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1、电厂自动控制第一章火电厂DCS控制系统简介彭司华浙江大学电厂热能动力及自动化研究所2021/3/92021/3/91 1本课程目录第一章第一章火电厂火电厂DCS控制系统简介控制系统简介第二章第二章基于基于Matlab的控制系统分析与设计基础的控制系统分析与设计基础第三章第三章热工自动调节系统的分析与整定热工自动调节系统的分析与整定第四章第四章火电厂单元机组控制系统火电厂单元机组控制系统2021/3/92021/3/92 2第一章火电厂DCS控制系统简介1.1DCS1.1DCS系统概论系统概论系统概论系统概论1.1.1DCS1.1.1DCS系统简介系统简介DCSDCS是分散控制系统（是分散控制系
2、统（DistributedControlDistributedControlSystemSystem）的简称，国内一般习惯称为集散控制系）的简称，国内一般习惯称为集散控制系统。它是一个由过程控制级和过程监控级组成的统。它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机（算机（ComputerComputer）、通讯（）、通讯（CommunicationCommunication）、）、显示（显示（CRTCRT）和控制（）和控制（ControlControl）等）等4C4C技术，其基技术，其基本思想是分散控制、集中操作、
3、分级管理、配置本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便。灵活、组态方便。 2021/3/92021/3/93 3DCS的构成方式DCS的构成方式十分灵活，可由专用的管理计算机站、操作员站、工程师站、记录站、现场控制站和数据采集站等组成，也可由通用的服务器、工业控制计算机和可编程控制器构成。2021/3/92021/3/94 4过程控制级处于底层的过程控制级一般由分散的现场控制站、数据采集站等就地实现数据采集和控制，并通过数据通信网络传送到生产监控级计算机。生产监控级对来自过程控制级的数据进行集中操作管理，如各种优化计算、统计报表、故障诊断、显示报警等。2021/3/92021/
4、3/95 5DCS的特点：（1）高可靠性）高可靠性由于DCS将系统控制功能分散在各台计算机上实现，系统结构采用容错设计，因此某一台计算机出现的故障不会导致系统其它功能的失效。此外，由于系统中各台计算机所承担的任务比较单一，可以针对需要实现的功能采用具有特定结构和软件的专用计算机，从而使系统中每台计算机的可靠性也得到提高。2021/3/92021/3/96 6DCS的特点：（2）开放性）开放性DCS采用开放式、标准化、模块化和系列化设计，系统中各台计算机采用局域网方式通信，实现信息传输，当需要改变或扩充系统功能时，可将新增计算机方便地连入系统通信网络或从网络中卸下，几乎不影响系统其他计算机的工作
5、。2021/3/92021/3/97 7DCS的特点：（3）灵活性）灵活性通过组态软件根据不同的流程应用对象进行软硬件组态，即确定测量与控制信号及相互间连接关系、从控制算法库选择适用的控制规律以及从图形库调用基本图形组成所需的各种监控和报警画面，从而方便地构成所需的控制系统。2021/3/92021/3/98 8DCS的特点：（4）易于维护）易于维护功能单一的小型或微型专用计算机，具有维护简单、方便的特点，当某一局部或某个计算机出现故障时，可以在不影响整个系统运行的情况下在线更换，迅速排除故障。2021/3/92021/3/99 9DCS的特点：（5）协调性）协调性各工作站之间通过通信网络传送
