靠性密切相關(guān)。電廠早期熱工保護(hù)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(diǎn)易老化，導(dǎo)致接觸不良，易產(chǎn)生拒動或於動的狀況。而且隨著運(yùn)行時間的越末越

長，故障點(diǎn)相應(yīng)增多，維護(hù)工作量越來越大，嚴(yán)重影響著機(jī)組的安全運(yùn)行。

另外，保護(hù)裝置在機(jī)組正常運(yùn)行時是長期不動作的，而一旦出現(xiàn)異常狀況卻要求必需可靠的馬上

動作，因此關(guān)于熱工保護(hù)裝置應(yīng)有必要的監(jiān)視和試驗手段，以確保熱工保護(hù)裝置本身動作的正確和可

壞。

隨著計算機(jī)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)驗的積存，以及性能、可

靠性的提升，PLC和DCS對機(jī)組監(jiān)控覆蓋面日趨完善，其滲透深度也隨之加強(qiáng)。近年來，無論是新建

的大型機(jī)組還是老機(jī)組進(jìn)行熱工自動化改造，其所制定的PLC和DCS系統(tǒng)控制功能已不僅僅局限于熱

機(jī)系統(tǒng)的監(jiān)視、控制及大聯(lián)鎖等，機(jī)組熱工保護(hù)系統(tǒng)的控制也納進(jìn)DCS中，甚至像MFT（主燃料跳

閘）、ETS（汽輪機(jī)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（制定專用智能

板件）來實(shí)現(xiàn)其功能。2000年修訂的《火力發(fā)電廠制定技術(shù)規(guī)程》已明確規(guī)定”關(guān)于300MW及以上機(jī)

組，當(dāng)響應(yīng)速度同意并有成功的應(yīng)用經(jīng)驗時，也可將汽輪機(jī)保護(hù)納進(jìn)DCS",但對采納何種類型的控

制器并未做出規(guī)定。而且目前機(jī)組控制室人機(jī)界面的制定也已經(jīng)發(fā)生了深入變化，常規(guī)儀表加硬手操

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(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)

行對DCS的依賴性也越來越大。

第二節(jié)熱工保護(hù)控制設(shè)備

1、可編程控制器（PCL）

1、1PLC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(yùn)算操作的電子系統(tǒng)、專為在工

業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而制定.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(yùn)算，順序控制，時序、

計數(shù)和算術(shù)運(yùn)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，控制各種類型的機(jī)

械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(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(kuò)充

其功能的原則制定。

PLC是由早期繼電器邏輯控制系統(tǒng)與微機(jī)計算機(jī)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(jī)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(qiáng)、可靠性高、編程簡單、、控制靈活、操作鏤護(hù)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(jìn)入國內(nèi)工'也控制領(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(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，PLC產(chǎn)品

高度融合了計算機(jī)產(chǎn)業(yè)最新進(jìn)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(biāo)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(kuò)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的最特別的特點(diǎn)。

PLC是基于計算機(jī)技術(shù)和自動控制理論發(fā)展而來的，它既不同于一般的計算機(jī)，又不同于一般的

計算機(jī)控制系統(tǒng)，作為一種特別形式的計算機(jī)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別性。

從原理上說，可編程控制器和計算機(jī)是一致的，為了和工業(yè)控制相適應(yīng)，PLC采納掃描原理來工

作，也就是對整個程序進(jìn)行一遍又一遍的掃描，直到停機(jī)為止。之所以采納這樣的工作方式，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(yuǎn)遠(yuǎn)短于繼電器的動作時間，只要采

納循環(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)別于一般的計算機(jī)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(jī)系統(tǒng)和設(shè)備實(shí)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、2PLC主要特點(diǎn)

I、2、1抗T擾能力強(qiáng)，可靠性高

PLC的技術(shù)條件能在一般高溫、振動、沖擊和粉塵等惡劣環(huán)境下工作，能在強(qiáng)電磁干擾環(huán)境下可

靠工作。實(shí)驗說明一般的PLC產(chǎn)品可抗I000V、1US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(dá)10萬h以上，而且均有完善的

自診斷功能，推斷故障迅速，便于維護(hù)。

I、2、2模塊化組合靈活

可編程控制器是系列化產(chǎn)品，通常采納模塊結(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(diǎn)，有不同檔次的多種機(jī)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(qiáng)，范圍廣

PLC應(yīng)用微電子技術(shù)和微計算機(jī)，簡單型式都具有邏輯、按時、計數(shù)等順序控制功能；基本型式

再加上模擬I/O、基本算術(shù)運(yùn)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(kuò)展的

