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DCS一体化改造实践(一)
3号机组ETS系统的DCS一体化改造
3号机组ETS系统的DCS一体化改造
发表时间:2003-11-26
作者：广州珠江电厂
摘要： 广州珠江电厂装机容量为4X300MW，三大主机均为哈尔滨动力集团制造。3号机组DCS改造前的ETS电控装置是国产的300MW汽轮机危急遮断装置，其系统构成比较复杂。随着系统投运时间的增加，一些易损件如中间继电器、水银湿簧继电器、板卡等的故障率也随之上升，给机组的安全运行带来隐患，同时也影响了机组的经济性能。
珠江电厂3号机组于2002年1月至4月进行了DCS一体化改造，在此次改造中，将ETS也纳入了DCS一体化改造范围之内。本文对珠江电厂3号机组ETS系统改造前后的情况作一介绍。
一、3号机组危急遮断保安系统
珠江电厂3号机组ETS系统现场设备主要包括1个装设4个自动停机遮断电磁阀和状态压力开关的危急遮断控制块，3个装设信号开关和试验电磁的试验遮断块，2个ETS专用的转子转速传感器。
危急遮断控制块上4个自动停机遮断电磁阀两两并联后再串联，形成双通道布置。1个通道中的任何1只电磁阀打开都将使该通道遮断，但只有双通道都遮断时才会使汽轮机跳闸，具有较高的可靠性。
润滑油压、EH油压、凝汽器真空试验遮断块上各安装4台信号开关，也按双通道形式布置。在正常运行情况下，单通道中若有1信号开关触点断开时，通过电控装置使此通道的2个遮断电磁阀都失电，使单通道遮断。
试验电磁阀也按双通道布置，用于进行遮断功能在线试验时，将所试验通道的介质压力或真空降到遮断停机值，使通道上的信号开关发出遮断保护信号。 改造后，ETS系统电控部分只设1个电控机柜，现场设备未变动。电控机柜内设备的具体布置如图1。
汽轮机的危急遮断保护功能主要由2个站的LPC卡实现，1号和2号I／O站的冗余LPC卡分别控制1、2通道各2个遮断电磁阀。
二、电控系统各设备功能及特性
分布式处理单元DPU是XDPS的过程控制站，在珠江电厂3号机组ETS系统中，DPU用来实现在线试验功能、机械超速试验时电超速的抑止功能、保护切除功能的外部逻辑，以及ETS系统和设备的状态监视、报警、数据共享功能，除产生操作员站手动停机信号外，不具备其他汽轮机危急遮断保护功能。
BC站控制卡是应用于XDPS产品中的1个功能卡，它承担着管理I／O站各卡件，同时通过BitBus总线完成与上位计算机进行总线通信的任务。BC卡既可用于单通道控制，也可以冗余配置，构成冗余通讯与控制。
逻辑保护卡LPC卡用于实现汽轮机危急遮断保护功能，接受所有汽轮机危急遮断保护的开关量信号，经硬件逻辑判断后，控制4个危急遮断电磁阀。其主要功能特性如下：
LPC卡上所有的抗干扰和逻辑运算全用(可编程)硬布线实现，性能可靠。
LPC卡采用了MCS51系列的CMOS低功耗单片机89C51，用来实现卡上的数据采集和与BC卡(站控制卡)的通讯，能将卡上的输入信号和处理结果以通信的方式向BC卡、DPU及各MMI传送。
设有双可编程逻辑器件CPLD，分别实现总线接口和保护逻辑。可编程逻辑电路选用了美国Xil—
inx生产的复杂可编程器件(CPLD)XC95108，逻辑修改方便可靠。
并行总线接口采用抗静电措施，使带电插拔更为可靠；开关量输入采用48V或24V通用查询电压，抗干扰能力强，开关量输出采用具有光电隔离功能的光继电器(PHOTOMOS)，动作速度快，可靠性高；防误动电路包括上电防误动、输人防误动、输出防误动等几部分组成。
LPC卡具有24路开关量输入、6路开关量输出，其隔离电压可大于1 500V。卡件端子板的扩充继电器输出触点容量为AC220V7A／DC30V4A。
