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分散控制系统的主要硬件第三章
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本章扼要介绍 DCS的：
过程控制设备、人机接口设备、系统通讯设备。
第一节 过程控制设备一,过程控制设备的功能过程控制设备是 DCS最基层 (直接控制级 )的自动化设备。
其功能为：
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1,对现场过程信号进行实时的数据采集,噪音滤除,补偿运算,非线性校正,标度变换等处理；
2,按要求进行累积量的计算,上下限报警,测量值和报警值向通讯网络的传输；
3,接受上层通讯网络传来的控制指令,并根据过程控制的组态进行控制运算；
4,输出驱动现场执行机构的各种控制信号,实现对生产过程的数字直接控制,满足生产中连续控制,逻辑控制,顺序控制等的需要 。
5,实现手动操作的功能 。
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二,过程控制设备的品种在 DCS的应用中，用于过程控制级的设备有两类品种：
可编程逻辑控制器 (PLC)﹑
可编程调节器等。
一是,DCS自身的,现场控制单元”，
二是：可纳入 DCS中应用的其它独立产品，即：
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不同厂家的现场控制单元所采用的结构形式大致相同 。 概括地说,现场控制单元是一个以微处理器为核心的,按功能要求组合的各种电子模件的集合体,并配以机柜和电源等而形成的一个相对独立的控制装臵 。
不同的 DCS生产厂家,对自己系统中的过程控制设备取有独特的名称,如表 3— 1所示：
1．现场控制单元是 DCS中与现场关系最密切最靠近生产现场的控制装置。
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各典型系统的过程控制设备，其名称无一相同，为叙述方便起见，下面将统称之为,现场控制单元,。
表 3 — 1 典型系统的过程控制设备厂 商 系 统 名 称 过程控制设备名称
B a il e y C o n t r o l s I N F I- 9 0
P r o c e s s C o n t r o l U n i t
( 过程控制单元 )
W e s t in g h o u s e W D P F - II
D is t ri b u t e d P r o c e s s in g U n i t
( 分布式处理单元 )
L e e d s & N o rt h ru p M A X - 1 0 0 0
R e m o t e P r o c e s s in g U n i t
( 远程处理单元 )
S ie m e n s T e l e p e rm - M E
A u to m a t io n S u b s y s te m
( 自动子系统 )
F o x b o r o I /A S e ri e s 控制处理机和现场总线模件
H I T A C H H IA C S - 3 0 0 0
H IS E C - 0 4 M /L,M /F
高性能控制器
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这种调节器的生产厂家和品种较多,仅就控制回路的能力而言,有单回路,双回路,四回路,八回路等区别 。
2．可编程调节器是由微处理器,RAM,ROM,模拟量和数字量 I/O
通道、电源等基本部分组成的、外貌类似一般盘装仪表的一个时间分享的微机控制装置。
该调节器具有,PID控制运算、信号选择控制、按预定曲线控制等功能，可实现前馈、串级、单回路、多回路控制，并可进行故障检测、报警、手动操作等。
该调节器一般设有异步通讯接口 (RS-232或 RS-422),使之可与 DCS或其它上位机联网通讯。
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新型的 PLC还提供了模拟量输入,输出通道和 PID等控制算法,可以实现连续过程的控制 。
3．可编程逻辑控制器 (PLC)
PLC是一种以微处理器为核心、具有存贮记忆功能、可提供开关量输入、输出通道，能通过预先编制好的程序来实现时间顺序控制或逻辑顺序控制的数字化控制装置。
PCL取代以往复杂的继电器控制装臵。
PLC均已标准化、模块化、系列化。
PLC中的一个 I/O模块通常可输入或输出 16～ 64个点。
用户可根据需要灵活选配模块构成不同规模的 PLC。
PLC一般设有异步通讯接口 (RS-232或 RS-422),它既可作为一个独立的控制站，也可以与 DCS通讯网络连接。
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一般，可编程调节器和 PLC尚不属于 DCS的配套产品，
此处不作详细介绍。而本节着重介绍现场控制单元。
现场控制单元一般是由机柜,电源,I/O通道,
以微处理器为核心的功能模件等几部分组成 。
三,现场控制单元一般是用金属材料 (如钢板 )制成的立式柜 。 柜内装有 6～ 8层机架,供安装电源和各种模件之用 。
每层机横向可插 4～ 12个模件 。
(一 ) 机柜机柜通常应采取,电磁屏蔽、散热降温、柜内温度自动检测与报警、防尘、防潮、防火、防腐蚀。
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使用机柜时保留一定数量 (约 10～ 15%)的扩展空间。
(二 ) 电源
1,交流电源现场控制单元的供电来自 220V或 120V交流电源，这个交流电源一般是由 DCS的总电源装臵分配提供的。
交流电源经现场控制单元内的配电盘、断路器给直流稳压电源及系统供电。
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为保证交流供电的稳定和系统的正常工作，
DCS通常采取了相应的可靠性措施：
采用两路互为冗余的单相交流电源供电；
采用交流电子调压器稳定电压；
采取正确合理的接地方式屏蔽干扰；
采用超级隔离变压器隔离电源干扰；
采用不间断电源 UPS保障连续供电。
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2,直流电源不同厂家生产的现场控制单元内部各模件的供电，均采用直流电源，但对直流电源的等级要求不一，常见的有＋ 5V、＋ 12V、－ 12V、＋ 15V、－
15V、＋ 24V。 因此，现场控制单元内必须具备直流稳压电源，将送来的交流电源转换为适应内部各种模件需要的直流电源。
设备生产厂家不同，实现直流稳压电源的方式也有异，一般有以下几种形式：
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(1) 采用 1:1冗余配置的集中式直流稳压器；
(2) 采用主、从直流稳压电源，其中：
主电源 1:1冗余配臵，
实现交流 —— 直流转换送至母线从电源 N:1冗余配臵，
实现直流 —— 直流转换送至模件
(3) 采用分立的直流稳压电源这种电源以模件的形式插入机柜内各层的模件槽位中。交流电经机柜内的电源引入盘直接送到这些电源模件上，由此转换成所需电压的直流电供其它模件使用。
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(三 ) I/O模件为 DCS的各种输入 /输出信号提供信息通道的专用模件，称为 I/O模件。
*、它是对生产现场的模拟量信号、开关量信号、脉冲量信号进行采样、转化、处理成微处理器能接收的标准数字信号。
I/O模件的基本作用：
*、将微处理器的运算输出结果（二进制码）
转换、还原成模拟量或开关量信号，去控制现场执行机构。
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I/O模件是 DCS中种类最多、使用数量最大的一类模件。众多的 I/O模件可归纳为以下几类：
模拟量输入模件、
模拟量输出模件、
开关量输入模件、
开关量输出模件、
脉冲量输入模件。
各类 I/O模件是根据信号及其处理要求而设计的 。 因此,在介绍 I/O模件之前,有必要对信号形式予以简单说明 。
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实际生产过程中需要监视和控制的物理量,化学量按其随时间变化的规律可分为以下三类：
1．信号形式
v v v
t t t
是指随时间推移周期性重复出现短暂起伏的过程量 。 如转速测量变送器输出的信号即为某一频率的脉冲量 。
模拟量是指那些随时间连续变化的量。 如压力、温度,…… 等等。
开关量是指只具有两个状态的过程量。 如开关的“合”与
“断”、设备的
“投”与“切”，
信号的“有”与
“无”等等。
脉冲量
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(1)电流信号：
来自于各种温度,压力,位移等变送器 。
(2)毫伏级电压信号：
来自于热电偶,热电阻或应变式传感器 。
(3)常规直流电压信号：
来自于一切可输出直流电压的各种过程设备 。
2．模拟量输入 (AI)模件生产厂家和用途不同，每个 AI模件可接收 4～
64路模拟信号不等。模拟信号一般是传感器对现场物理量或化学量检测，并由变送器将检测信号转换而得的相应的电信号。
输入 AI的模拟量电信号有：
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对多路输入的各种模拟电信号进行采样,滤波,放大,隔离,输入开路检测,误差补偿及必要修正 （ 如热电偶冷端补偿,电路性能漂移校正等 ）,向工程单位转化,模拟量 /数字量转换,以提供准确可靠的数字量 。
AI模件的基本功能是：
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3） A/D转换器：用来接收信号调理器送来的各路模拟信号和某些参考输入 （ 如冷端参考输入等 ）,它由多路切换开关按照 CPU的指令选择某一路信号输入,并将该路模拟输入信号转换成数字量信号送给 CPU。
AI通道的主要组成部分：
1）信号端子板：其主要作用是用来连接输送现场模拟信号的电缆。
2）信号调理器：是对每路模拟输入信号进行滤波、
放大、隔离、开路检测等综合处理，
为 A/D转换提供可靠的、统一的、
与模拟输入相对应的电压信号。
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目前,新型的 AI模件采用了微处理器,使其功能得到扩展 。 这种 AI模件可通过便携式编程器调整其运行软件去适应现场的各种测量条件,也可进行开平方运算等非线性补偿,……,使 AI模件应用的灵活性和广泛性得以提高,使备品的种类与数量大幅度减小 。
图 3— 2给出了 INFI-90系统的一种通用 AI模件功能框图 。
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模件上微处理器的主要功能为：
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选择隔离放大的输入参考,
选择 A/D转换的通道,及其冷端参考输入,
设置各输入通道的类型和分辨率,
读取 A/D转换的结果并给予必要的补偿或修正,
驱动红 /绿 LED指示灯反映模件运行状态,
通过 8位双列拔码开关确定模件在子总线上的地址,
通过双口存贮器随时进行系统子总线数据的读写,
进行模件的安全性完整性检查和 A/D转换器的校验 。
模件上微处理器的主要功能为：
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3．模拟量输出（ AO） 模件
AO模件的主要功能：
把计算机输出的数字量信号转换成外部过程控制仪表或装臵可接受的模拟量信号，用来驱动各种执行机构控制生产过程，或为模拟式控制器提供给定值，或为记录仪表和显示仪表提供模拟信号。
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（ 1） 电压输出 。 其特点是速度快,精度高 。
（ 2） 电流信号 。 适宜远距离传输 。
AO模件输出的信号形式有两种：
一般由输出端子板,输出驱动器,D/A转换器,
多路切换开关,数据保持寄存器,输出控制器等硬件予以实现 。
AO通道的组成：
图 3— 3给出了两个典型的 AO通道组成框图。
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接 口电 路
I/O总线数 据 保 持寄 存 器输 出控 制 器多 路 切 换 开 关
D/A
转换器数字锁存器输出驱动器端 子 板
D/A
转换器数字锁存器输出驱动器
D/A
转换器数字锁存器输出驱动器
.......
.......
.......
.......
I/O总线接 口电 路输 出控 制 器
D/A
转换器多 路 切 换 开 关数字锁存器输出驱动器数字锁存器输出驱动器数字锁存器输出驱动器
.......
.......
端 子 板
.......