計算能力、多級終端機(jī)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編程方法采納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(jī)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(jī)上編程。

1、2、5安裝、修理簡單

與計算機(jī)系統(tǒng)相比，PLC安裝不需要特別機(jī)房和嚴(yán)格的屏蔽。使用時只要各種器件連接無誤，系

統(tǒng)便可工作，各個模件上設(shè)有運(yùn)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

可改換，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(jī)時間，使生產(chǎn)迅速

恢復(fù)。然后再對故障模件進(jìn)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(yùn)行速度快

隨著微處理器的不斷發(fā)展和加強(qiáng)，PLC的運(yùn)行速度不斷提升，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(jī)之間的差別不是很顯然。

1、2、7性能價格比高

PLC的重量、體積、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，采納PLC有相當(dāng)一部分工作可通過編程設(shè)備在實(shí)驗中進(jìn)行，

可以節(jié)省了大量的時間、人力和資金，較大縮短制定、編程和投產(chǎn)周期，隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，

PLC的功能在不斷加強(qiáng)，使總價格不斷的進(jìn)一步降低。

1、3PLC的構(gòu)成

雖然各種PLC的組成各不相同，但是在結(jié)構(gòu)上是基本桿同的，一般由CPU、存儲器、輸入輸出

設(shè)備(I/O)、電源模塊、底板或機(jī)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(kuò)展接口等。

1.3.1CPU的構(gòu)成

CPU是PLC的核心，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(jìn)入運(yùn)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、猜測控制和模糊控制等先進(jìn)的控制算

法也已經(jīng)在CPU中得到了應(yīng)用；

CPU主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)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。

在使用者看末，不必要具體分析CPU的內(nèi)部電路，但對各部分的工作機(jī)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)廳指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號控制。運(yùn)

算器用于進(jìn)行數(shù)字或邏輯運(yùn)算，在控制器指揮下工作。寄存器參加運(yùn)算，并存儲運(yùn)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，10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(jī)存儲器RAM和只讀存儲器

KOMo

PLC常用的存儲器類型：1)RAM(RandomAssessMemory)這是一種讀/寫存儲器(隨機(jī)存儲

器)，其存取速度最快，為程序運(yùn)行提供了存儲實(shí)時數(shù)據(jù)與計算中間變量的空間，由鋰電池支持。2)

EPROM(ErasableProgrammableReadOnlyMemory)這是一種可擦除的只讀存儲器。在斷電狀況下，

存儲器內(nèi)的所有內(nèi)容堅持不變(在紫外線連續(xù)照耀下可擦除存儲器內(nèi)容)。3)EEPROM(Electrical

ErasableProgrammableReadOnlyMemory)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

對其所存儲的內(nèi)容進(jìn)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、3I/O模塊

PLC與電氣【可路的接口，是通過輸入輸出部分(I/O)完成的。I/O模塊集成了PI.C的I/O電路，

步循環(huán)運(yùn)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。不同蟄號的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(yùn)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(yùn)行期間，PLC的CPL'以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三

個階段。如圖5T所示。

第（n-1）個第（n+1）個

打描周期f-----------第n個打描周期一掃描周期

輸出刷新—>!?———用戶程序執(zhí)行————輸入采樣

輸入采樣輸匕刷新

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需大于一個掃描周期，才干確保在任何狀況下，該輸入均能被讀入。

2）用戶程序執(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）v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(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)?/p>

由觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后依據(jù)邏輯運(yùn)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)定的特別功能指令。即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點(diǎn)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(diǎn)和軟設(shè)備在"0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)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形組起作用；

相反，排在下面的梯形圖，其波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干對排在其上

面的程序起作用。

3）輸山刷新階段

當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)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。

輸入刷新一運(yùn)行用戶程序一輸出刷新一再輸入刷新一再運(yùn)行用戶程序一再輸出刷新……永不停

止地循環(huán)反復(fù)地進(jìn)行著。有/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(yùn)行用戶程序，輸出映射區(qū)將得到變幻后的信息；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(jìn)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(shí)際的PLC工作過程還要復(fù)雜些。除了I/O刷新及運(yùn)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(jī)輸出數(shù)據(jù).