6、各种数据，整个系统信息共享，协调工作，以完成控制系统的总体功能和优化处理。2021/3/92021/3/91010DCS的特点：（6）控制功能齐全）控制功能齐全控制算法丰富，集连续控制、顺序控制和批处理控制于一体，可实现串级、前馈、解耦、自适应和预测控制等先进控制，并可方便地加入所需的特殊控制算法。2021/3/92021/3/911118家国外公司垄断电厂家国外公司垄断电厂DCS过去，国内大型发电机组分散控制系统（DCS）一直是从国外进口，被原能源部、电力部热工自动化领导小组指定的八家国外公司产品所垄断。2021/3/92021/3/91212限定的8家DCSABBINFI90ABBINFI
7、90ContronicContronicProcontrolProcontrol 西屋西屋西屋西屋OvationOvation 西门子西门子西门子西门子TelepermTeleperm 福克斯波罗福克斯波罗福克斯波罗福克斯波罗I/AI/A 日立日立日立日立HIACSHIACSMCSMAXMCSMAX 2021/3/92021/3/913132002年6月8家限制废止关于撤销原关于撤销原“ “部热工自动化领导小组部热工自动化领导小组” ”通知通知各有关单位：各有关单位：19921992年年19941994年期间，原能源部、电力部热工自动化领年期间，原能源部、电力部热工自动化领导小组根据热工技术的
8、发展趋势对微机分散控制系统（简导小组根据热工技术的发展趋势对微机分散控制系统（简称称DCSDCS）在火电大机组上应用的问题提出了指导性意见，）在火电大机组上应用的问题提出了指导性意见，根据根据DCSDCS产品的先进性及其在火电厂的应用业绩、工程经产品的先进性及其在火电厂的应用业绩、工程经验及与国内制造厂家合作等情况，曾先后提出了推荐的验及与国内制造厂家合作等情况，曾先后提出了推荐的DCSDCS产品供工程招标选用。该指导性意见在产品供工程招标选用。该指导性意见在DCSDCS技术引进技术引进初期，对促进其推广应用，规范市场竞争，降低造价，促初期，对促进其推广应用，规范市场竞争，降低造价，促进技术进
9、步，支持国产化等方面发挥了重要的作用。进技术进步，支持国产化等方面发挥了重要的作用。为适应我国加入为适应我国加入WTOWTO后的要求，经公司研究决定撤销后的要求，经公司研究决定撤销原部热工自动化领导小组，原领导小组关于原部热工自动化领导小组，原领导小组关于DCSDCS选型的推选型的推荐意见也同时废止，各发电企业在今后的荐意见也同时废止，各发电企业在今后的DCSDCS招标工作中招标工作中可根据工程的需要通过公平竞争自行选择适用的产品。可根据工程的需要通过公平竞争自行选择适用的产品。国家电力公司办公室国家电力公司办公室20002000年年6 6月月1111日日2021/3/92021/3/9141
10、41.1.2国产三大国产三大DCS系统介绍系统介绍上海新华控制技术（集团）有限公司上海新华控制技术（集团）有限公司北京和利时系统工程股份有限公司北京和利时系统工程股份有限公司浙大中控浙大中控2021/3/92021/3/91515上海新华控制技术（集团）有限公司上海新华控制技术（集团）有限公司新华公司继上世纪80年代末期成功研制汽轮机数字式电液控制系统DEH，结束了我国大型汽轮机自动控制系统DEH完全依赖进口的历史，使新华公司国产DEH在中国市场的占有率超过60%以后，90年代中期，新华集团独立开发出拥有自主知识产权的分散控制系统XDPS-400，并由其控股的新华控制工程有限公司首次用于国内3
11、00MW机组。2021/3/92021/3/91616上海新华控制技术（集团）有限公司上海新华控制技术（集团）有限公司在贵州盘南电厂一期工程4600MW分散控制系统招标中，新华公司DCS系统在与ABB-BAILEY、WESTINGHOUSE、MAX、北京和利时等DCS的激烈竞争中，一举中标2台600MW机组。新华公司国产DCS系统XDPS-400+中标该项目，标志着国产DCS系统首次进入600MW机组。2021/3/92021/3/91717上海新华控制技术（集团）有限公司上海新华控制技术（集团）有限公司继2002年首次在新建300MW机组应用以来，截止2003年10月，已有42套国产DCS系