每路信号都设置独立的D/A
转换器各路信号采用一个共用的D/A
转换器
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4．开关量输入（ SI） 模件
SI模件的基本功能是：
根据监测和控制的需要，把生产过程中的某些只有两种状态的开关量信号（如各种限位开关、
电磁阀门联动触点、继电器、电动机等的开 /关状态）转换成计算机可识别的信号形式。
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一般为电压信号,它可以是交流电压,也可以是直流电压 。 最常见的有,5VDC,12VDC,24VDC、
48VDC,125VDC和 120VAC等几种规格的输入,允许输入误差在 ± 10％ 左右 。
SI模件所接受的信号：
一般由端子板、保护电路、隔离电路、信号处理器、数字缓冲器、控制器、地址开关与地址译码器,LED指示器等组成，
SI模件的组成：
其基本结构如图 3— 4所示。
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5．开关量输出（ SO） 模件
SO模件的基本功能：
把计算机输出的二进制代码所表示的开关量信息，转换成能对生产过程进行控制或状态显示的开关量信号。以控制现场有关电动机的启／停、
继电器的闭／断、电磁阀门的开／关、指示灯的亮／灭、以及报警系统等的开关状态，可用来实现局部功能组甚至整个机组自动启停的控制。
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一般由端子板,输出电路,输出寄存器,控制器,地址开关与地址译码器,LED指示器等基本部分组成,
SO模件输出的信号：
随生产厂家和型号不同而异，有 20VDC（ 10mA，
16mA）,24VDC（ 250mA）,60VDC（ 300mA） 等电压等级的输出。
SO模件的组成：
如图 3— 5中所示；
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I / O 总 线接 口电 路控制器端 子 板驱动电路隔离电路数 据 选 择 器
LED
指示器地 址码 器 译地址开关故障寄存器驱动电路隔离电路驱动电路隔离电路
......
故障检测器故障检测器输出寄存器状态缓冲器输出电路
......
......
...,..
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在生产过程中,有许多测量信号为脉冲信号,
例如：转速计,罗茨式流量计,涡街流量计,涡轮流量计,计数装臵等的输出 。
6．脉冲量输入（ PI） 模件将脉冲量转换成与之对应的且计算机可识别的数字量。
各种 PI模件结构各异，但基本功能可由图 3-6
示之。
PI模件的基本功能：
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....
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I/O 3 ü
除此之外，有的 PI模件还具有：
模件状态自检、
超时复位、
数据有效检验、
数据丢失处理等功能 。
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当前,I/O模件正沿着进一步智能化的方向发展,即在 I/O模件上应用微处理器,使其成为一个功能更强可独立运行的智能化模件,可以实现：
各路输入信号的自动巡回检测,
非线性校正和补偿运算；
输入与输出通道共一个模件；
集数据采集,运算处理,控制输出等为一体,对若干回路进行监测和控制,……
这使得上一级微处理器承担的工作得到进一步分散,
从而大大节省了上一级微处理器的机时,使系统的工作速度进一步提高,或使上一级微处理器有更多的时间处理更为先进复杂的控制规律 。 这种功能上的进一步分散会使系统的可靠性再度提高 。
I/O模件的发展方向：
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功能模件是现场控制单元的核心模件,是
I/O模件的上一级智能化模件 。 它通过现场控制单元的内部总线与各种 I/O模件进行信息交换,
实现现场的数据采集,贮存,运算,控制等功能 。
(四 ) 功能模件功能模件基本结构如图 3— 7所示。
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中央处理单元 随机存储器 RAM 其它功能 部 件通讯接口
PI 模件只读存储器
ROM
AI 模件 AO 模件 SI 模件 SO 模件功能模件数 据 高 速 公 路主 CPU 协 CPU
模 件 总 线
I/O总线
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1、中央处理单元 CPU：
功能模件的组成：
是功能模件的处理指挥中心 。 即按预定的周期,
程序和条件对相应的信号进行运算,处理,对功能模件和其它相关模件进行操作控制和故障诊断 。
采用高性能的 16位或 32位微处理器,
常采用 1:1冗余配臵 。
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2、只读存储器 (Read Only Memory简称 ROM）
为功能模件的程序存储器，用来 固定 存放支持系统运行的（ I/O驱动、数据采集、控制算法、
时钟控制、引导、系统组态、模件测试诊断等）
程序。
系统一旦加电,CUP就能投入正常有序的工作之中。
一般具有数百 K字节的程序空间。
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3、随机存储器 (Random Access Memory简称 RAM)
RAM为易失性存贮器,缺点是断电后内部信息全部丢失 。 为此,工程相应措施：
为功能模件的工作存储器，用来 随机 存放程序运行所需的（采集数据、设定值、中间和最后运算结果、报警限值、手操值、整定参数、控制指令等）可在线修改的实时参数。
使存储器内容既可随时改写，又在掉电时不丢失。
(1) 应用电可擦可编程只读存储器 EEPROM
(3) 应用磁介质存储器。
(4) 应用具有后备电池的随机存储器 SRAM。
(2) 应用非易失性随机存储器 NOVRAM。
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4、模件总线是模件所有数据、地址、控制等信息的传输通道。流行的有：
INTEL公司的多总线 MULTIBUS
,EOROCARD”标准的 VME总线
PC总线 (ISA总线 )
STD总线用来实现功能模件与系统数据高速公路,冗余功能模件等的连接 。
5．通讯接口
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并行数据串行化与发送,
串行数据接收与并行化,
信息的编制 (插入和删除 )、
信息的奇偶校验和检错 。
由于,数据高速公路上的信息以位 串行 方式传送，
功能模件内总线上的信息以 并行 方式传送因此，通讯接口具有以下功能,
通讯接口与功能模件内部的数据传送一般采用直接存储器存取 (Direct Memory Access,简称 DMA)传送方式,
该方式是存储器 RAM与外设直接进行并行数据 ←→ 串行数据传送,而无需 CPU介入的传送方法 。 这是一种快速交换大量数据的传送方法 。 但它受到存储器的存储速度限制 。
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该通讯接口的基本工作步骤：
通讯接口的基本功能框图如图 3— 8所示：
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(1) DMA控制器向 CPU发出,总线请求,信号；
(2) CPU收到请求信号后,向 DMA发出,总线响应,信号；
(3) CPU将模件总线的使用权让出,移交给 DMA控制器管理 。
(4) DMA控制器向提出请求的外设发出,传输应答,,允许进行数据传输；
(5)在 DMA控制器的控制下,外设通过发送 /接收器,……,
模件总线等与存储器 RAM直接进行数据传输；
(6)设定的字节数传送完毕,DMA控制器撤消向 CPU的,总线请求,,再由 CPU重新管理模件总线,进入正常工作 。
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2、具有显示操作的功能仪表。
第二节 人机接口设备人机接口设备是人与系统互通信息、交互作用的设备。
分散控制系统的人机接口设备一般有两种形式：
1、以 CRT为基础的显示操作站。又可划分为：
操作员接口站
(Operator Interface Station简称 OIS)、
工程师工作站
(Engineering Working Station简称 EWS)等
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是一个设臵在机组的集控室内的操作员工作台,是运行操作人员与生产过程之间的一个交互窗口 。 它把系统的绝大多数显示和操作内容集中在 CRT的不同画面和操作键盘上,从而使运行操作人员的控制台盘体积,人工监视面大大减少,且对系统的操作也更为便利化 。
一、操作员接口站 (OIS)
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（一） OIS的基本功能与基本结构基本功能包括：
1、收集各现场控制单元的过程信息，建立数据库；
2、自动检测和控制整个系统的工作状态；
3、在 CRT上显示各种参数、画面以及用户自定义；
4、各种制表打印、曲线打印以及 CRT的屏幕拷贝；
5、可在线变量计算、控制方式切换，可实现 DDC控制、逻辑控制和设定值指导控制等；
6、进行生产效率、能源消耗、设备寿命、成本核算,…… 等综合计算，实现生产过程管理；
7、具有磁盘操作、数据库组织、显示格式编辑、程序诊断处理等在线辅助功能。
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OIS主要由,
高档微处理器 (CPU)、
信息存储设备 (RAM,ROM,硬磁盘,软磁盘,光盘等 )、
CRT显示器,报警器,
记录设备 (打印机,拷贝机 )、
操作键盘,鼠标或轨迹球,
通讯接口以及固定这些设备的台架 （ 操作台 ） 等构成 。
基本结构 如图 3— 9所示：
ROM
语音报警装置鼠标、
轨迹球键盘CRT打印机拷贝机通讯接口光盘软磁盘硬磁盘CPURAM
内 部 总 线
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操作员接口站实际上是一个融当代先进的计算机技术,CRT图形显示技术、内部通讯技术为一体的、适应过程控制需要的专用计算机子系统。
操作台由金属的骨架和板材制作,既是固定和保护计算机和各种外设的设施,又是运行操作人员经常性工作的台面 。 操作台的设计应满足：
（二）操作台
1、设备固定和保护的要求；
2、高度和倾斜尺寸适合于操作人员长期工作的要求；
3、外观美观大方,保持优雅工作环境的要求。
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操作台的典型型式
1,桌式操作台
(如 WDPF-Ⅱ 系统的操作台 )
操作台呈桌子式样,
桌台面上放臵 CRT显示器、操作键盘、
鼠标等,而微处理机系统及其电源系统臵于桌面下方机柜内。
鼠标或轨迹球彩色 CRT
操作键盘机柜
WDPF— Ⅱ 系统操作台
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彩色
CRT
操作键盘机柜报警显示盘软驱与键盘接口鼠标或轨迹球操作台将 CRT显示器,微处理机系统及其电源系统等集成一体,
2,集成式操作台
(如 INFI-90系统的操作台 )
INFI— 90系统操作台
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目前,300MW火电机组的分散控制系统中,操作员接口站一般采用了 5～ 7个左右操作台,集中布臵在控制室的操作员工作区域内 。
除上述型式的操作台外,实际应用中也不乏其它型式的操作台,如具有两个 CRT的双屏操作台等。
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一般,操作员接口站随着计算机技术的发展大都使用当代先进的微处理器,其位数,主频,内存容量,外存设备皆在不断升级 。
（三）微处理器系统操作员接口站常采用多处理器结构形式。如：
MAX-1000系统采用了图形处理器、应用处理器和实时处理器；
I/A的 WP30操作员站采用了主处理器、数字处理器和图形处理器；
HIACS-3000系统采用了专用的浮点协处理器和图形协处理器。
用以实现功能的进一步分散和保证信息处理速度达到规定的要求 。
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（ 四 ） 显示处理设备包括,CRT显示器,液晶显示器,背投显示器,大屏幕墙挂显示器等 。 显示器的尺寸,颜色,
分辨率在不断提高 。
图形显示的几种实现方式：
（ 1）采用普通图形控制卡
（ 2）采用智能图形控制卡
（ 3）采用智能图形终端
1,键盘 。 多采用表面覆盖聚酯,有防水防尘能力,有明确图案或字符标志的工程化,触摸式,
平面薄膜键盘 。 该键盘无机械触点,可靠性高,
至少可正常工作 100万次 。
（五）输入设备
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INFI-90系统的操作员键盘如图 3-15所示：
A
A B C D H I
N
MLKJGFE
S XV YW ZRP Q TO U
PAN Zo
TB
SSSAS
FoMA
Ca
Ra
Cm
OUT
SET
TAB
AA
PA
SiCaSC G/GNPRe
OPDiPPMaBa
DeTuMMCLMGFM
HeDS$4
A
13
A
14
A
15
A
16
A
5
A
6
A
7
A
8
A
9
A
10
A
11
A
12
A
4
A
3
A
2
A
1
ESCClEn
>
-
<
=
)
0
(
.