網(wǎng)絡(luò)服務(wù)是實(shí)現(xiàn)PLC與PLC,或PLC與計算機(jī)，或PLC與其它工業(yè)控制裝置或智能部件間信息交

換的。

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圖5-2PLC工作過程

1、4、2PLC的I/O響應(yīng)時間

用PLC制定一個控制系統(tǒng)時，必需知道有了一個輸入信號后，PLC經(jīng)過多長時間才干有一個對應(yīng)

的輸出信號，否則，就不能正確和準(zhǔn)確地解決系統(tǒng)各部件之間的配合問題。

為了加強(qiáng)PLC的抗干擾能力，提升其可靠性，PLC的每個開關(guān)量輸入端都采納光電隔離等技術(shù)。

為了能實(shí)現(xiàn)繼電器控制線路的硬邏輯并行控制,PLC采納了不同于一般微型計算機(jī)的運(yùn)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(jī)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(jìn)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(dú)立的工作，提升了PLC的執(zhí)行效率。在實(shí)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，才干編寫出質(zhì)量好、效率高的工藝程序。1、5PLe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，在控制唁號的作用下，使得生產(chǎn)過程的各個執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動地按照順序動作，PLC

的應(yīng)用大大促進(jìn)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(shí)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(kuò)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、5PLC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(yùn)算功能。

2）按時控制：它為用戶提供了假設(shè)干個電子按時器，月戶可自行設(shè)定。

3）計數(shù)控制：用脈沖控制可以實(shí)現(xiàn)加、減計數(shù)模式，可以連接碼盤進(jìn)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(jìn)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(yùn)算功能：基本算術(shù)、擴(kuò)展算術(shù)、比較、數(shù)據(jù)處理和擬數(shù)據(jù)處理。

1，5、4愉入/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)和精度可以依據(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(biāo)準(zhǔn)的硬件接II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(jī)界面功能：提供操作者以監(jiān)視機(jī)器/過程工作必需的信息。同意操作者和PC系統(tǒng)與其應(yīng)

用程序互相作用，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(jìn)行

編程、調(diào)試、監(jiān)視、試驗和記錄，并通過打印機(jī)打印出程序文件。

1.6提升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/O信號通道與現(xiàn)場之間均采用繼電器隔離措施，以排除現(xiàn)場惡劣工況的影

響。加果沒有采用繼電器隔離措施，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/O模塊。

系統(tǒng)中分布在不同位置的I/O站分別負(fù)責(zé)不同區(qū)域設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和控制，各別I/O站或者各別

設(shè)備的故障不會影響其余站點(diǎn)和設(shè)備的正常控制和運(yùn)行，從而將局部故障造成的不良后果降到最小.

控制系統(tǒng)的電源也采用了隔離措施?？刂葡到y(tǒng)配有一套在線UPS電源，上位機(jī)、PLC主機(jī)、各

1/（）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30min的

供電，操作員此時可進(jìn)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(shí)現(xiàn)，從而可以減少或避免系統(tǒng)不同設(shè)備

電源之間的互相影響。

I、6、2熱備冗余

PCL控制系應(yīng)采納雙機(jī)雙纜熱備冗余。下位機(jī)PLC主機(jī)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堅持同步運(yùn)行，當(dāng)一臺CPU出現(xiàn)故障時，備用CPU能自動投入，確保整個PLC

程控系統(tǒng)的正常運(yùn)行，并且可以隨意選擇一臺進(jìn)行控制操作。

PLC主機(jī)與各I/O站的通訊網(wǎng)絡(luò)采納雙通道、雙纜熱備冗余配置。

PCL控制系統(tǒng)接受外部兩路獨(dú)立的220VAe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(yùn)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30min供電，起到短時備用的作用。

1、6、3正確選擇接地點(diǎn)

合格的接地是確保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)采納直接接地方式。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(diǎn)接地。

1、6、4正確使用和維護(hù)

控制系統(tǒng)的安裝要按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)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(yán)禁用同一電纜的不同導(dǎo)線同時傳送動力電源和信號，控制電纜要與動力申，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程序編輯修改并進(jìn)行上載或下載的操作須由許可的專業(yè)人員進(jìn)行。

1、7PLC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(qiáng)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。

I、7、I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(qiáng)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(jī)、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(kuò)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)中一

1、7、2多功能隨著自調(diào)整、步進(jìn)電機(jī)控制、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(jìn)電機(jī)控制模塊、仿真模塊和通

信處埋模塊等。在S7200、S7300系列具有TD200和COROSOPS操作模板（OPS）為用戶提供了方便

人機(jī)界面，用戶程序三級口令保護(hù)，極深的計算性能，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(kuò)展；

快速的指令處理大大縮短了循環(huán)周期，并采納了高速計數(shù)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)，并采納熱備用或并行工作、多數(shù)