12、统XDPS-400+在新建300MW机组应用。贵州盘南（响水）电厂此次采用新华公司XDPS-400+系统，打破了国内600MW机组DCS市场被进口DCS一统天下的局面，对实现电站自动控制行业重大装备国产化有着积极的意义。2021/3/92021/3/91818上海新华控制技术（集团）有限公司上海新华控制技术（集团）有限公司XDPS-400+XDPS-400+2021/3/92021/3/91919北京和利时系统工程股份有限公司北京和利时系统工程股份有限公司和利时公司创业于1993年3月，经历了十年的历程。公司由原来电子部六所的一个事业部发展成一个拥有1500多项工程业绩、员工600人、几类成熟
13、先进产品的现代企业。公司注册资本1亿元人民币。2021/3/92021/3/92020北京和利时系统工程股份有限公司北京和利时系统工程股份有限公司和利时公司已培育出工业自动化各行业(核电、火电、热电、化工、石化、水泥、玻璃、制药、造纸等)；轨道交通(城市轻轨、地铁综合自动化监控系统、铁路信号自动化系统)；机电产品(数控电机)；电子政务以及电力线载波等管理系统的专业化设计与实施能力。2021/3/92021/3/92121北京和利时系统工程股份有限公司北京和利时系统工程股份有限公司该公司的主要产品：MACSSCADA大型综合监控系统、MACS大型分散控制系统、HOLLiAS第四代分布式控制系统、
14、HOLLiAS-PLC可编程控制器等产品。2021/3/92021/3/92222北京和利时系统工程股份有限公司北京和利时系统工程股份有限公司HOLLiASHOLLiAS第四代分布式控制系统第四代分布式控制系统2021/3/92021/3/92323浙大中控浙大中控浙大中控以工业自动化国家工程研究中心、工业自动化国家重点实验室和浙江大学先进控制研究所为依托，自93年成立以来，目前总资产8000多万元，净资产5000多万元，拥有员工400多人，其中具有高级职称或硕士以上学历的占到了总人数的40%。2021/3/92021/3/92424浙大中控浙大中控开发出一系列具备国际先进水平的工业自动化新技
15、术、新产品并成功实现了产业化，铸就了“SUPCON”与“浙大中控”这两个国内工控界的著名品牌。2021/3/92021/3/92525浙大中控浙大中控浙大中控于93年在国内率先推出了双机热冗余的SUPCONJX-100DCS，填补了国内空白。之后又相继推出了JX-200、JX-300、JX-300X系列DCS。2021/3/92021/3/92626浙大中控浙大中控在此基础上，又融合了最新的现场总线技术、嵌入式软件技术、先进控制技术、网络技术等，推出了新一代基于网络技术的控制系统WebField，使工业自动化系统真正实现了网络化、智能化、数字化。2021/3/92021/3/92727浙大中控
16、浙大中控目前浙大中控的系统已大量应用于石化集团、福建炼化、广石化、吉化公司等全国29个省市共600多套，国内市场占有率已达20%以上，在国产系统中市场占有率高达50%以上，居同行业首位。2021/3/92021/3/928281.2西门子西门子DCS控制系统简介控制系统简介1.2.1西门子西门子TELEPERMXPDCS控制系统控制系统2021/3/92021/3/92929TELEPERM-XP系统概貌系统概貌系统采用电厂总线、终端总线两级总线结构，系统采用电厂总线、终端总线两级总线结构，系统采用电厂总线、终端总线两级总线结构，系统采用电厂总线、终端总线两级总线结构，通信介质为光纤。分为通信
17、介质为光纤。分为通信介质为光纤。分为通信介质为光纤。分为3 3个信息级：个信息级：个信息级：个信息级：(1)(1)自动控制级自动控制级自动控制级自动控制级，自动控制单元，自动控制单元，自动控制单元，自动控制单元AS620AS620挂于电厂总挂于电厂总挂于电厂总挂于电厂总线工业以太网上，用以实现过程任务的控制；线工业以太网上，用以实现过程任务的控制；线工业以太网上，用以实现过程任务的控制；线工业以太网上，用以实现过程任务的控制；(2)(2)过程级过程级过程级过程级，包括组控制和单独控制，包括组控制和单独控制，包括组控制和单独控制，包括组控制和单独控制, ,信息处理单信息处理单信息处理单信息处理单