,
+
#
3
@
2
!
1
/
:
9
&
7
'
*
"
6
%
5;
8
SpSL
Sh
Ho
Cu
报警确认 消音功能区字母区显示区控制区数字区光标区
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是安装在 CRT屏幕表面上的一个细网络状敏感区 (敏感区一般采用透明接触线,红外线发射
/接收器,薄膜导体或电容敏感元件 ),它与相应的外围电路 (触摸屏控制卡 )配合起来,可以识别运行操作人员的手指接触屏幕的位臵,运行操作人员只要用手指接触该屏幕上的某一区域,就可以达到操作该区域显示内容的目的 。
INFI-90系统的触摸屏如图 3-16所示：
2、触摸屏
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触屏控制卡 1
多总线键盘模件触屏控制卡 2
CRT触摸屏
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3、鼠标或轨迹球是专门用于显示器上的光标移动的设备。尽管在输入键盘上设有光标移动键,但应用鼠标或轨迹球移动光标更为便捷。所以,操作员接口站一般都配备这种输入设备。
简称外存,是主机内存 (ROM,RAM)的补充 。 用以扩大信息存储容量,保证信息存储,永久性,。
（六）外部存储设备任何一种形式的外存大都由三部分组成。如图所示,
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存储控制器 驱动器 存储介质是数据信息的载体,它在存储控制器和驱动器的控制下实现数据信息的加载或卸载 。
是主机 CPU
与驱动器之间的接口，它用来接收和解释 CPU的指令，检测系统状态，向驱动器发出控制读 /写的信号。
是使信息检测传输元件 (如磁头 )
和存储介质运行的驱动机构。用以确定数据信息读或写的物理位置,实现状态检测、
数据读 /写的操作。
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目前,在 DCS中应用的外存主要有,
硬磁盘,其盘径有 14″,8″,5.25″,3.5″
等几类品种；
软磁盘,其盘径有 8″,5.25″,3.5″ 等几类品种；
磁带,宽度约 1/2英寸,长度有 200,600、
1200,2400英尺几种 ；
光盘,?,磁光盘,或,光软盘,MOD
一个 3.5″ 的 MOD盘的存储容量可达 100MB。
相变光盘 PCD
存储容量在 600MB左右。
存储容量达 650MB
只读光盘存储器 CD-ROM
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（七）打印 /拷贝输出设备黑白打印机 —— 生产记录和报警记录采用，
彩色打印机 —— CRT画面打印则采用。
打印机：
CRT画面的记录、
彩色视频拷贝机：
制作 CRT显示内容的幻灯片
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是操作员接口与现场控制单元或网络上的其它工作单元进行信息交流,从而获取系统控制过程和设备状态的实时数据,并对生产过程进行控制操作的必备专用电子模件 。
INFI-90系统操作员接口站的通讯接口如图
3-18所示：
（八）通讯接口
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环路模件
（ IIMLM01）
通讯环路模件
（ IIMCL01）
通讯处理模件
（ IIMCP01）
（或 IIMCP02）
网络操作员接口站
(OIS)
(1) 为核心模件 。
接受 OIS 发出的
,请求发送数据,
或,请求接收数据,
的命令,处理和传输有关数据 。 该模件包含一个数据传送的库,以便与 OIS
和网络上的其它工作单元进行通讯 。
(2) 是一个通讯组态模件 。 模件上设有组态开关,通过这些组态开关的位臵
(断 /通 ),确定 OIS在网络上的节点号,
网络编号,网络类型,测试运行方式等,以保证通讯处理模件与环形网络正确通讯 。
(3) 是一个端子单元,
是 OIS与网络通讯的物理接口 。
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二,工程师工作站 （ EWS）
为方便 DCS运行工程师工作而提供的一种专用设备。是一个硬件和软件一体化的人机接口，专门用于系统设计、开发、组态、调试、
维护和监视。
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（一） EWS的基本功能
1,系统组态,确定硬件组态、连接关系、控制逻辑和控制算法等。
实现对操作员接口进行组态。
4、文件编制,支持表格数据和图形数据两种格式的文件系统；支持工程设计文件建立和修改；
支持文件编制的硬件设备 （ 例如打印机 ）,可以输出所感兴趣的文档资料 。
5、故障诊断,自动识别 DCS中任何一个设备的故障；确定故障的类型和故障的严重性；快速处理查错信息 。
2,OIS组态：
3,在线监控,具有 OIS的全部在线监控功能 。
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（二） EWS的基本构成一般说来,EWS有两种基本型式：
1,EWS与 OIS合为一个整体。
例如,WDPF系统采用。
2,EWS相对独立。
例如,HIACS— 3000,INFI— 90等系统采用。
无论何种型式的 EWS,其硬件配臵大同小异,基本结构如图 3— 19所示 。
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ROM
CPU
RAM
总线绘图仪打印机
CRT 彩色显示 器工程师 键盘鼠标软盘 驱动器硬盘及驱动器显示卡协处理器通讯接口
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三、功能仪表除上述的 OIS和 EWS外,DCS还具有实现某些特定功能的人机接口设备 。 这类设备有两种典型的结构型式：
A,安装在控制盘台 (或机架 )上的模件式装臵,
B,手持的便携式装臵 。
这是为方便现场组态、参数调整、专项监视和实现手动直接控制等而设臵的 功能仪表 。
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（ 一 ） 组态调整装置不同的 DCS,组态调整装臵所采用地结构型式也有别,或是便携式或是模件式,如图 3— 20所示 。
是 DCS工程设计和维护的一种终端设备，是对
DCS进行控制策略更改、控制回路组态、控制参数调整和系统故障诊断的就地工具，是以微处理器为核心的低层工程师接口。
组态调整装臵一般由微处理器、存储器、显示器及其接口、键盘及其接口、通讯接口、外设接口等组成。
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4 C
U 5.7
1 1 8
1 2 3
4 5 6
7 8 9
0C,
U
S E
R E+
[ ]
ENTE
OFF
TUNE
ADD
7
-
321
654
98
0,
EXECCONFON
F4F3F2F1
MONISEDDADDRCLEA
Baliey Controls
NEXTS.F.
DELE
MODI
PREV
显示屏
4行，每行
16个字符簘
4个功能键
（ F1— F4）
专用性能方式按键
（ 1）模件式 （ 2）便携式
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(二 )模拟量控制站常规控制系统中，设臵有许多模拟量控制的自动 /手动切换操作器，当自动控制设备出现故障时可通过这些操作器手动控制生产过程。而在 DCS中，
这一功能由模拟量控制站来实现。作为系统的后备控制手段。
图 3— 21示出了一种典型的模拟量控制站结构 。
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AUTO
VAR
SEL
TAG
MAN
CMPTR ALARMACK
100
90
40
80
70
60
50
30
20
10
0
100
90
40
80
70
60
50
30
20
10
0
90
100
70
60
50
20
40
30
0
10
80
VAR
SET
OUT
DEV
TR1
SET
CAS
RAT
AUT
TR2
OUT
M A
字母数字显示窗口固定螺栓给定值过程变量控制输出指示器手动超驰开关模拟量控制站实际上是一个模件式装臵，通常安装在火电厂控制室的操作台或立盘上，它与外部的所有联系均通过其尾部连接器实现 。
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（ 1） 对模拟量控制站的运行方式进行选择 。
（ 2） 对模拟量控制回路进行自动 /手动方式无扰切换,给定值设臵和远方手动控制 。
（ 3） 对模拟量过程变量,给定值,控制输出以及模拟量控制站运行方式等进行监视 。
（ 4） 对模拟量参数超限,通讯故障等进行报警 。
模拟量控制站的主要功能：
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是一个开关量操作站,是可以对逻辑系统进行操作的带按钮和指示器的逻辑控制器 。 它是由一块面板和一块与面板相连的印刷电路板组成的盘装仪表 。
（三）数字逻辑站图 3— 22示出了数字逻辑站的一种典型结构。
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故障指示状态灯 按键 1 B1
A8
A7
A6
A5
A4
A3
A2
A1
B8
B7
B6
B5
B4
B3
B2
按键 2
按键 3
按键 4 按键 8
按键 7
按键 6
按键 5 ① 控制开关量系统的启停 （ 如控制单个油喷燃器 ） ；
② 作为顺序控制系统的输入指令或确认信号；
③ 作为系统中重要开关量的手动后备操作工具 。
前面板上有：
1个本站故障指示灯、
8个操作按钮开关、
16个输出状态 LED指示灯。
数字逻辑站的主要作用：
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（四）数字指示站是一个模件式盘装仪表，它只能显示确定的接入信息，但不能干预生产过程，其作用相当于常规控制系统中的显示仪表 。
在 DCS中，数字指示站用来监视一些与闭环控制回路无关的过程变量、进行报警显示和故障显示。
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典型数字指示站的结构如图 3— 23所示 。
数字显示屏按键 2
通道标签高限报警 10090
40
80
70
60
50
30
20
10
0
100
90
40
80
70
60
50
30
20
10
0
100
90
40
80
70
60
50
30
20
10
0
通道指示按键 1
通讯中断指示灯低限报警指示器
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第三节 系统通讯设备数据通讯是将生产过程的检测,监视,控制,
操作,管理等各种功能有机地组成一个完整实体的必要纽带 。
在 DCS中,数据通讯必须满足过程控制的可靠性,实时性和适用性的基本要求,所有这些皆是借助于通讯设备实现的 。
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一,通讯接口
DCS各节点 （ 现场控制单元,OIS,EWS、
计算机 …… 等 ） 之间的连接与联系,主要是依靠通讯接口通过本系统网络来实现的 。 通过通讯接口各节点可以从 （ 向 ） 网络获取 （ 发送 ）
信息,实现与网络的信息交换 。
通讯接口是各种 DCS必备的基本硬件，只是因系统而异通讯接口的品种和实现方法有所不同，
但满足系统中各种类型节点连接网络的要求、达到互通信息的目的是一致的。
下面以 INFI— 90系统为例予以说明：
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网络通讯子模件、
计算机通讯传输模件、
现场控制单元的网络处理模件、
网络 — 网络间的本地接口模件、
网络 — 网络间的远程接口模件。
INFI— 90系统提供了：
其中，网络通讯子模件是核心模件，它与以上其它模件有机地组合，可形成满足不同通讯需要的通讯接口单元。例如：
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它是由一个网络通讯子模件和一个网络处理模件所组成的通讯接口单元实现的,使现场控制单元的各种主模件可与网络进行信息交换,完成其控制策略 。 如图所示 。
节点节点
INFI-NET
通讯接口单元现场控制单元网络通讯子模件网络处理模件
1、现场控制单元与网络的通讯
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μμ
μμ
μμμμ
RS-232C
IEEE488
μè
Mac II
á oú
INFI-NET
í¨ó?ù μ¤?a
á oú
í¨ ′?