MCP—OPC测速卡是一块智能型的测速卡，用于汽轮机的转速测量，并对测得的实际信号进行预处理，与BC板通讯，送出MCP—OPC卡测量数据给LPC卡和DPU。
DO开关量输出卡用于5号／25号DPU的在线试验电磁阀控制指令、保护切除指令、操作员站手动停机指令、机械超速试验时电超速功能失效及汽轮机复位指令的输出。
输入端子板作为输入的前端，用于系统的连线，信号的整型和转换，并接入各I／O卡件，实现现场信号的采集。输出端子板连于I／O卡件的输出，用于信号的放大、隔离、实现系统控制。
直流电源模块用于供给DPU、I／O卡件、端子板的直流电源。直流电源都是按冗余要求配置。
开关电源箱用于控制柜内各设备的220V工作电源。另有1台装设在26号DPU柜的开关电源箱，专用于给4个遮断电磁阀供110VAC工作电源的开关电源箱。
三、改造后3号机组ETS电控系统所实现的功能及方式
从遮断试验块上1、2通道的各2个信号开
关来的保护信号分别送入1号和2号I／O站的LPC卡，当单通道的任一信号开关接点断开时，都引起单通
道遮断。当2个通道都有信号开关接点断开时，则4个遮断电磁阀都失电打开，汽轮机遮断停机。
上述信号以并接的方式
同时送给2个I／O站的LPC卡，只要这些信号的接点闭合，LPC卡就会控制4个遮断电磁阀同时动作，汽轮机遮断停机。
2个汽轮机测速传感器的频率信号经MCP—OPC端子板同时送给1号站和2号站的MCP—OPC卡，经处理后通过总线将测量信号发送给LPC卡。而DEH也将其所测3路转速信号3选2处理后的转速值同电超速的设定值进行比较，如果高于电超速的设定值，则输出1个开关量信号，同时送人2个I／O站的LPC端子板，LPC卡将MCP—OPC送出的2个超速信号和DEH送来的超速信号进行3选2处理，如果判定汽轮机超速，就控制2个通道的遮断电磁阀失电打开，实现汽轮机停机。
DEH系统所在的1号DPU通过实时网络发出1个机械超速试验信号至ETS系统所在的5号／25号DPU，通过5号／25号DPU的逻辑驱动1号I／O站和2号I／O站DO卡端子板的2个DO继电器接点吸合，这2个DO继电器的输出接点通过硬接线同时送给2个I／O站的I．PC卡，通过LPC预置的控制逻辑，使电超速遮断功能失效。但当汽轮机转速超过一定限值而机械超速保护机构不动作时，5号／25号DPU的控制逻辑自动使上述2个DO继电器释放，接点断开，2个I／O站的LPC卡电超速保护逻辑生效，汽轮机停机。
运行员紧急停机按钮按下时，其常开接点闭合，同时送给2个I／O站的LPC卡，使4个停机电磁阀同时失电打开，实现汽轮机遮断停机。另一方面，为了提高安全性，还将紧急停机按钮的常闭接点串接在4个遮断电磁阀的110VAC工作电源回路中，当紧急停机按钮按下，直接切断遮断电磁阀的工作电源，引起汽轮机遮断停机。
此外，在5号／25号DPU中，设有ETS在线试验控制逻辑，通过DO卡和DO端子板继电器，控制现场3个试验块上的试验电磁阀，实现在线试验功能。另外，珠江电厂现场遮断试验块上的12个遮断保护信号开关使用接点断开方式送出遮断信号，因I．PC端子板接线端子设计的不够合理，造成难以在线维护这些信号开关及相关线路。为此，专门设置了保护切除功能，用以提高在线检修维护设备的安全性。
四、改造后ETS系统的特点
同改造前的ETS系统相比，新ETS系统具有以下特点：
(1)改造后的ETS系统大大简化了系统构成，设备数量减少，设备冗余度高，可靠性高，降低了检修和维护的工作量和工作难度，提高了整个系统的可靠性。
(2)XDPS400系统具有在线的从冗余通信网一直到通道级的自诊断能力，为及时发现并解决控制设备存在的问题提供了强有力的手段。