18、元元元元(PU)(PU)和信息服务单元（和信息服务单元（和信息服务单元（和信息服务单元（SUSU）位于电厂总线与终）位于电厂总线与终）位于电厂总线与终）位于电厂总线与终端总线之间，用以处理、协调和储存来自底层的端总线之间，用以处理、协调和储存来自底层的端总线之间，用以处理、协调和储存来自底层的端总线之间，用以处理、协调和储存来自底层的自动控制级及上层操作员级的信息；自动控制级及上层操作员级的信息；自动控制级及上层操作员级的信息；自动控制级及上层操作员级的信息；(3)(3)操作监视级操作监视级操作监视级操作监视级：操作员终端：操作员终端：操作员终端：操作员终端(OT)(OT)以及厂级信息系以及厂
19、级信息系以及厂级信息系以及厂级信息系统接口与终端总线相连。两级总线网通过星型耦统接口与终端总线相连。两级总线网通过星型耦统接口与终端总线相连。两级总线网通过星型耦统接口与终端总线相连。两级总线网通过星型耦合器监视模件中的开断点，实现环形结构。合器监视模件中的开断点，实现环形结构。合器监视模件中的开断点，实现环形结构。合器监视模件中的开断点，实现环形结构。 2021/3/92021/3/930301.2.1西门子西门子TELEPERMXPDCS控制系统控制系统TELEPERMXPTELEPERMXP，是西门子公司专门为电厂开，是西门子公司专门为电厂开，是西门子公司专门为电厂开，是西门子公司专门为
20、电厂开发设计的控制系统。该系统主要由五大部分组成：发设计的控制系统。该系统主要由五大部分组成：发设计的控制系统。该系统主要由五大部分组成：发设计的控制系统。该系统主要由五大部分组成：实现过程自动控制的自动控制系统（实现过程自动控制的自动控制系统（实现过程自动控制的自动控制系统（实现过程自动控制的自动控制系统（AS620AS620） 实现操作和监视的中央过程控制和信息处理系统实现操作和监视的中央过程控制和信息处理系统实现操作和监视的中央过程控制和信息处理系统实现操作和监视的中央过程控制和信息处理系统（OM650OM650） 具有诊断功能的计算机系统（具有诊断功能的计算机系统（具有诊断功能的计算机
21、系统（具有诊断功能的计算机系统（DS670DS670） 实现系统组态和设计的系统（实现系统组态和设计的系统（实现系统组态和设计的系统（实现系统组态和设计的系统（ES680ES680） 还有连接所有还有连接所有还有连接所有还有连接所有ASAS、OMOM、DSDS、ESES的的的的SINECSINEC总线系总线系总线系总线系统（统（统（统（SiemensNetworkCommunicationSiemensNetworkCommunication）-局域局域局域局域网网网网LAN-LAN-以太网以太网以太网以太网2021/3/92021/3/93131标准机柜屏蔽条屏蔽条屏蔽条屏蔽条SAESAE机
22、柜接线单元机柜接线单元机柜接线单元机柜接线单元（按需安装）（按需安装）（按需安装）（按需安装）总线电缆槽总线电缆槽总线电缆槽总线电缆槽机柜灯机柜灯机柜灯机柜灯带自动断路器及抑制带自动断路器及抑制带自动断路器及抑制带自动断路器及抑制二极管的输电模件二极管的输电模件二极管的输电模件二极管的输电模件FUMFUM子机架子机架子机架子机架电源条电源条电源条电源条带有接入端子的二极管带有接入端子的二极管带有接入端子的二极管带有接入端子的二极管盒用于冗余的盒用于冗余的盒用于冗余的盒用于冗余的24VDC24VDC供电供电供电供电双双双双APAP子机架子机架子机架子机架屏蔽接线板屏蔽接线板屏蔽接线板屏蔽接线板过