êa?￡?t
í? á? í¨
3ó?￡?t
它是由一个网络通讯子模件和一个计算机的通讯传输模件所组成的通讯接口单元实现的,可使系统的主计算机以及网络以外的 PC机,可编程序控制器 （ PCL） 等与网络进行信息交换 。 如图所示 。
2,计算机与 INFI— 90网络的通讯。
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它是由两个网络通讯子模件和一个网络 — 网络间的本地接口模件所组成的通讯接口单元实现的 。 可使两个距离较近的 INFI— 90网络进行信息交换 。 如图所示 。
INFI-NET INFI-NET
本地传输模件通讯接口单元点节点节点节点节网络通讯子模件网络通讯子模件
3,本地网络之间的通讯。
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它是由两个网络通讯子模件和两个网络 — 网络间的远程接口模件所组成的通讯接口单元实现的,
使两个距离较远的 INFI— 90网络进行信息交换 。 如图所示 。
节点节点
INFI-NET
节点节点
INFI-NET
通讯接口单元 通讯接口单元远程传输模件远程传输模件网络通讯子模件网络通讯子模件
4,远程网络之间的通讯。
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新一代 DCS正朝着开放式系统发展。开放式系统的主要特性是它在通讯技术上采用开放式结构,提供了专用的通讯接口,使之可与早期的、已在应用的、其它公司的、不同系列的 DCS产品或各种控制设备进行通讯。
开放式结构能将多种控制设备集成为一体化的控制系统和形成统一的管理数据库，为实现全厂控制、管理的综合自动化和有效的目标管理奠定了物质基础。
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二,通讯介质通讯介质是连接系统各个站点的物理信号通道。 DCS对通讯介质有着较高的要求，即通讯介质的频带宽，信号传输的时间延迟小，能满足高速传输的需要，能避免信息在传输过程中因共模和串模干扰所引起的信号混叠或丢失等等。
在 DCS中,数据通讯普遍采用的通讯介质有以下几种：
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（一）双绞线铜导线绝缘层屏蔽护套绝缘护套适应于低速传输场合,
最大带宽约 100kHz— 1MHz，
传输速率一般小于 2Mbps。
模拟信号传输时每 5— 6km要有一个放大器，
数字信号传输时每 2— 3km需要一个转发器。
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（二）同轴电缆内导体中间绝缘体外屏蔽导体外绝缘层宽带同轴电缆既可用于模拟传输 （ 如视频信号传输 ）,也可用于数字传输,当用于数字传输时,
其传输速率可达 50Mbps。
同轴电缆大致可分两类：
1、基带同轴电缆 （如 50Ω 同轴电缆）
专门用于数字传输，传输速率可达 10Mbps。
2、宽带同轴电缆 （如 75Ω 同轴电缆）
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（三）光缆内芯覆层 合成钎维层绝缘层光缆中的信息是以光的形式传输的,它对电磁干扰几乎毫无反应 。 光缆的数据传输速率 高达几百 Mbps,在不用转发器的情况下,光缆可在几公里范围内传输信息 。
主要缺点是分支、连接比较困难和复杂，需采用专用的光缆连接器。
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三种通讯介质的特点：
介质项目 双绞线 同轴电缆 光缆传输介质价格 较低 较高 较高连接件价格 低 较低 高标准化程度 高 较高 低连接 简单 需专用连接器 需复杂连接器和工艺敷设 简单 稍复杂 简单抗干扰能力 较好 很好 特别好环境的适应性 较好 较好 特别好适用的网络 环形网 总线型或环形网 目前多用于环形网
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第四节 300MW火电机组 DCS的硬件配置实例一、被控对象概况
（一）锅炉及其辅助设备锅炉为引进美国 GE公司技术制造的亚临界、一次中间再热、自然循环、单炉膛、煤粉燃烧锅炉。
锅炉的最大连续负荷额定参数（ B-MCR） 为：
主蒸汽流量,1025.7 t/h
主蒸汽压力,18.3 Mpa
主蒸汽温度,541 ℃
再热蒸汽流量,834.8 t/h
再热器进 /出口压力,3.83/3.62 Mpa
再热器进 /出口温度,322/541 ℃
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锅炉的燃烧方式为：
摆动式喷燃器，四角布置，切圆燃烧。
主蒸汽采用二级喷水方式调温,
再热蒸汽采用烟气挡板 +事故喷水调温。
燃料燃烧系统：
三层点火器、三层油燃烧器、四层煤粉燃烧器。
锅炉的主要辅助设备如表 3— 8所示。
蒸汽调节方式为：
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2009-7-28 92
表 3— 8 锅炉主要辅助设备设备名称 数量（台） 容量（ B-MCR） 其它说明送风机 2 50% 定速、电机驱动、轴流式、可调叶片引风机 2 50% 定速、电机驱动、轴流式、可调叶片一次风机 2 50% 定速、电机驱动、离心式给煤机 4
磨煤机 4 钢球磨煤机排粉机 4
给粉机 16
空气预热器 2 50% 三分仓、回转式除尘器 2 四电场电气除尘器汽动给水泵 2 50%
电动给水泵 1 50% 带可调速的液力耦合装置
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汽轮机的最大连续负荷参数（ T-MCR） 为：
（二）汽轮机及其辅助设备汽轮机为引进美国西屋电气公司技术制造的亚临界、一次中间再热、单轴、双缸、双排汽、凝汽式汽轮机。
额定功率,300 MW
最大功率,326 MW
主汽门前蒸汽压力,16.7 Mpa
主汽门前蒸汽温度,538 ℃
再热蒸汽温度,538 ℃
额定转速,3000 r/min
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三台高加、四台低加、一台除氧器。
主要辅助设备包括：
汽轮机旁路系统,容量为：锅炉最大连续负荷的 40%
回热系统：
定子绕组采用水内冷,
转子绕组采用氢内冷,
铁芯极其它构件均为氢表面冷却 。
（三）发电机发电机为引进美国西屋电气公司技术制造。
发电机的主要参数为：
额定功率,300 MW
最大功率,330 MW
额定转速,3000 r/min
冷却方式为：
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二,机组仪表和控制系统的基本要求
（一）运行方式要求
1,能带基本负荷运行；
2,在负荷需要和周波变化时，可调整基本负荷；
3,能带周期循环负荷运行。（即：白天带满负荷或按要求负荷运行，夜间减负荷或带最小燃煤负荷）；
4,能滑压运行和定压运行。
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1,采用直接进口的 DCS实现四个功能系统,即：数据采集系统 （ DAS）,模拟量控制系统 （ MCS）,顺序控制系统 （ SCS） 和燃烧器管理系统 （ BMS） 。
2,采用上海新华电站控制工程有限公司制造 （ 引进西屋公司技术 ） 的数字电液控制系统 （ DEH）,实现汽轮机的速度和负荷控制,应力计算与控制,阀门管理,超速保护,阀门试验和自动汽轮机控制 （ ATC） 。
（二）控制设备要求根据我国的实际国情,300MW机组的控制设备绝大多数按如下要求选择：
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3,采用汽轮机厂商成套提供的电液控制系统 （ MEH）,
实现锅炉给水泵的小汽轮机控制 。
4,采用瑞士苏尔寿公司提供的旁路控制系统 （ BPCS）
控制汽轮机的旁路系统 。
5,采用必要的常规仪表和硬手操设备,确保在 DCS或
CRT系统故障不能投运时机组安全停机 。
（三）系统布置要求仪表和控制系统在布臵上的基本要求为：
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1,锅炉、汽轮机、发电机和有关的辅助系统采用集中控制方式，可在主控制室内控制整个机组的运行；
2,机组的控制台和控制立盘分开布置,DCS的操作员接口站、手动 /自动操作站,DEH系统的嵌入盘等，布置在机组控制盘台上。
1,在不同的运行方式中,顺序控制可实现机组的启,
停和运行 。
2,机组的启,停,正常运行以及非常运行情况的处理,
只需少量运行人员在控制室内干预和协助就能实现 。
3,机组的所有自动控制,集中监视,远方手动操作,
均能在控制室内满足各种运行方式的所有需求 。
（四）运行控制要求
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三,DCS的应用与配置针对上述被控对象和控制要求，许多厂家的分散控制系统都有应用。
此处着重介绍我国火电厂普遍应用的：
WDPF— Ⅱ 系统、
INFI— 90系统
HIACS— 3000系统在实现,DAS（ 数据采集系统）、
MCS（ 模拟量控制系统）、
SCS（ 顺序控制系统）、
BMS（ 燃烧器管理系统）
等四个功能系统时的硬件基本配臵。
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打印机 打印机 打印机 打印机 打印机打印机彩 色 拷 贝 机历史 /记录站 计 算 服 务 站工程师工作站操作员接口站操作员接口站操作员接口站操作员接口站操作员接口站
（双 CRT）
信息高速公路（以太网）
分布式处理单元
....
..
3个分布式处理单元模拟量控制系统分布式处理单元
....
..
4个分布式处理单元分布式处理单元
....
..
4个分布式处理单元分布式处理单元
....
..
3个分布式处理单元燃烧管理系统 顺序控制系统 数据采集系统分布式处理单元扩展柜数据高速公路图 3— 29 WDPF系统硬件配置图
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打印机 打印机 打印机 彩色拷贝机操作员接口站打印站以太网支持站打印机报表 /记录站通讯接口打印机工程师工作站通讯接口
PCU PCU
......
模拟量控制系统
PCU PCU
......
数据采集系统
PCU PCU
......
燃烧管理系统
PCU PCU
......
顺序控制系统通讯接口接 DEH控制系统图 3— 30 INFI— 90 系统硬件配置图
INFI— NET 环网
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计 算 机
CRTCRT
打印机 打印机标准 键盘 专用 键盘专用 键盘计 算 机
CRTCRT
打印机 打印机标准 键盘 专用 键盘专用 键盘计 算 机
CRT彩色打印机标准 键盘专用 键盘工程师工作站
CRT
打印机标准 键盘磨煤机系统燃料系统单元主控通风系统给水系统汽温系统辅机系统
1
辅机系统
2
F
S
S
系统
B
C
S
系统
1
B
C
S
系统
2
I/O
站
1
I/O
站
2
I/O
站
3
接口站系 统控制站 系 统控制站 系 统控制站机群控制器
..
.