(3)借助XDPS系统的强大功能，使ETS系统的人机界面达到了全新的水平。可以方便地对整个ETS系统进行直观的状态监视分析，对系统状态和众多过程量设置声光报警。还可以根据实际情况，方便地设置多种附加功能，丰富和完善对ETS系统的检修、维护手段，提高自动化水平。
(4)ETS系统与其他子系统之间为无网关连接，挂接在同一条数据高速公路上，可以方便地与其他系统和工程师站、操作员站进行数据共享。
(5)对控制策略进行优化、修改的工作集中在LPC卡芯片内容和少量硬接线的修改上，相对于以前的系统，现已大大降低了工作的难度和工作量。
(6)不足之处是，LPC卡只有24路开关量输入，对于设计有较多汽机保护信号的机组显得太紧张。另外，板卡上的接线端子设计不够合理，接线不易，维护困难，应设法进行改进。
3号机组ETS系统自2002年4月改造完成投入运行至今，未出现任何故障及不安全情况，工作稳定。实践证明，3号机组ETS的改造是成功的。
G-2003-4
DCS一体化改造实践(二)
一体化教学改革案例
仪表自动化系一体化改革案例
一、一体化师资建设
1.校本教材开发和教师技能培训
为检验和提高教师一体化教学能力，结合仪表自动化专业课程体系和优质核心课程的建设，依照项目化教材的编写规范和要求，以仪表维修工技术应用能力为主线，设计能充分体现职业岗位需要的理论与实践的教学内容，开发了《过程检测与控制仪表》、《自动化仪表识图安装与维护》、《过程控制系统及工程》、《集散控制系统DCS》4门校本教材，在推广使用过程中取得了较好的效果。为提高仪表自动化系教师的专业技能，我们多次举行青年教师培训和技能考核工作，如进行全系教师理论知识考核，青年教师技能比武，专业教师项目技能培训等。
培养一体化教师和提高我系教师的整体业务水平，近几年我系多次利用寒暑假期派老师外出学习先进技术，参加国培、省培项目，累计外派学习教师十余人次，如2006年派张爱辉、于海、张丽、吴建军和雷巧遇老师去杭州浙大中控学习DCS；2011年派徐国传、齐金成老师去杭州和利时公司学习DCS； 2014年派徐国传老师参加职业院校国家级教师培训；派蔡成锐、陈征老师参加2014年和利时DCS国家级顶岗实习培训，其中蔡成锐、陈征老师分别考取了全国工业自动化人才认证DCS中级工程师证书。近年来多次派系部专业课老师到知名企业进行驻厂学习，累计20余次。
2.以老带新
青年教师从学校毕业走上工作岗位，既缺乏教学经验又缺乏基本社会阅历及人际交往能力。他们是教育战线上的新兵，关心和培养新教师，提高他们的各项素质，是学校与系部面临的重大课题。我系采用的方法是“新老结对，以老带新”校本培训模式，充分发挥老教师的优势，用他们丰富的教学经验和人生阅历，帮助带动青年教师早日成长，使他们尽快适应我系专业教学。我系以老带新工作开展顺利，鉴定师徒协议的老师达14人次。充分发扬了老教师的“传、帮、带”的作用。同时新
教师也表现出了“学、问、练”脚踏实地的实干精神。在很大程度上极大的促进了新教师的成长。如2013年仪表自动化系年轻教师于海、徐国传参加全国化工仪表维修工职业技能大赛，分别获得了“全国石油化学工业技术能手”和“全国石油化学工业技能人才”称号，多名青年教师取得了高级工、技师资格证，成为专业骨干教师。
3.专家引领
近几年，学校分别请到了教育部资深专家姜大源教授、张晓梅博士、常州职业技术学院的陈炳和教授、侯文顺教授来校进行项目化教材开发、项目化教学实施过程培训、基于生产过程的课程开发等相关培训，提高了教师队伍的职业能力，促进了仪表自动化教师的一体化教学改革。
4.承办大赛、以赛促训