23、程电缆槽过程电缆槽过程电缆槽过程电缆槽II&CI&C监视分配模件监视分配模件监视分配模件监视分配模件2021/3/92021/3/93232SIMATICNET工业以太网工业以太网AS620自动控制系统自动控制系统OM650操作和管理系统操作和管理系统ES680工程设计系统工程设计系统DS670诊断系统诊断系统CT675调试工具调试工具TXP模块结构，分布型，面向功能模块结构，分布型，面向功能2021/3/92021/3/93333ExternalNetwork处理级处理级成组控制级成组控制级单项控制级单项控制级现场级现场级MOTOTESDSOTSU/PUPROFIBUS-DPMFUM-BFU
24、M-BDP/PAElectric.actuatorsET200PROFIBUS-PAAS-interfaceSIM-TSIM-BSIMOCODEDP/ASiOTOTDTETAPAPTTELEPERMXP系统结构系统结构S5E/AMS5E/AS5-AGMAPAPPROFIBUSXURouterS5-AGAPAP2021/3/92021/3/93434什么是S5，S7？西门子公司的可编程控制器西门子公司的可编程控制器产品序列产品序列2021/3/92021/3/93535可编程序控制器（PLC）可编程序控制器是一种以微处理器为基础可编程序控制器是一种以微处理器为基础的数字控制装置，一般包括以下几个
25、部分：的数字控制装置，一般包括以下几个部分：中央处理器，存贮器及扩展板，中央处理器，存贮器及扩展板，I/O接口，接口，通信接口，扩展接口，编程器。通信接口，扩展接口，编程器。PLC作为一种很有特色和很有发展前途的作为一种很有特色和很有发展前途的控制设备，就目前的应用特点来看，主要控制设备，就目前的应用特点来看，主要用于有用于有大量开关量大量开关量和和少数模拟量少数模拟量的控制系的控制系统中。统中。2021/3/92021/3/93636AS620自动控制系统自动控制系统AS620自动控制系统担负基本的自动化控自动控制系统担负基本的自动化控制任务。它从过程中采集测量值和状态值，制任务。它从过程中
26、采集测量值和状态值，完成完成开环开环和和闭环闭环控制，并把产生的命令送控制，并把产生的命令送往过程。往过程。AS620是是T-XP系统与过程的接口：它将系统与过程的接口：它将OM650过程控制及管理系统所需信息从过过程控制及管理系统所需信息从过程传送到操作及监视级，并把程传送到操作及监视级，并把OM650所发所发出的命令传送给过程。出的命令传送给过程。2021/3/92021/3/93737.FUM-BFUM-BSIMSIM.PROFIBUS-DPAS620B集中或分布的基本型自动系统利用利用利用利用SIMSIM进行信号进行信号进行信号进行信号输入输出输入输出输入输出输入输出所有的部件及所有的
27、部件及所有的部件及所有的部件及FUMFUM可以以冗可以以冗可以以冗可以以冗余方式运行余方式运行余方式运行余方式运行利用利用利用利用FUMFUM进行进行进行进行信号采集，开信号采集，开信号采集，开信号采集，开闭环控制闭环控制闭环控制闭环控制冗余的机柜总线冗余的机柜总线冗余的机柜总线冗余的机柜总线及及及及FUMFUM接口接口接口接口分布式应用分布式应用集中式应用集中式应用集中式应用集中式应用电厂总线机柜总线AP2021/3/92021/3/93838FUM-B-类类FUM-F-类类FUM210最多最多8FUM360最多最多24FUM210最多最多4FUM210最多最多28FUM310最多最多16F
28、UM280最多最多2FUM230最多最多16FUM330最多最多4FUM232最多最多28FUM232最多最多14FUM531最多最多4/4FUM511最多最多16/16AS620BAS620FFUM531最多最多4/4FUM511最多最多16/16FUM-B的功能的功能冗余模件冗余模件驱动控制驱动控制步进闭环控制步进闭环控制开关量信号处理开关量信号处理连续闭环控制连续闭环控制模拟量信号处理（模拟量信号处理（20mA）热电偶热电偶热电阻热电阻模拟量信号耦合模拟量信号耦合I/O开关量信号耦合开关量信号耦合I/O2021/3/92021/3/93939AS620BAS620BTELEPERMXP的