RS232
现场控制单元
CV网络 CV网络 CV网络环型 μ -∑ 网络图 3— 31 HIACS--3000 系统硬件配置图
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分散控制系统的主要硬件第三章
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本章扼要介绍 DCS的：
过程控制设备、人机接口设备、系统通讯设备。
第一节 过程控制设备一,过程控制设备的功能过程控制设备是 DCS最基层 (直接控制级 )的自动化设备。
其功能为：
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1,对现场过程信号进行实时的数据采集,噪音滤除,补偿运算,非线性校正,标度变换等处理；
2,按要求进行累积量的计算,上下限报警,测量值和报警值向通讯网络的传输；
3,接受上层通讯网络传来的控制指令,并根据过程控制的组态进行控制运算；
4,输出驱动现场执行机构的各种控制信号,实现对生产过程的数字直接控制,满足生产中连续控制,逻辑控制,顺序控制等的需要 。
5,实现手动操作的功能 。
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二,过程控制设备的品种在 DCS的应用中，用于过程控制级的设备有两类品种：
可编程逻辑控制器 (PLC)﹑
可编程调节器等。
一是,DCS自身的,现场控制单元”，
二是：可纳入 DCS中应用的其它独立产品，即：
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不同厂家的现场控制单元所采用的结构形式大致相同 。 概括地说,现场控制单元是一个以微处理器为核心的,按功能要求组合的各种电子模件的集合体,并配以机柜和电源等而形成的一个相对独立的控制装臵 。
不同的 DCS生产厂家,对自己系统中的过程控制设备取有独特的名称,如表 3— 1所示：
1．现场控制单元是 DCS中与现场关系最密切最靠近生产现场的控制装置。
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各典型系统的过程控制设备，其名称无一相同，为叙述方便起见，下面将统称之为,现场控制单元,。
表 3 — 1 典型系统的过程控制设备厂 商 系 统 名 称 过程控制设备名称
B a il e y C o n t r o l s I N F I- 9 0
P r o c e s s C o n t r o l U n i t
( 过程控制单元 )
W e s t in g h o u s e W D P F - II
D is t ri b u t e d P r o c e s s in g U n i t
( 分布式处理单元 )
L e e d s & N o rt h ru p M A X - 1 0 0 0
R e m o t e P r o c e s s in g U n i t
( 远程处理单元 )
S ie m e n s T e l e p e rm - M E
A u to m a t io n S u b s y s te m
( 自动子系统 )
F o x b o r o I /A S e ri e s 控制处理机和现场总线模件
H I T A C H H IA C S - 3 0 0 0
H IS E C - 0 4 M /L,M /F
高性能控制器
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这种调节器的生产厂家和品种较多,仅就控制回路的能力而言,有单回路,双回路,四回路,八回路等区别 。
2．可编程调节器是由微处理器,RAM,ROM,模拟量和数字量 I/O
通道、电源等基本部分组成的、外貌类似一般盘装仪表的一个时间分享的微机控制装置。
该调节器具有,PID控制运算、信号选择控制、按预定曲线控制等功能，可实现前馈、串级、单回路、多回路控制，并可进行故障检测、报警、手动操作等。
该调节器一般设有异步通讯接口 (RS-232或 RS-422),使之可与 DCS或其它上位机联网通讯。
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新型的 PLC还提供了模拟量输入,输出通道和 PID等控制算法,可以实现连续过程的控制 。
3．可编程逻辑控制器 (PLC)
PLC是一种以微处理器为核心、具有存贮记忆功能、可提供开关量输入、输出通道，能通过预先编制好的程序来实现时间顺序控制或逻辑顺序控制的数字化控制装置。
PCL取代以往复杂的继电器控制装臵。
PLC均已标准化、模块化、系列化。
PLC中的一个 I/O模块通常可输入或输出 16～ 64个点。
用户可根据需要灵活选配模块构成不同规模的 PLC。
PLC一般设有异步通讯接口 (RS-232或 RS-422),它既可作为一个独立的控制站，也可以与 DCS通讯网络连接。
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一般，可编程调节器和 PLC尚不属于 DCS的配套产品，
此处不作详细介绍。而本节着重介绍现场控制单元。
现场控制单元一般是由机柜,电源,I/O通道,
以微处理器为核心的功能模件等几部分组成 。
三,现场控制单元一般是用金属材料 (如钢板 )制成的立式柜 。 柜内装有 6～ 8层机架,供安装电源和各种模件之用 。
每层机横向可插 4～ 12个模件 。
(一 ) 机柜机柜通常应采取,电磁屏蔽、散热降温、柜内温度自动检测与报警、防尘、防潮、防火、防腐蚀。
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使用机柜时保留一定数量 (约 10～ 15%)的扩展空间。
(二 ) 电源
1,交流电源现场控制单元的供电来自 220V或 120V交流电源，这个交流电源一般是由 DCS的总电源装臵分配提供的。
交流电源经现场控制单元内的配电盘、断路器给直流稳压电源及系统供电。
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为保证交流供电的稳定和系统的正常工作，
DCS通常采取了相应的可靠性措施：
采用两路互为冗余的单相交流电源供电；
采用交流电子调压器稳定电压；
采取正确合理的接地方式屏蔽干扰；
采用超级隔离变压器隔离电源干扰；
采用不间断电源 UPS保障连续供电。
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2,直流电源不同厂家生产的现场控制单元内部各模件的供电，均采用直流电源，但对直流电源的等级要求不一，常见的有＋ 5V、＋ 12V、－ 12V、＋ 15V、－
15V、＋ 24V。 因此，现场控制单元内必须具备直流稳压电源，将送来的交流电源转换为适应内部各种模件需要的直流电源。
设备生产厂家不同，实现直流稳压电源的方式也有异，一般有以下几种形式：
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(1) 采用 1:1冗余配置的集中式直流稳压器；
(2) 采用主、从直流稳压电源，其中：
主电源 1:1冗余配臵，
实现交流 —— 直流转换送至母线从电源 N:1冗余配臵，
实现直流 —— 直流转换送至模件
(3) 采用分立的直流稳压电源这种电源以模件的形式插入机柜内各层的模件槽位中。交流电经机柜内的电源引入盘直接送到这些电源模件上，由此转换成所需电压的直流电供其它模件使用。
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(三 ) I/O模件为 DCS的各种输入 /输出信号提供信息通道的专用模件，称为 I/O模件。
*、它是对生产现场的模拟量信号、开关量信号、脉冲量信号进行采样、转化、处理成微处理器能接收的标准数字信号。
I/O模件的基本作用：
*、将微处理器的运算输出结果（二进制码）
转换、还原成模拟量或开关量信号，去控制现场执行机构。
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I/O模件是 DCS中种类最多、使用数量最大的一类模件。众多的 I/O模件可归纳为以下几类：
模拟量输入模件、
模拟量输出模件、
开关量输入模件、
开关量输出模件、
脉冲量输入模件。
各类 I/O模件是根据信号及其处理要求而设计的 。 因此,在介绍 I/O模件之前,有必要对信号形式予以简单说明 。
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实际生产过程中需要监视和控制的物理量,化学量按其随时间变化的规律可分为以下三类：
1．信号形式
v v v
t t t
是指随时间推移周期性重复出现短暂起伏的过程量 。 如转速测量变送器输出的信号即为某一频率的脉冲量 。
模拟量是指那些随时间连续变化的量。 如压力、温度,…… 等等。
开关量是指只具有两个状态的过程量。 如开关的“合”与
“断”、设备的
“投”与“切”，
信号的“有”与
“无”等等。
脉冲量
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(1)电流信号：
来自于各种温度,压力,位移等变送器 。
(2)毫伏级电压信号：
来自于热电偶,热电阻或应变式传感器 。
(3)常规直流电压信号：
来自于一切可输出直流电压的各种过程设备 。
2．模拟量输入 (AI)模件生产厂家和用途不同，每个 AI模件可接收 4～
64路模拟信号不等。模拟信号一般是传感器对现场物理量或化学量检测，并由变送器将检测信号转换而得的相应的电信号。
输入 AI的模拟量电信号有：
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对多路输入的各种模拟电信号进行采样,滤波,放大,隔离,输入开路检测,误差补偿及必要修正 （ 如热电偶冷端补偿,电路性能漂移校正等 ）,向工程单位转化,模拟量 /数字量转换,以提供准确可靠的数字量 。
AI模件的基本功能是：
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3） A/D转换器：用来接收信号调理器送来的各路模拟信号和某些参考输入 （ 如冷端参考输入等 ）,它由多路切换开关按照 CPU的指令选择某一路信号输入,并将该路模拟输入信号转换成数字量信号送给 CPU。
AI通道的主要组成部分：
1）信号端子板：其主要作用是用来连接输送现场模拟信号的电缆。
2）信号调理器：是对每路模拟输入信号进行滤波、
放大、隔离、开路检测等综合处理，
为 A/D转换提供可靠的、统一的、
与模拟输入相对应的电压信号。
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目前,新型的 AI模件采用了微处理器,使其功能得到扩展 。 这种 AI模件可通过便携式编程器调整其运行软件去适应现场的各种测量条件,也可进行开平方运算等非线性补偿,……,使 AI模件应用的灵活性和广泛性得以提高,使备品的种类与数量大幅度减小 。
图 3— 2给出了 INFI-90系统的一种通用 AI模件功能框图 。
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模件上微处理器的主要功能为：
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选择隔离放大的输入参考,
选择 A/D转换的通道,及其冷端参考输入,
设置各输入通道的类型和分辨率,
读取 A/D转换的结果并给予必要的补偿或修正,
驱动红 /绿 LED指示灯反映模件运行状态,
通过 8位双列拔码开关确定模件在子总线上的地址,
通过双口存贮器随时进行系统子总线数据的读写,
进行模件的安全性完整性检查和 A/D转换器的校验 。
模件上微处理器的主要功能为：
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3．模拟量输出（ AO） 模件
AO模件的主要功能：
把计算机输出的数字量信号转换成外部过程控制仪表或装臵可接受的模拟量信号，用来驱动各种执行机构控制生产过程，或为模拟式控制器提供给定值，或为记录仪表和显示仪表提供模拟信号。
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（ 1） 电压输出 。 其特点是速度快,精度高 。
（ 2） 电流信号 。 适宜远距离传输 。
AO模件输出的信号形式有两种：
一般由输出端子板,输出驱动器,D/A转换器,
多路切换开关,数据保持寄存器,输出控制器等硬件予以实现 。
AO通道的组成：
图 3— 3给出了两个典型的 AO通道组成框图。
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接 口电 路
I/O总线数 据 保 持寄 存 器输 出控 制 器多 路 切 换 开 关
D/A
转换器数字锁存器输出驱动器端 子 板
D/A
转换器数字锁存器输出驱动器
D/A
转换器数字锁存器输出驱动器
.......
.......
.......
.......
I/O总线接 口电 路输 出控 制 器
D/A
转换器多 路 切 换 开 关数字锁存器输出驱动器数字锁存器输出驱动器数字锁存器输出驱动器
.......
.......
端 子 板
.......