表決的工作方式。在一個臨界事件中，該控制器進(jìn)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(yùn)行過程中模板還可熱插拔。

2、分散控制系統(tǒng)（DCS）

2、1DCS概述

DCS是繼1969年P(guān)LC叵世后，1975年Honewell公司首先推出的TDC2（X）（）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H基于CRI的操作站相連接，互相協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)的功能分散，從而危險性

也分散。20世紀(jì)80年代，望亭電廠選用美國西屋公司W(wǎng)DPF進(jìn)行DCS（DistributedControlSystem）

的應(yīng)用試點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集（DAS）和模擬量控制（MCS）功能；DCS系統(tǒng)進(jìn)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(jī)組同時投產(chǎn)，能滿足大機(jī)組的運(yùn)行要求，解決了用戶所

擔(dān)心的可靠性問題，接著在3D0MW機(jī)組上開始推廣應(yīng)用，但功能還只限于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(jì)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，積存了豐富的火電廠運(yùn)行經(jīng)驗,熟悉了FSSS的任務(wù)及功能,

在消化汲取的基礎(chǔ)上，成功的將FSSS納進(jìn)DCS,由DCS完成鍋爐的各項保護(hù)，以及燃燒和負(fù)荷管

理任務(wù)，稱其為鍋爐燃燒管理系統(tǒng)一BMS（BURNERMANAGERSYSYTEM）?；鹆Πl(fā)電廠DCS應(yīng)川

范圍開始擴(kuò)展到爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)FSSS和SCS（包括了輔機(jī)聯(lián)鎖保護(hù)和汽機(jī)防進(jìn)水保護(hù)），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DCS是否可靠問題而采用的保險措施——配備部分常規(guī)儀表和硬手操設(shè)備，通過施

行證實(shí)，DCS是可靠的，只要軟件制定完善，完全可以確保機(jī)組的安全運(yùn)行，所以近幾年制定和投運(yùn)

的機(jī)組，除少數(shù)緊急停機(jī)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)大天簡化，用

CRT操作臺，配以大屏幕顯示屏代替原來龐大的機(jī)組控制盤，因而所占用的空間大大減少，為減少運(yùn)

行人員創(chuàng)造了條件。其功能和應(yīng)用范圍不斷深入和擴(kuò)展，目前已應(yīng)用到電氣的發(fā)電機(jī)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)公司制定供貨的爐膛安全保護(hù)系統(tǒng)（FSSS）、

汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)（DEH）等技術(shù)，使DCS的功能做到能琴蓋整個發(fā)供電過程的全部，即所

謂的一體化。

世界上各知名的DCS生產(chǎn)廠，如FoxBoRo、ABB、Honeywell,為了提升自己的競爭能力，堅

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(shí)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)采納獨(dú)

立的安全型控制器，而采納統(tǒng)一的DCS人機(jī)接口創(chuàng)造了條件。隨著工業(yè)控制要求的不斷提升和智能

化設(shè)備的大量使用，DCS系統(tǒng)的應(yīng)用很好地解次了用戶對系統(tǒng)大容品、高可靠、智能化、開放性等方

面的要求。2000年修訂的《火力發(fā)電廠制定技術(shù)規(guī)程》已明確規(guī)定“關(guān)于300MW及以上機(jī)組，當(dāng)響

應(yīng)速度同意并有成功的應(yīng)用經(jīng)驗時，也可將汽輪機(jī)保護(hù)納進(jìn)DCS”，但對采納何種類型的控制器并未

做出規(guī)定V

2、2DCS系統(tǒng)的應(yīng)用

作為十分重要的熱工聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)目前主要存在著兩種制定方式：一種是由DCS系統(tǒng)覆蓋，

熱工聯(lián)鎖保護(hù)與DCS從硬件到軟件均融合成一個整體，實(shí)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(yùn)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(hù)

通過串行口與DCS相連。

從爐機(jī)電單元集中控制并實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)行時只有一人操作的運(yùn)行水平合計,DCS覆蓋熱工聯(lián)鎖保