本专业分别于2002年、2006年、2009年、2011年和2013年连续5次成功承办了河南省总工会石油化学工会主办的“河南省化工仪表维修工职业技能竞赛（决赛）”；2011年有2名教师受邀担任由山东省人力资源和社会保障厅、山东省财政厅、山东团省委、山东省石油化学工业协会共同主办的“2011年山东省化工行业职业技能大赛化工仪表维修工决赛”裁判长和裁判员；2名教师6人次受邀担任由中国石油和化学工业协会、中国化工教育协会主办的“全国石油和化工行业职业院校学生仪表维修工技能大赛”项目裁判长和裁判员，8名教师荣获“全国石油和化工行业职业院校学生仪表维修工技能大赛优秀指导教师”荣誉称号。
承接项目
近年来，仪表自动化系为锻炼教师队伍，探索人才培养模式，加强校企合作，与企业深度合作，主动承接各种与专业相关项目。派老师和学生参与到项目中去，在做中学，学中做，取得了很好的效果。例如：
（1）我系与企业合作改造全国职业院校仪表工大赛的气动薄膜调节阀安装与调校项目的实训设备，改造我系仪表专业实训室的压力、液
位控制系统操作台。
（2）研发了PLC与变频器综合实训装置、流量仪表实训装置、液位仪表实训装置等。
（3）我系专业老师带领14仪表技师班两名同学承接了化工实训室DCS控制室设计、建造项目，顺利通过验收，并得到学校表扬。
（4）2012年由系部专业老师带领11仪表技师班部分同学参与开封空分公司徐州钢铁公司空分项目试车、仪表保运，得到了企业的一致好评。
（5）派遣13仪表技师班两名同学参与济源化工厂DCS控制室仪表安装接线与系统调试项目，得到企业的好评。
（6）12仪表技师班承接我校化工专业实训设备控制台仪表安装，现场装置仪表安装与配线，系统调试等项目，试运行保证无故障率100%，顺利通过验收。
二、一体化教学实施过程和教学环境研究
为了达到一体化教学的效果，我系借鉴了世界上先进的职业教育强国——德国的双元制职业教育模式和人性化的教育理念，在一体化教学环境和一体化教学实施过程中做了大量的工作，现已建立了三个一体化实训室。具体做法是把整个实训室划分成实训区，学习讨论区，资料查阅区，教学区四个区域。每一个项目的教学我们都按照规范的步骤实施：
第一环节，我们要明确实训项目，提出该项目的要求和要完成的任务。向学生下达实训任务书。
第二环节，我们把参加实训的学生按人数分组，各小组拿到任务书以后，开始以小组为单位进行讨论，明确分工，并制定工作计划。
第三环节，在讨论过程中找出该项目实施过程中会遇到的问题和技术难题，然后利用资料查询区的电脑进行相关资料的查阅。
第四环节，一切准备完毕后，学生进入实训区分组实训，在实训过程中我们结合企业规章制度、仪表维修工国家职业标准和6S管理制度从各个方面培养学生的关键能力，提高学生的综合素质。例如学生在进
入实训室前要着工作装，进入实训场地后要将安全放在首位，按照标准和规范进行操作实训设备， 工具、实训器材等物品按照6s标准进行摆放和整理，加强团队合作能力等方面来进行培养。
三、一体化教材开发
仪表自动化系在向着一体化教学模式改革的发展过程中，遇到的一个突出问题是教材内容的适用性问题。为了适应现代职业教育的发展，仪表自动化系集中教师资源，经过大量的调研、研讨、针对职业工作特点和学生个性特征，结合数年的实际教学经验，编写出《过程控制系统》、《集散控制系统》项目化教材以及大量的各种一体化实训项目教程。这些教材与实训项目教程的陆续出现，为后期一体化教学的更好实施，奠定了坚实的基础。
四、数字化资源建设
仪表自动化系在一体化教学改革过程中，除了以上内容外，还注意数字化资源的开发，因为将老师们的优秀经验和成果进行数字化后，可以更为有效的进行传承和发扬广大。仪表自动化系主要做了两件事：
一是建设计算机考试系统。系统收纳了8门主要专业课程6000多道专业试题，满足了标准化测试的需要。
二是建设教学资源库系统。资源库系统目前收集了8门课程、十多位老师的教学优秀课件、教程、教案等，还有各位老师从各处搜集的大量与教学有关的视频、案例资源，同时一些优秀的资源经过老师的再开发，变得更加优秀。教学资源库实现了资源的共享和最大化利用，不但可以让老师利用，也可以作为学生自主学习的资料，大力的促进了一体化教学的开展。目前，这些资源还在不断增加，虽然资源数量庞大，但管理起来却比以前更加简单有序。另外通过数字化资源建设，使得一体化教学改革更加飞速发展，全系工作效率、教学效果明显提高。