每路信号都设置独立的D/A
转换器各路信号采用一个共用的D/A
转换器
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4．开关量输入（ SI） 模件
SI模件的基本功能是：
根据监测和控制的需要，把生产过程中的某些只有两种状态的开关量信号（如各种限位开关、
电磁阀门联动触点、继电器、电动机等的开 /关状态）转换成计算机可识别的信号形式。
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一般为电压信号,它可以是交流电压,也可以是直流电压 。 最常见的有,5VDC,12VDC,24VDC、
48VDC,125VDC和 120VAC等几种规格的输入,允许输入误差在 ± 10％ 左右 。
SI模件所接受的信号：
一般由端子板、保护电路、隔离电路、信号处理器、数字缓冲器、控制器、地址开关与地址译码器,LED指示器等组成，
SI模件的组成：
其基本结构如图 3— 4所示。
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......,.....
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5．开关量输出（ SO） 模件
SO模件的基本功能：
把计算机输出的二进制代码所表示的开关量信息，转换成能对生产过程进行控制或状态显示的开关量信号。以控制现场有关电动机的启／停、
继电器的闭／断、电磁阀门的开／关、指示灯的亮／灭、以及报警系统等的开关状态，可用来实现局部功能组甚至整个机组自动启停的控制。
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一般由端子板,输出电路,输出寄存器,控制器,地址开关与地址译码器,LED指示器等基本部分组成,
SO模件输出的信号：
随生产厂家和型号不同而异，有 20VDC（ 10mA，
16mA）,24VDC（ 250mA）,60VDC（ 300mA） 等电压等级的输出。
SO模件的组成：
如图 3— 5中所示；
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I / O 总 线接 口电 路控制器端 子 板驱动电路隔离电路数 据 选 择 器
LED
指示器地 址码 器 译地址开关故障寄存器驱动电路隔离电路驱动电路隔离电路
......
故障检测器故障检测器输出寄存器状态缓冲器输出电路
......
......
...,..
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在生产过程中,有许多测量信号为脉冲信号,
例如：转速计,罗茨式流量计,涡街流量计,涡轮流量计,计数装臵等的输出 。
6．脉冲量输入（ PI） 模件将脉冲量转换成与之对应的且计算机可识别的数字量。
各种 PI模件结构各异，但基本功能可由图 3-6
示之。
PI模件的基本功能：
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I/O 3 ü
除此之外，有的 PI模件还具有：
模件状态自检、
超时复位、
数据有效检验、
数据丢失处理等功能 。
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当前,I/O模件正沿着进一步智能化的方向发展,即在 I/O模件上应用微处理器,使其成为一个功能更强可独立运行的智能化模件,可以实现：
各路输入信号的自动巡回检测,
非线性校正和补偿运算；
输入与输出通道共一个模件；
集数据采集,运算处理,控制输出等为一体,对若干回路进行监测和控制,……
这使得上一级微处理器承担的工作得到进一步分散,
从而大大节省了上一级微处理器的机时,使系统的工作速度进一步提高,或使上一级微处理器有更多的时间处理更为先进复杂的控制规律 。 这种功能上的进一步分散会使系统的可靠性再度提高 。
I/O模件的发展方向：
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功能模件是现场控制单元的核心模件,是
I/O模件的上一级智能化模件 。 它通过现场控制单元的内部总线与各种 I/O模件进行信息交换,
实现现场的数据采集,贮存,运算,控制等功能 。
(四 ) 功能模件功能模件基本结构如图 3— 7所示。
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中央处理单元 随机存储器 RAM 其它功能 部 件通讯接口
PI 模件只读存储器
ROM
AI 模件 AO 模件 SI 模件 SO 模件功能模件数 据 高 速 公 路主 CPU 协 CPU
模 件 总 线
I/O总线
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1、中央处理单元 CPU：
功能模件的组成：
是功能模件的处理指挥中心 。 即按预定的周期,
程序和条件对相应的信号进行运算,处理,对功能模件和其它相关模件进行操作控制和故障诊断 。
采用高性能的 16位或 32位微处理器,
常采用 1:1冗余配臵 。
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2、只读存储器 (Read Only Memory简称 ROM）
为功能模件的程序存储器，用来 固定 存放支持系统运行的（ I/O驱动、数据采集、控制算法、
时钟控制、引导、系统组态、模件测试诊断等）
程序。
系统一旦加电,CUP就能投入正常有序的工作之中。
一般具有数百 K字节的程序空间。
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3、随机存储器 (Random Access Memory简称 RAM)
RAM为易失性存贮器,缺点是断电后内部信息全部丢失 。 为此,工程相应措施：
为功能模件的工作存储器，用来 随机 存放程序运行所需的（采集数据、设定值、中间和最后运算结果、报警限值、手操值、整定参数、控制指令等）可在线修改的实时参数。
使存储器内容既可随时改写，又在掉电时不丢失。
(1) 应用电可擦可编程只读存储器 EEPROM
(3) 应用磁介质存储器。
(4) 应用具有后备电池的随机存储器 SRAM。
(2) 应用非易失性随机存储器 NOVRAM。
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4、模件总线是模件所有数据、地址、控制等信息的传输通道。流行的有：
INTEL公司的多总线 MULTIBUS
,EOROCARD”标准的 VME总线
PC总线 (ISA总线 )
STD总线用来实现功能模件与系统数据高速公路,冗余功能模件等的连接 。
5．通讯接口
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并行数据串行化与发送,
串行数据接收与并行化,
信息的编制 (插入和删除 )、
信息的奇偶校验和检错 。
由于,数据高速公路上的信息以位 串行 方式传送，
功能模件内总线上的信息以 并行 方式传送因此，通讯接口具有以下功能,
通讯接口与功能模件内部的数据传送一般采用直接存储器存取 (Direct Memory Access,简称 DMA)传送方式,
该方式是存储器 RAM与外设直接进行并行数据 ←→ 串行数据传送,而无需 CPU介入的传送方法 。 这是一种快速交换大量数据的传送方法 。 但它受到存储器的存储速度限制 。
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该通讯接口的基本工作步骤：
通讯接口的基本功能框图如图 3— 8所示：
2￠ D êy?Y
o1 3÷
μ÷ /μ ÷? à
×
2￠?í /? ó ê?
×
DMA
×÷
μ÷ /μ ÷? à?÷
2￠?í /? ó ê÷
D￡?é?o μ? 2￠?í /é
D ￠
±′
2￠ /′?
3a o
￡
t
3ü
′? êaó
′? êa ó￥ ′e
3ì í¨
· á2
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(1) DMA控制器向 CPU发出,总线请求,信号；
(2) CPU收到请求信号后,向 DMA发出,总线响应,信号；
(3) CPU将模件总线的使用权让出,移交给 DMA控制器管理 。
(4) DMA控制器向提出请求的外设发出,传输应答,,允许进行数据传输；
(5)在 DMA控制器的控制下,外设通过发送 /接收器,……,
模件总线等与存储器 RAM直接进行数据传输；
(6)设定的字节数传送完毕,DMA控制器撤消向 CPU的,总线请求,,再由 CPU重新管理模件总线,进入正常工作 。
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2、具有显示操作的功能仪表。
第二节 人机接口设备人机接口设备是人与系统互通信息、交互作用的设备。
分散控制系统的人机接口设备一般有两种形式：
1、以 CRT为基础的显示操作站。又可划分为：
操作员接口站
(Operator Interface Station简称 OIS)、
工程师工作站
(Engineering Working Station简称 EWS)等
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是一个设臵在机组的集控室内的操作员工作台,是运行操作人员与生产过程之间的一个交互窗口 。 它把系统的绝大多数显示和操作内容集中在 CRT的不同画面和操作键盘上,从而使运行操作人员的控制台盘体积,人工监视面大大减少,且对系统的操作也更为便利化 。
一、操作员接口站 (OIS)
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（一） OIS的基本功能与基本结构基本功能包括：
1、收集各现场控制单元的过程信息，建立数据库；
2、自动检测和控制整个系统的工作状态；
3、在 CRT上显示各种参数、画面以及用户自定义；
4、各种制表打印、曲线打印以及 CRT的屏幕拷贝；
5、可在线变量计算、控制方式切换，可实现 DDC控制、逻辑控制和设定值指导控制等；
6、进行生产效率、能源消耗、设备寿命、成本核算,…… 等综合计算，实现生产过程管理；
7、具有磁盘操作、数据库组织、显示格式编辑、程序诊断处理等在线辅助功能。
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OIS主要由,
高档微处理器 (CPU)、
信息存储设备 (RAM,ROM,硬磁盘,软磁盘,光盘等 )、
CRT显示器,报警器,
记录设备 (打印机,拷贝机 )、
操作键盘,鼠标或轨迹球,
通讯接口以及固定这些设备的台架 （ 操作台 ） 等构成 。
基本结构 如图 3— 9所示：
ROM
语音报警装置鼠标、
轨迹球键盘CRT打印机拷贝机通讯接口光盘软磁盘硬磁盘CPURAM
内 部 总 线
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操作员接口站实际上是一个融当代先进的计算机技术,CRT图形显示技术、内部通讯技术为一体的、适应过程控制需要的专用计算机子系统。
操作台由金属的骨架和板材制作,既是固定和保护计算机和各种外设的设施,又是运行操作人员经常性工作的台面 。 操作台的设计应满足：
（二）操作台
1、设备固定和保护的要求；
2、高度和倾斜尺寸适合于操作人员长期工作的要求；
3、外观美观大方,保持优雅工作环境的要求。
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操作台的典型型式
1,桌式操作台
(如 WDPF-Ⅱ 系统的操作台 )
操作台呈桌子式样,
桌台面上放臵 CRT显示器、操作键盘、
鼠标等,而微处理机系统及其电源系统臵于桌面下方机柜内。
鼠标或轨迹球彩色 CRT
操作键盘机柜
WDPF— Ⅱ 系统操作台
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彩色
CRT
操作键盘机柜报警显示盘软驱与键盘接口鼠标或轨迹球操作台将 CRT显示器,微处理机系统及其电源系统等集成一体,
2,集成式操作台
(如 INFI-90系统的操作台 )
INFI— 90系统操作台
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目前,300MW火电机组的分散控制系统中,操作员接口站一般采用了 5～ 7个左右操作台,集中布臵在控制室的操作员工作区域内 。
除上述型式的操作台外,实际应用中也不乏其它型式的操作台,如具有两个 CRT的双屏操作台等。
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一般,操作员接口站随着计算机技术的发展大都使用当代先进的微处理器,其位数,主频,内存容量,外存设备皆在不断升级 。
（三）微处理器系统操作员接口站常采用多处理器结构形式。如：
MAX-1000系统采用了图形处理器、应用处理器和实时处理器；
I/A的 WP30操作员站采用了主处理器、数字处理器和图形处理器；
HIACS-3000系统采用了专用的浮点协处理器和图形协处理器。
用以实现功能的进一步分散和保证信息处理速度达到规定的要求 。
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（ 四 ） 显示处理设备包括,CRT显示器,液晶显示器,背投显示器,大屏幕墙挂显示器等 。 显示器的尺寸,颜色,
分辨率在不断提高 。
图形显示的几种实现方式：
（ 1）采用普通图形控制卡
（ 2）采用智能图形控制卡
（ 3）采用智能图形终端
1,键盘 。 多采用表面覆盖聚酯,有防水防尘能力,有明确图案或字符标志的工程化,触摸式,
平面薄膜键盘 。 该键盘无机械触点,可靠性高,
至少可正常工作 100万次 。
（五）输入设备
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INFI-90系统的操作员键盘如图 3-15所示：
A
A B C D H I
N
MLKJGFE
S XV YW ZRP Q TO U
PAN Zo
TB
SSSAS
FoMA
Ca
Ra
Cm
OUT
SET
TAB
AA
PA
SiCaSC G/GNPRe
OPDiPPMaBa
DeTuMMCLMGFM
HeDS$4
A
13
A
14
A
15
A
16
A
5
A
6
A
7
A
8
A
9
A
10
A
11
A
12
A
4
A
3
A
2
A
1
ESCClEn
>
-
<
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0
(
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+
#
3
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2
!