護(hù)無疑在簡化系統(tǒng)、減少監(jiān)視操作面和便于管理維護(hù)等方面具有顯然的優(yōu)越性。經(jīng)過多年的工程施行，

目前國內(nèi)工程中大型國產(chǎn)燃煤機(jī)組已成功地由DCS廠商實(shí)現(xiàn)熱工聯(lián)鎖保護(hù)的控制，而且貝利公司、

西屋公司、ABB公司、西門了公司、口立公司和新華公司等均已具備這?能力和經(jīng)驗，故而可以說，

具有條件的項目，由DCS實(shí)現(xiàn)熱工聯(lián)鎖保護(hù)的硬件一體化應(yīng)是首選方案。

關(guān)于ETS納進(jìn)DCS問題，已有一些工程成功的將ETS納進(jìn)DCS,但必需注意ETS的控制器

處埋周期不應(yīng)大于50ms,最好在20-30ms間，應(yīng)采納獨(dú)立的冗余控制器，以盡可能提升可靠性。當(dāng)

然，為了充分確保系統(tǒng)的可靠性.在不具備條件的狀況下，不應(yīng)強(qiáng)求DCS覆蓋熱工聯(lián)鎖保護(hù)功能，

但是有一點(diǎn)大家應(yīng)該可以達(dá)成共識，即熱工聯(lián)鎖保護(hù)假設(shè)不能與DCS實(shí)現(xiàn)硬件一體化，也應(yīng)以DCS

為主體的操作員站，通過網(wǎng)絡(luò)通信接口實(shí)現(xiàn)信息共享和人一機(jī)界面共用，在操作運(yùn)行層面上實(shí)現(xiàn)DCS

的一體化，這就需要DCS廠商和熱工聯(lián)鎖保護(hù)廠商共同來開發(fā)合適的通信接口，以實(shí)現(xiàn)通過DCS操

作員站對熱工聯(lián)鎖保護(hù)監(jiān)視的串行通信接口模式。

即可實(shí)現(xiàn)功能分散，又可實(shí)現(xiàn)物理分散的DCS系統(tǒng)，在目前電廠中的應(yīng)用卻只實(shí)施了功能分

散而未實(shí)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(hù)的方便，用戶更愿意接受DCS控制機(jī)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(yùn)行水平的不斷提升，在電廠尚未廣泛采納現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）之前的這

段時間里，有效制定和采納物理分散則是有效發(fā)揮DCS潛能的最重要課題。

機(jī)組側(cè)的重要工藝系統(tǒng)盡量采納同樣的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(diǎn)。一些輔助工藝設(shè)備，如化水、輸煤、除灰，可采納

非冗余（冗余）DCS遠(yuǎn)程站，DCS的程控能力比PLC更優(yōu)越。

在工程施行中，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

全部采納DCS的配置方案。這樣規(guī)劃的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，不需要網(wǎng)關(guān)設(shè)備，實(shí)時數(shù)據(jù)流十分通暢，全廠實(shí)

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(jī)組DCS按照功能分散和物理分散相結(jié)合的原則制定，完成主廠房單元機(jī)組生產(chǎn)過程的控

制，包括鍋爐、汽機(jī)、發(fā)電機(jī)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(jī)房、循環(huán)水泵房、汽機(jī)控制系統(tǒng)(DEII)、旁路控制系統(tǒng)(BPC)。

汽機(jī)緊急跳閘裝置(ETS)將采納與DCS相同的軟硬件來實(shí)現(xiàn)其功能，這樣DCS將包括ETS。從DCS制

定思路可看出，單元機(jī)組大部分控制對象均納進(jìn)DCS中進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)了單元機(jī)組控制的一體化。

綜上所述，DCS已實(shí)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(shí)現(xiàn)與汽機(jī)島的一體化(DEH、ETS、BPC),DCS的功能覆蓋面已由早期的僅包涵MCS、DAS、SCS到

實(shí)現(xiàn)單元機(jī)組的全部監(jiān)控和保護(hù)功能(MCS、DAS、FSSS、BPC、ETS、ECS、DEH),輔助控制系統(tǒng)也由

原來獨(dú)立的單元向整個輔助控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的DCS?體化過渡。隨著技術(shù)的進(jìn)步和觀念的更新，DCS

完全可擴(kuò)展至整個輔助系統(tǒng)，I臺機(jī)組僅用I套DCS就可實(shí)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(shí)現(xiàn)控制功能的一體化。

2、3DCS主要特點(diǎn)

2、3、1自主性：工作站通過網(wǎng)絡(luò)接口連接起來，獨(dú)自完成合理分配的規(guī)定任務(wù)。各工作站相對獨(dú)

立和自主地完成自己的任務(wù)，確保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：由于采納先進(jìn)可靠的通訊網(wǎng)絡(luò)和微處理器技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)信息共享，互相進(jìn)行協(xié)

調(diào)，統(tǒng)一調(diào)度.