29、结构的结构MMMMM远程远程I/OFUM远程远程I/OET200ET200SIMMET200驱动器驱动器M传感器传感器DP/PADP/ASiMPROFIBUS-DP现场总线现场总线Automation-processorPROFIBUS-DP现场总线现场总线电厂总线电厂总线Automation-processorAutomation-processor接线架TrunccableFUM=功能模件功能模件智能现场设备智能现场设备配电柜子配线盒SIM=信号模件信号模件FUM2021/3/92021/3/94040AS620B非冗余非冗余AP及功能模件的配置及功能模件的配置(FUM-B)IMFUM-B
30、IMFUM-BIMFUM-BIMFUM-B1.41.4机柜总线机柜总线CPUCPIMIM电厂总线电厂总线非冗余非冗余AP架架(SIMATICCPU)机架机架19个插槽个插槽2021/3/92021/3/94141AS620B冗余冗余AP及功能模件的配置及功能模件的配置(FUM-B)IMIMFUM-BIMIMFUM-BIMCPUCPIMCPUCP冗余冗余AP架架(SIMATICCPU）机架机架19个插槽个插槽Max.6FUM-Bracksinterconnected机柜总线机柜总线电厂总线电厂总线2021/3/92021/3/94242AS620B种类很少却可提供各种功能种类很少却可提供各种功能
31、的的FUM模件模件MPID#FUM210FUM232FUM280FUM230驱动控制驱动控制步进控制步进控制状态信号处理状态信号处理传感器信号传感器信号热电偶及热电阻信号热电偶及热电阻信号处理处理连续型闭环控制连续型闭环控制传感器信号传感器信号模拟量信号处理模拟量信号处理2021/3/92021/3/94343AS620B非冗余非冗余AP及信号模件的配置及信号模件的配置(SIM)IMSIMIMSIM1.5CPUCPIMIM.PROFIBUS-DP电厂信号电厂信号现场总线现场总线非冗余非冗余AP架架(SIMATICCPU)分布外设单元分布外设单元ET2002021/3/92021/3/94444
32、AS620B具有具有PROFIBUS接口的现场设备接口的现场设备的分布式控制的分布式控制SensorsDP/PA-LinkPROFIBUS-PASIMO-CODEET 200U / MDP/AS-i LinkAS-iPROFIBUS-DPET 200MSIPOS 5Y-SwitchY-SwitchIMCPUCPIMCPUCPPROFIBUS-DPPROFIBUS-DP带冗余现场总线接口的现场设备带冗余PROFIBUS主站的冗余AP冗余现场设备非冗余现场总线具有现场总线接口的现场设备2021/3/92021/3/94545AS620TAS620TSIM-TSIM-TOMES用于汽轮机的快速闭环控
33、制APAPTSIMADYNSIMADYN处理单元用于快速处理单元用于快速处理单元用于快速处理单元用于快速闭环控制（位置控制：燃汽轮闭环控制（位置控制：燃汽轮闭环控制（位置控制：燃汽轮闭环控制（位置控制：燃汽轮机及蒸汽轮机时为机及蒸汽轮机时为机及蒸汽轮机时为机及蒸汽轮机时为6ms6ms）SIMTSIMT快速信号处理快速信号处理快速信号处理快速信号处理（1ms1ms）闭环控制采取闭环控制采取闭环控制采取闭环控制采取2 2取取取取1 1冗余冗余冗余冗余Plantbus通过通过通过通过APAP与与与与OMOM通讯通讯通讯通讯2021/3/92021/3/94646OM650过程控制和管理系统过程控制和