1
/
:
9
&
7
'
*
"
6
%
5;
8
SpSL
Sh
Ho
Cu
报警确认 消音功能区字母区显示区控制区数字区光标区
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是安装在 CRT屏幕表面上的一个细网络状敏感区 (敏感区一般采用透明接触线,红外线发射
/接收器,薄膜导体或电容敏感元件 ),它与相应的外围电路 (触摸屏控制卡 )配合起来,可以识别运行操作人员的手指接触屏幕的位臵,运行操作人员只要用手指接触该屏幕上的某一区域,就可以达到操作该区域显示内容的目的 。
INFI-90系统的触摸屏如图 3-16所示：
2、触摸屏
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触屏控制卡 1
多总线键盘模件触屏控制卡 2
CRT触摸屏
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3、鼠标或轨迹球是专门用于显示器上的光标移动的设备。尽管在输入键盘上设有光标移动键,但应用鼠标或轨迹球移动光标更为便捷。所以,操作员接口站一般都配备这种输入设备。
简称外存,是主机内存 (ROM,RAM)的补充 。 用以扩大信息存储容量,保证信息存储,永久性,。
（六）外部存储设备任何一种形式的外存大都由三部分组成。如图所示,
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存储控制器 驱动器 存储介质是数据信息的载体,它在存储控制器和驱动器的控制下实现数据信息的加载或卸载 。
是主机 CPU
与驱动器之间的接口，它用来接收和解释 CPU的指令，检测系统状态，向驱动器发出控制读 /写的信号。
是使信息检测传输元件 (如磁头 )
和存储介质运行的驱动机构。用以确定数据信息读或写的物理位置,实现状态检测、
数据读 /写的操作。
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目前,在 DCS中应用的外存主要有,
硬磁盘,其盘径有 14″,8″,5.25″,3.5″
等几类品种；
软磁盘,其盘径有 8″,5.25″,3.5″ 等几类品种；
磁带,宽度约 1/2英寸,长度有 200,600、
1200,2400英尺几种 ；
光盘,?,磁光盘,或,光软盘,MOD
一个 3.5″ 的 MOD盘的存储容量可达 100MB。
相变光盘 PCD
存储容量在 600MB左右。
存储容量达 650MB
只读光盘存储器 CD-ROM
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（七）打印 /拷贝输出设备黑白打印机 —— 生产记录和报警记录采用，
彩色打印机 —— CRT画面打印则采用。
打印机：
CRT画面的记录、
彩色视频拷贝机：
制作 CRT显示内容的幻灯片
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是操作员接口与现场控制单元或网络上的其它工作单元进行信息交流,从而获取系统控制过程和设备状态的实时数据,并对生产过程进行控制操作的必备专用电子模件 。
INFI-90系统操作员接口站的通讯接口如图
3-18所示：
（八）通讯接口
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环路模件
（ IIMLM01）
通讯环路模件
（ IIMCL01）
通讯处理模件
（ IIMCP01）
（或 IIMCP02）
网络操作员接口站
(OIS)
(1) 为核心模件 。
接受 OIS 发出的
,请求发送数据,
或,请求接收数据,
的命令,处理和传输有关数据 。 该模件包含一个数据传送的库,以便与 OIS
和网络上的其它工作单元进行通讯 。
(2) 是一个通讯组态模件 。 模件上设有组态开关,通过这些组态开关的位臵
(断 /通 ),确定 OIS在网络上的节点号,
网络编号,网络类型,测试运行方式等,以保证通讯处理模件与环形网络正确通讯 。
(3) 是一个端子单元,
是 OIS与网络通讯的物理接口 。
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二,工程师工作站 （ EWS）
为方便 DCS运行工程师工作而提供的一种专用设备。是一个硬件和软件一体化的人机接口，专门用于系统设计、开发、组态、调试、
维护和监视。
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（一） EWS的基本功能
1,系统组态,确定硬件组态、连接关系、控制逻辑和控制算法等。
实现对操作员接口进行组态。
4、文件编制,支持表格数据和图形数据两种格式的文件系统；支持工程设计文件建立和修改；
支持文件编制的硬件设备 （ 例如打印机 ）,可以输出所感兴趣的文档资料 。
5、故障诊断,自动识别 DCS中任何一个设备的故障；确定故障的类型和故障的严重性；快速处理查错信息 。
2,OIS组态：
3,在线监控,具有 OIS的全部在线监控功能 。
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（二） EWS的基本构成一般说来,EWS有两种基本型式：
1,EWS与 OIS合为一个整体。
例如,WDPF系统采用。
2,EWS相对独立。
例如,HIACS— 3000,INFI— 90等系统采用。
无论何种型式的 EWS,其硬件配臵大同小异,基本结构如图 3— 19所示 。
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ROM
CPU
RAM
总线绘图仪打印机
CRT 彩色显示 器工程师 键盘鼠标软盘 驱动器硬盘及驱动器显示卡协处理器通讯接口
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三、功能仪表除上述的 OIS和 EWS外,DCS还具有实现某些特定功能的人机接口设备 。 这类设备有两种典型的结构型式：
A,安装在控制盘台 (或机架 )上的模件式装臵,
B,手持的便携式装臵 。
这是为方便现场组态、参数调整、专项监视和实现手动直接控制等而设臵的 功能仪表 。
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（ 一 ） 组态调整装置不同的 DCS,组态调整装臵所采用地结构型式也有别,或是便携式或是模件式,如图 3— 20所示 。
是 DCS工程设计和维护的一种终端设备，是对
DCS进行控制策略更改、控制回路组态、控制参数调整和系统故障诊断的就地工具，是以微处理器为核心的低层工程师接口。
组态调整装臵一般由微处理器、存储器、显示器及其接口、键盘及其接口、通讯接口、外设接口等组成。
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4 C
U 5.7
1 1 8
1 2 3
4 5 6
7 8 9
0C,
U
S E
R E+
[ ]
ENTE
OFF
TUNE
ADD
7
-
321
654
98
0,
EXECCONFON
F4F3F2F1
MONISEDDADDRCLEA
Baliey Controls
NEXTS.F.
DELE
MODI
PREV
显示屏
4行，每行
16个字符簘
4个功能键
（ F1— F4）
专用性能方式按键
（ 1）模件式 （ 2）便携式
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(二 )模拟量控制站常规控制系统中，设臵有许多模拟量控制的自动 /手动切换操作器，当自动控制设备出现故障时可通过这些操作器手动控制生产过程。而在 DCS中，
这一功能由模拟量控制站来实现。作为系统的后备控制手段。
图 3— 21示出了一种典型的模拟量控制站结构 。
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AUTO
VAR
SEL
TAG
MAN
CMPTR ALARMACK
100
90
40
80
70
60
50
30
20
10
0
100
90
40
80
70
60
50
30
20
10
0
90
100
70
60
50
20
40
30
0
10
80
VAR
SET
OUT
DEV
TR1
SET
CAS
RAT
AUT
TR2
OUT
M A
字母数字显示窗口固定螺栓给定值过程变量控制输出指示器手动超驰开关模拟量控制站实际上是一个模件式装臵，通常安装在火电厂控制室的操作台或立盘上，它与外部的所有联系均通过其尾部连接器实现 。
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（ 1） 对模拟量控制站的运行方式进行选择 。
（ 2） 对模拟量控制回路进行自动 /手动方式无扰切换,给定值设臵和远方手动控制 。
（ 3） 对模拟量过程变量,给定值,控制输出以及模拟量控制站运行方式等进行监视 。
（ 4） 对模拟量参数超限,通讯故障等进行报警 。
模拟量控制站的主要功能：
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是一个开关量操作站,是可以对逻辑系统进行操作的带按钮和指示器的逻辑控制器 。 它是由一块面板和一块与面板相连的印刷电路板组成的盘装仪表 。
（三）数字逻辑站图 3— 22示出了数字逻辑站的一种典型结构。
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故障指示状态灯 按键 1 B1
A8
A7
A6
A5
A4
A3
A2
A1
B8
B7
B6
B5
B4
B3
B2
按键 2
按键 3
按键 4 按键 8
按键 7
按键 6
按键 5 ① 控制开关量系统的启停 （ 如控制单个油喷燃器 ） ；
② 作为顺序控制系统的输入指令或确认信号；
③ 作为系统中重要开关量的手动后备操作工具 。
前面板上有：
1个本站故障指示灯、
8个操作按钮开关、
16个输出状态 LED指示灯。
数字逻辑站的主要作用：
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（四）数字指示站是一个模件式盘装仪表，它只能显示确定的接入信息，但不能干预生产过程，其作用相当于常规控制系统中的显示仪表 。
在 DCS中，数字指示站用来监视一些与闭环控制回路无关的过程变量、进行报警显示和故障显示。
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典型数字指示站的结构如图 3— 23所示 。
数字显示屏按键 2
通道标签高限报警 10090
40
80
70
60
50
30
20
10
0
100
90
40
80
70
60
50
30
20
10
0
100
90
40
80
70
60
50
30
20
10
0
通道指示按键 1
通讯中断指示灯低限报警指示器
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第三节 系统通讯设备数据通讯是将生产过程的检测,监视,控制,
操作,管理等各种功能有机地组成一个完整实体的必要纽带 。
在 DCS中,数据通讯必须满足过程控制的可靠性,实时性和适用性的基本要求,所有这些皆是借助于通讯设备实现的 。
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一,通讯接口
DCS各节点 （ 现场控制单元,OIS,EWS、
计算机 …… 等 ） 之间的连接与联系,主要是依靠通讯接口通过本系统网络来实现的 。 通过通讯接口各节点可以从 （ 向 ） 网络获取 （ 发送 ）
信息,实现与网络的信息交换 。
通讯接口是各种 DCS必备的基本硬件，只是因系统而异通讯接口的品种和实现方法有所不同，
但满足系统中各种类型节点连接网络的要求、达到互通信息的目的是一致的。
下面以 INFI— 90系统为例予以说明：
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网络通讯子模件、
计算机通讯传输模件、
现场控制单元的网络处理模件、
网络 — 网络间的本地接口模件、
网络 — 网络间的远程接口模件。
INFI— 90系统提供了：
其中，网络通讯子模件是核心模件，它与以上其它模件有机地组合，可形成满足不同通讯需要的通讯接口单元。例如：
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它是由一个网络通讯子模件和一个网络处理模件所组成的通讯接口单元实现的,使现场控制单元的各种主模件可与网络进行信息交换,完成其控制策略 。 如图所示 。
节点节点
INFI-NET
通讯接口单元现场控制单元网络通讯子模件网络处理模件
1、现场控制单元与网络的通讯
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μμ
μμ
μμμμ
RS-232C
IEEE488
μè
Mac II
á oú
INFI-NET
í¨ó?ù μ¤?a
á oú
í¨ ′?