2、3、3友好性：軟硬件的先進(jìn)技術(shù)使得人機(jī)界面友善簡捷。利川CRT圖形技術(shù)及信息輸入技術(shù)，

可以制定出畫面清楚、操作簡便的人機(jī)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：軟硬件采納開放式、標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化制定,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(jī)接口和I/O接口，對過程對象的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)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(hù)等。

2、3、6可靠性：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采納容錯制定，在任一單元失效的狀況下，仍然堅持系統(tǒng)的完整性。所有

硬件都采納雙重化結(jié)構(gòu)，軟件采納程序分段與模塊化制定。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、IDCS控制站

控制站是DCS的核心部件，在實(shí)際運(yùn)行中可以不與操作站及網(wǎng)絡(luò)相連的狀況下，完成過程控制策

略，確保生產(chǎn)裝置正常運(yùn)行。從計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來說，控制站屬于過程控制專用計算機(jī)，其特點(diǎn)是第

一代采納8位微處理器，第二代采納16位微處理器，第三代采納32位微處理器，這關(guān)于中小型DCS

控制器米說比較確切。大型DCS控制站對中央處理器要求較高，必需為專用的處理器，準(zhǔn).16位和準(zhǔn)

32位運(yùn)算方式；DCS控制站采納多CPU分別用于控制運(yùn)算、冗余切換、通信等操作。

控制站作為個完整的計算機(jī)，它的主要I/O設(shè)備為現(xiàn)場的輸入、輸出處理設(shè)備，包括信號變幻與

信號調(diào)理，A/D、D/A轉(zhuǎn)換。目前已大量采納單片嵌入式技術(shù)，并采納單片機(jī)等完成量程調(diào)整、遠(yuǎn)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)場變送器或接受采納現(xiàn)場總線技術(shù)

的數(shù)字信號。大量采納單片嵌入式技術(shù)后，使得：1)DCS的智能模件必需具備自我診斷、數(shù)據(jù)交換

等功能；2)DCS將控制、采集任務(wù)下達(dá)給遠(yuǎn)端絕大部分的模件或模塊，以讓其分散系統(tǒng)任務(wù)，模件

或模塊具備狀態(tài)或數(shù)據(jù)采集、或者進(jìn)行PID控制功能；3)通訊功能的加強(qiáng)了通訊協(xié)議的認(rèn)可、總線

設(shè)備地址的辨識、誤碼的智能推斷及相應(yīng)錯誤的改正功能。在信號變幻過程中采納隔離技術(shù)以防止來

自現(xiàn)場的干擾信號，這是至美重要的。

關(guān)于DCS控制站的系統(tǒng)軟件，原則上也有實(shí)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(jī)界面和備用操作器：第二代DCS控制站的實(shí)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，控制策略的知態(tài)由操作站或工作站在與控制站聯(lián)機(jī)的

狀況下，完成編譯和下裝：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(shí)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、I可路連接信息、、順

序控制信息等，也在控制站中存儲，但同時必需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(qiáng)，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(jī)和控制失靈的現(xiàn)象是絕對不同意

的，而且冗余，掉電保護(hù)，抗干擾、構(gòu)成防爆系統(tǒng)等方面都應(yīng)很有效而可靠，才干滿足用戶要求V

控制站的電源分模件電源和I/O電源。模件電源輸入AC220V,輸出DC5V和15V,供給模件或

模塊上的芯片用；I/O電源輸入AC220V,輸出DC24V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、2DCS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(fù)

資系統(tǒng)的管理、控制組態(tài)、系統(tǒng)牛.成與卜裝功能。

實(shí)際的DCS操作站是典型的計算機(jī)，它與控制站不同，有著豐富的外圍設(shè)備和人機(jī)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(diǎn)：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(dú)立掛

在通信網(wǎng)絡(luò)上；操作系統(tǒng)除采納DOS系統(tǒng)以外的產(chǎn)品，采納Unix等操作系統(tǒng)；實(shí)時數(shù)據(jù)庫儲存性能

逐漸完善；在人機(jī)界面方面，逐漸過渡為以GUI圖形用戶界面為平臺并采納鼠標(biāo)、組態(tài)時制作流程

圖和控制回路圖等采納菜單、窗口、CAD技術(shù)等，使人機(jī)界面友好。第三代DCS操作站是在個人計

算機(jī)（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Windews一致等。目前大多數(shù)DCS操作站已采

納高檔PC機(jī)或工控機(jī)，WindowsNT（或Windows2000）操作系統(tǒng)，客戶機(jī)/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(biāo)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(dú)立性和共享性，