五、一体化教改实施
为了使一体化教学改革落到实处，仪表自动化系制定了详细的实施方案。
首先是全系教师观念的更新，通过一体化师资队伍的建设，使得全系教师积极行动起来，克服重重困难，自加压力，不断学习和实践新的教学方法，最终80%的教师都能熟练运用。
其次挑选校企合作班和预备技师班为实验班，实行一体化教学，取得了很好的教学效果。如预备技师班学生被河南煤化集团等知名国企录用后，一年后便成长为企业骨干，担任班组长；多名毕业生参加河南省仪表工大赛获得一、二、三等奖的好成绩。
再次，在一体化教学改革的实施下，涌现出多名优秀的学生，他们获得了全国仪表工大赛的一等奖、二等奖。
六、校企合作
一体化教学改革为校企合作打开门路。具体表现在：
1、共同开发实训装置
仪表自动化系与企业合作共同开发了电动执行器实训装置、压力控制系
统实训装置、液位控制系统实训装置等等。
2、共建实训基地
仪表自动化系与浙江万纳神核、洛阳三隆仪表安装有限公司共建实训基地。
3、承担企业技能比武
近几年分别为河南煤业化工集团中原大化公司、昊化骏化集团有限公司、中国神马集团尼龙66盐有限责任公司、平煤集团开封龙宇化工有限公司等企业提供了职工技能比武方案和裁判服务。
4、承接企业职工培训
为河南煤业化工集团中原大化公司、昊化骏化集团有限公司、河南神马氯碱化工股份有限公司等进行了职工技术培训和职业技能鉴定工作。
DCS一体化改造实践(三)
浅谈脱硫DCS系统与DEH控制系统一体化的改造
浅谈脱硫DCS系统与DEH控制系统一体化的改造
摘要:设计了用于工业控制的DCS 系统,以实现烟气脱硫的自动化控制. 本文介绍了DSC脱硫的系统配置和系统改造,详细说明了DSC与DEH系统控制的实现方法. 实践表明,该系统参数调整简单方便,完全实现了自动控制,并提高了系统的安全性和工作效率.
关键词:ＤＳＣ； 自动控制；脱硫
前言：
该工程DCS控制系统网络建立在客户／服务器模式体系结构通用的以太网上，控制管理网络采用两层结构，星型连接，控制网络双冗余配置；各个分散的控制系统控制层采DP总线方式，便于连接不同的控制智能设备，支持远程IO；各个子系统的系统层采用冗余星形结构，各个子系统的星形相互独立，互不影响。现场控制站中央处理单元DPU采用主频为400MHz的In-tel处理器，带16MB固态盘和128MDRAM，并提供10M以太网双机数据交换端口和双DP通讯收发器，支持ProfiBus－DP主站协议。控制系统软件使用同一个数据库，通过联编自动生成控制站设备程序。上层采用“域”连接技术，定义＃1机组为＃1域，＃2机组为＃2域，公用系统为＃0域，各域共享管理和操作数据，而每个域又是一个功能完整的DCS系统。
１、系统改造原因
原DCS系统由于使用时间长，控制回路复杂，不够人性化，运行操作人员劳动强度大，操作复杂，为此改为新华的DCS系统。通过立盘的电缆查线，就地到电子间的查线，同时绘制图纸，部分DCS系统逻辑的检查与试验，并负责了TSI系统，部分调门的调试以及0米循泵的就地温度测点IDAS的维护等改造安装。
２、原设备系统情况
我厂#5机组DCS系统为西仪横河的CENTUM-XL控制系统，汽轮机控制系统为新华的DEH控制系统。机组协调控制系统CCS控制回路原设计为，由值班员指令或中调指令(ADS)与发电机实际功率经机功率调节器(F1-018)处理后，输出到负荷增减A/D转换单元(F
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