êa?￡?t
í? á? í¨
3ó?￡?t
它是由一个网络通讯子模件和一个计算机的通讯传输模件所组成的通讯接口单元实现的,可使系统的主计算机以及网络以外的 PC机,可编程序控制器 （ PCL） 等与网络进行信息交换 。 如图所示 。
2,计算机与 INFI— 90网络的通讯。
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它是由两个网络通讯子模件和一个网络 — 网络间的本地接口模件所组成的通讯接口单元实现的 。 可使两个距离较近的 INFI— 90网络进行信息交换 。 如图所示 。
INFI-NET INFI-NET
本地传输模件通讯接口单元点节点节点节点节网络通讯子模件网络通讯子模件
3,本地网络之间的通讯。
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它是由两个网络通讯子模件和两个网络 — 网络间的远程接口模件所组成的通讯接口单元实现的,
使两个距离较远的 INFI— 90网络进行信息交换 。 如图所示 。
节点节点
INFI-NET
节点节点
INFI-NET
通讯接口单元 通讯接口单元远程传输模件远程传输模件网络通讯子模件网络通讯子模件
4,远程网络之间的通讯。
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新一代 DCS正朝着开放式系统发展。开放式系统的主要特性是它在通讯技术上采用开放式结构,提供了专用的通讯接口,使之可与早期的、已在应用的、其它公司的、不同系列的 DCS产品或各种控制设备进行通讯。
开放式结构能将多种控制设备集成为一体化的控制系统和形成统一的管理数据库，为实现全厂控制、管理的综合自动化和有效的目标管理奠定了物质基础。
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二,通讯介质通讯介质是连接系统各个站点的物理信号通道。 DCS对通讯介质有着较高的要求，即通讯介质的频带宽，信号传输的时间延迟小，能满足高速传输的需要，能避免信息在传输过程中因共模和串模干扰所引起的信号混叠或丢失等等。
在 DCS中,数据通讯普遍采用的通讯介质有以下几种：
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（一）双绞线铜导线绝缘层屏蔽护套绝缘护套适应于低速传输场合,
最大带宽约 100kHz— 1MHz，
传输速率一般小于 2Mbps。
模拟信号传输时每 5— 6km要有一个放大器，
数字信号传输时每 2— 3km需要一个转发器。
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（二）同轴电缆内导体中间绝缘体外屏蔽导体外绝缘层宽带同轴电缆既可用于模拟传输 （ 如视频信号传输 ）,也可用于数字传输,当用于数字传输时,
其传输速率可达 50Mbps。
同轴电缆大致可分两类：
1、基带同轴电缆 （如 50Ω 同轴电缆）
专门用于数字传输，传输速率可达 10Mbps。
2、宽带同轴电缆 （如 75Ω 同轴电缆）
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（三）光缆内芯覆层 合成钎维层绝缘层光缆中的信息是以光的形式传输的,它对电磁干扰几乎毫无反应 。 光缆的数据传输速率 高达几百 Mbps,在不用转发器的情况下,光缆可在几公里范围内传输信息 。
主要缺点是分支、连接比较困难和复杂，需采用专用的光缆连接器。
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三种通讯介质的特点：
介质项目 双绞线 同轴电缆 光缆传输介质价格 较低 较高 较高连接件价格 低 较低 高标准化程度 高 较高 低连接 简单 需专用连接器 需复杂连接器和工艺敷设 简单 稍复杂 简单抗干扰能力 较好 很好 特别好环境的适应性 较好 较好 特别好适用的网络 环形网 总线型或环形网 目前多用于环形网
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第四节 300MW火电机组 DCS的硬件配置实例一、被控对象概况
（一）锅炉及其辅助设备锅炉为引进美国 GE公司技术制造的亚临界、一次中间再热、自然循环、单炉膛、煤粉燃烧锅炉。
锅炉的最大连续负荷额定参数（ B-MCR） 为：
主蒸汽流量,1025.7 t/h
主蒸汽压力,18.3 Mpa
主蒸汽温度,541 ℃
再热蒸汽流量,834.8 t/h
再热器进 /出口压力,3.83/3.62 Mpa
再热器进 /出口温度,322/541 ℃
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锅炉的燃烧方式为：
摆动式喷燃器，四角布置，切圆燃烧。
主蒸汽采用二级喷水方式调温,
再热蒸汽采用烟气挡板 +事故喷水调温。
燃料燃烧系统：
三层点火器、三层油燃烧器、四层煤粉燃烧器。
锅炉的主要辅助设备如表 3— 8所示。
蒸汽调节方式为：
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表 3— 8 锅炉主要辅助设备设备名称 数量（台） 容量（ B-MCR） 其它说明送风机 2 50% 定速、电机驱动、轴流式、可调叶片引风机 2 50% 定速、电机驱动、轴流式、可调叶片一次风机 2 50% 定速、电机驱动、离心式给煤机 4
磨煤机 4 钢球磨煤机排粉机 4
给粉机 16
空气预热器 2 50% 三分仓、回转式除尘器 2 四电场电气除尘器汽动给水泵 2 50%
电动给水泵 1 50% 带可调速的液力耦合装置
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汽轮机的最大连续负荷参数（ T-MCR） 为：
（二）汽轮机及其辅助设备汽轮机为引进美国西屋电气公司技术制造的亚临界、一次中间再热、单轴、双缸、双排汽、凝汽式汽轮机。
额定功率,300 MW
最大功率,326 MW
主汽门前蒸汽压力,16.7 Mpa
主汽门前蒸汽温度,538 ℃
再热蒸汽温度,538 ℃
额定转速,3000 r/min
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三台高加、四台低加、一台除氧器。
主要辅助设备包括：
汽轮机旁路系统,容量为：锅炉最大连续负荷的 40%
回热系统：
定子绕组采用水内冷,
转子绕组采用氢内冷,
铁芯极其它构件均为氢表面冷却 。
（三）发电机发电机为引进美国西屋电气公司技术制造。
发电机的主要参数为：
额定功率,300 MW
最大功率,330 MW
额定转速,3000 r/min
冷却方式为：
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二,机组仪表和控制系统的基本要求
（一）运行方式要求
1,能带基本负荷运行；
2,在负荷需要和周波变化时，可调整基本负荷；
3,能带周期循环负荷运行。（即：白天带满负荷或按要求负荷运行，夜间减负荷或带最小燃煤负荷）；
4,能滑压运行和定压运行。
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1,采用直接进口的 DCS实现四个功能系统,即：数据采集系统 （ DAS）,模拟量控制系统 （ MCS）,顺序控制系统 （ SCS） 和燃烧器管理系统 （ BMS） 。
2,采用上海新华电站控制工程有限公司制造 （ 引进西屋公司技术 ） 的数字电液控制系统 （ DEH）,实现汽轮机的速度和负荷控制,应力计算与控制,阀门管理,超速保护,阀门试验和自动汽轮机控制 （ ATC） 。
（二）控制设备要求根据我国的实际国情,300MW机组的控制设备绝大多数按如下要求选择：
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3,采用汽轮机厂商成套提供的电液控制系统 （ MEH）,
实现锅炉给水泵的小汽轮机控制 。
4,采用瑞士苏尔寿公司提供的旁路控制系统 （ BPCS）
控制汽轮机的旁路系统 。
5,采用必要的常规仪表和硬手操设备,确保在 DCS或
CRT系统故障不能投运时机组安全停机 。
（三）系统布置要求仪表和控制系统在布臵上的基本要求为：
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1,锅炉、汽轮机、发电机和有关的辅助系统采用集中控制方式，可在主控制室内控制整个机组的运行；
2,机组的控制台和控制立盘分开布置,DCS的操作员接口站、手动 /自动操作站,DEH系统的嵌入盘等，布置在机组控制盘台上。
1,在不同的运行方式中,顺序控制可实现机组的启,
停和运行 。
2,机组的启,停,正常运行以及非常运行情况的处理,
只需少量运行人员在控制室内干预和协助就能实现 。
3,机组的所有自动控制,集中监视,远方手动操作,
均能在控制室内满足各种运行方式的所有需求 。
（四）运行控制要求
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三,DCS的应用与配置针对上述被控对象和控制要求，许多厂家的分散控制系统都有应用。
此处着重介绍我国火电厂普遍应用的：
WDPF— Ⅱ 系统、
INFI— 90系统
HIACS— 3000系统在实现,DAS（ 数据采集系统）、
MCS（ 模拟量控制系统）、
SCS（ 顺序控制系统）、
BMS（ 燃烧器管理系统）
等四个功能系统时的硬件基本配臵。
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打印机 打印机 打印机 打印机 打印机打印机彩 色 拷 贝 机历史 /记录站 计 算 服 务 站工程师工作站操作员接口站操作员接口站操作员接口站操作员接口站操作员接口站
（双 CRT）
信息高速公路（以太网）
分布式处理单元
....
..
3个分布式处理单元模拟量控制系统分布式处理单元
....
..
4个分布式处理单元分布式处理单元
....
..
4个分布式处理单元分布式处理单元
....
..
3个分布式处理单元燃烧管理系统 顺序控制系统 数据采集系统分布式处理单元扩展柜数据高速公路图 3— 29 WDPF系统硬件配置图
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打印机 打印机 打印机 彩色拷贝机操作员接口站打印站以太网支持站打印机报表 /记录站通讯接口打印机工程师工作站通讯接口
PCU PCU
......
模拟量控制系统
PCU PCU
......
数据采集系统
PCU PCU
......
燃烧管理系统
PCU PCU
......
顺序控制系统通讯接口接 DEH控制系统图 3— 30 INFI— 90 系统硬件配置图
INFI— NET 环网
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计 算 机
CRTCRT
打印机 打印机标准 键盘 专用 键盘专用 键盘计 算 机
CRTCRT
打印机 打印机标准 键盘 专用 键盘专用 键盘计 算 机
CRT彩色打印机标准 键盘专用 键盘工程师工作站
CRT
打印机标准 键盘磨煤机系统燃料系统单元主控通风系统给水系统汽温系统辅机系统
1
辅机系统
2
F
S
S
系统
B
C
S
系统
1
B
C
S
系统
2
I/O
站
1
I/O
站
2
I/O
站
3
接口站系 统控制站 系 统控制站 系 统控制站机群控制器
..
.
RS232
现场控制单元
CV网络 CV网络 CV网络环型 μ -∑ 网络图 3— 31 HIACS--3000 系统硬件配置图