確保數(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用戶的工程制定人員提供人機(jī)

界面。在工程制定中，逐步向無紙化和PC機(jī)上完成工程制定的方式過渡。

操作員的操作主要依靠流程圖畫面和標(biāo)準(zhǔn)的總貌畫面、分組畫面等，采納標(biāo)準(zhǔn)鍵盤、鼠標(biāo)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(shí)時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)

顯示打印等。在多屏幕的狀況下，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按時刷新問題，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(fù)責(zé)各種功能站之間的數(shù)據(jù)通信和聯(lián)系DCS采納過程數(shù)據(jù)公路的方式進(jìn)行

數(shù)據(jù)通信，為了提升網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性過程數(shù)據(jù)公路采納通信的雙重化措施。一條網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障,

另一條備用網(wǎng)絡(luò)馬上投入運(yùn)行。另外，網(wǎng)絡(luò)正在逐步走向開放和通用標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)，以便于不同廠家

的產(chǎn)品互相連接和通信。

在實(shí)際應(yīng)用中，DCS多用在一個生產(chǎn)裝置范圍內(nèi)的多機(jī)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(jī)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(shí)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(diǎn)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、5DCS軟件組成

DCS軟件一般由實(shí)時多任務(wù)操作系統(tǒng)、工程師站組態(tài)軟件、操作員站實(shí)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(shí)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(shí)時多任務(wù)操作系統(tǒng)多采納UNIX或WINDOSNTo

2、5、1工程師站組態(tài)軟件

為工程師站提供靈活方便、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(shí)時監(jiān)控軟件

在操作員站實(shí)時多任務(wù)操作系統(tǒng)上，運(yùn)行著一套完整的實(shí)時監(jiān)控軟件，操作員通過專月鍵盤和鼠

標(biāo)，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)采納雙總線結(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)工作有絲亳影響。

2、5、4過程控制站實(shí)時控制軟件

實(shí)時控制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(bǔ)償?shù)腜ID調(diào)節(jié)。關(guān)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(shí)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)合格,

精態(tài)的偏差更小。

2、6提升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升，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，降低儀表控制的修理費(fèi)用和總

投資，為確保機(jī)組電廠安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行作出了貢獻(xiàn)。隨著發(fā)電設(shè)備日趨大型化，在提升電廠經(jīng)濟(jì)性的

同時，也將對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)采用的以下措施。

2、6、1對DCS控制系統(tǒng)，要嚴(yán)格按照《火力發(fā)電廠制定技術(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(yùn)行。

2、6、2DCS系統(tǒng)的供電電源是DCS可靠工作的重要確保，DCS控制系統(tǒng)的電源應(yīng)符合冗余原則，確

保電源供應(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(xì)檢查計算機(jī)控制系統(tǒng)對外供電的

可靠性，特別是涉及熱工保護(hù)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)是否擁

有雙路UPS冗余方式作為考核標(biāo)準(zhǔn)。

2、6、3DCS控制系統(tǒng)及附屬運(yùn)行設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)要求。重視計算機(jī)系統(tǒng)接地，控制系統(tǒng)

區(qū)域應(yīng)合計防止干擾措施，如I/O通道的隔離、合格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(yùn)行過程中要定期檢查，確保設(shè)備正常運(yùn)行。注意解決三

冗余測量【可路的檢查，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(hù)信號電纜定期進(jìn)行檢查，防止接線端子長時間運(yùn)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(hù)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(jī)組停運(yùn)。組態(tài)修改要避免下載時代

碼傳遞出現(xiàn)缺陷。保護(hù)回路要定期檢查，確保保護(hù)回路運(yùn)行正常。同時要確保保護(hù)投人率100%,不

能因保護(hù)動作頻繁而隨意解除保護(hù)。

2、6、7合理優(yōu)化控制器的資源，無論DCS系統(tǒng)采納的是總線網(wǎng)還是環(huán)型網(wǎng)，控制的運(yùn)算基本在控制

器內(nèi)完成，而且涉及通信接II模件、通信網(wǎng)絡(luò)接口等。因此，在制按時要合理分配系統(tǒng)，相關(guān)子系統(tǒng)

應(yīng)盡量在同一處理機(jī)內(nèi)，盡量減少控制器間的信號通訊，關(guān)于重要的保護(hù)信號應(yīng)采納硬接線傳遞信號。

2、6、8對電子間內(nèi)的設(shè)備要確保其溫度和濕度，對布置在現(xiàn)場的控制機(jī)柜要特別注意避開高溫、強(qiáng)

磁、火源、激烈振動和沖擊的設(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建立完善的管理制度，對運(yùn)行設(shè)備的檢修要嚴(yán)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，在確定安全性得到確保后方可進(jìn)行工作。

2、7DCS與PLC區(qū)別

2、7、1PLC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(yùn)算、順序控制、按時、計數(shù)和運(yùn)算等操作的指令。用戶編制的控制程序表達(dá)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(yùn)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(yùn)算擴(kuò)展器的基礎(chǔ)上得以發(fā)展的，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(shí)現(xiàn)任何裝置的功能與協(xié)調(diào),PLC裝置只實(shí)現(xiàn)木單元所具備的功

能.80年代以后，PLC除邏輯運(yùn)算外，也有一些控制回路用的算法，但要完成一些復(fù)雜運(yùn)算還是比較

困難，PLC用梯形圖編程，模擬量的運(yùn)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(yùn)算上，即使后來兩者互相有些滲透，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)，一股DCS系統(tǒng)中的系統(tǒng)網(wǎng)采納的是雙冗余的

工業(yè)以太網(wǎng)，采納的國際標(biāo)準(zhǔn)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PLC因為基本上都為個體工作，其在與別的PLC或上位機(jī)進(jìn)行通訊時，所采納的網(wǎng)絡(luò)

形式基本都是單網(wǎng)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議也常常與國際標(biāo)準(zhǔn)不符。

2、7、3系統(tǒng)性方面。DCS整體合計方案，操作員站都具備工程師站功能,站與站之間在運(yùn)行方案程序

下裝后是?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互相連鎖控制，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(qiáng)調(diào)連續(xù)過程控制的精度，可實(shí)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(kuò)展性方面。DCS在整個制定上留有大量的可擴(kuò)展性接口，外接系統(tǒng)或擴(kuò)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(shí)現(xiàn)的。

2、7、5DCS安全性方面。為確保DCS控制的設(shè)備的安全可靠，DCS采納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(shí)時無擾的切換為T.作單元，確保整個系統(tǒng)的安全可

靠。PLC所搭接的系統(tǒng)基本沒有冗余的概念，就更談不上冗余控制策略。特別是當(dāng)其某個PLC單元發(fā)

生故障時，不得不將整個系統(tǒng)停卜來，才干進(jìn)行改換維護(hù)并需重新編程。

2、7、6系統(tǒng)軟件。DCS的控制程序編譯以后的代碼是采納程序調(diào)用運(yùn)行的，而PLC的程序是采納

編譯后對語句的代碼的順續(xù)托描實(shí)現(xiàn)的。對各種工藝控制方案更新是DCS的?項最基本的功能，當(dāng)某

個方案發(fā)生變化后，工程師只需要在工程師站上將更改過的方案編譯后，執(zhí)行下裝命令就可以了，下

裝過程是由系統(tǒng)自動完成的，不影響原控制方案運(yùn)行。系統(tǒng)冬種控制軟件與算法可以將工藝要求控制

對象控制精度提升。而關(guān)于PLC構(gòu)成的系統(tǒng)來說，工作量極其龐大，首先需要確定所要編輯更新的是

哪個PLC,然后要用與之對應(yīng)的編譯器進(jìn)行程序編譯，最后再用專用的機(jī)器（讀寫器）專門一對一的

將程序傳送給這個PLC,在系統(tǒng)調(diào)試期間，大量增加調(diào)試時間和調(diào)試成本，而且極其不利于口后的維

護(hù)。

2、7、7模塊方面。DCS系統(tǒng)所有I/O模塊都帶有CPU,可以實(shí)現(xiàn)對采集及輸出信號品質(zhì)推斷與標(biāo)量

變幻，故障帶電插拔，隨機(jī)改換。而PLC模塊只是簡單電氣轉(zhuǎn)換單元，沒有智能芯片，故障后相應(yīng)單

元全部癱瘓。

2、7、8在接地電阻方面，對PLC或許要求不高，但對DCS一定要在幾歐姆以下1通常在4歐姆以

下）。

但是，隨著計算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)的飛速發(fā)展，PLC的力能迅速提升，不斷完善對網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、分

布數(shù)據(jù)庫和運(yùn)算功能，使高端PLC（如Modicon高端產(chǎn)品）也一應(yīng)用到機(jī)組的模擬量控制系統(tǒng)中，由

于PLC把專用的數(shù)據(jù)高速公路（HIGHWAY）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