34、管理系统OM650过程控制和管理系统是功能强大的人机接口，它是对过程进行操作和监视的窗口。2021/3/92021/3/94747OM650提供过程控制及管理的网络配置PUSUPU.OTOTXU-OM1.41.4OT终端总线终端总线外部外部电厂总线电厂总线Router网络网络2021/3/92021/3/94848路由器(Router)l当两个不同类型的网络彼此相连时，必须使用路由当两个不同类型的网络彼此相连时，必须使用路由器。例如器。例如LANALANA是是TokenRingTokenRing，LANBLANB是是EthernetEthernet，这时你就可用路由器将这两个网络连接在一起。，
35、这时你就可用路由器将这两个网络连接在一起。如图所示。如图所示。2021/3/92021/3/94949OM650紧凑型配置用作OM或OM/ES以满足各类需求电厂总线电厂总线CU-OM*mMT-TerminalmMT-Terminal2021/3/92021/3/95050OM650通过现代软件结构实现高度的运行性能及模块化UNIX统一的人机接口统一的人机接口统一的人机接口统一的人机接口全网络的功能分配全网络的功能分配全网络的功能分配全网络的功能分配全网络的数据全网络的数据全网络的数据全网络的数据分配分配分配分配人机接口人机接口人机接口人机接口过程控制过程控制过程控制过程控制过程信息过程信息过程
36、信息过程信息过程管理过程管理过程管理过程管理数据库管理数据库管理数据库管理数据库管理系统系统系统系统图形系统图形系统图形系统图形系统通讯系统通讯系统通讯系统通讯系统2021/3/92021/3/95151OM650过程控制对电厂数据的直接存取电视实况显示电视实况显示报警处理报警处理/故障检测故障检测报表报表报警报警/事件报表事件报表运行报表运行报表状态报表状态报表分层显示结构分层显示结构电厂模拟图电厂模拟图过程显示过程显示曲线曲线棒图棒图动态特性动态特性操作窗、指示窗、细节窗操作窗、指示窗、细节窗动态功能图动态功能图2021/3/92021/3/95252OM650过程信息所有的数据存取于一个
37、系统长期存档长期存档性能计算性能计算锅炉部件寿命监视和应力估算锅炉部件寿命监视和应力估算电厂统计电厂统计事故追忆事故追忆电厂部件维护电厂部件维护/服务服务操作次数及事件记数操作次数及事件记数笔记本笔记本数据输入数据输入/输出，编程接口输出，编程接口环境监视环境监视2021/3/92021/3/95353OM650过程管理优化电厂运行给水加热器：温差比，利用率给水加热器：温差比，利用率给水泵：热力效率给水泵：热力效率/能量平衡能量平衡蒸汽发生器：效率计算蒸汽发生器：效率计算空预器：效率、温差比、利用率、泄漏率空预器：效率、温差比、利用率、泄漏率蒸汽轮机：效率、轴输出功率蒸汽轮机：效率、轴输出功率
38、冷凝器：温差比、利用率、污秽情况冷凝器：温差比、利用率、污秽情况热力函数：蒸汽熵热力函数：蒸汽熵/蒸汽焓，水焓，蒸汽焓，水焓，蒸汽及水量蒸汽及水量日热效率日热效率锅炉部件寿命及寿命耗损锅炉部件寿命及寿命耗损2021/3/92021/3/95454OM650电厂画面屏幕眉标屏幕眉标屏幕眉标屏幕眉标电厂画面标题电厂画面标题电厂画面标题电厂画面标题电厂画面电厂画面电厂画面电厂画面画面选择画面选择画面选择画面选择图符图符图符图符模拟量模拟量模拟量模拟量开关量开关量开关量开关量屏幕底标屏幕底标屏幕底标屏幕底标2021/3/92021/3/95555OM650大屏幕显示单幅显示与操作画面单幅显示与操作画面
39、单幅显示与操作画面单幅显示与操作画面四幅显示与操作画面四幅显示与操作画面四幅显示与操作画面四幅显示与操作画面/ /多屏显示多屏显示多屏显示多屏显示2021/3/92021/3/95656OM650实况显示窗2021/3/92021/3/95757OM650数据存贮短期存档OTPUASPU中全部数据的短期存档中全部数据的短期存档（信号、状态、计算量和报警）（信号、状态、计算量和报警）开关量与模拟量开关量与模拟量所有信号的存贮量约为所有信号的存贮量约为12小时小时每每20秒存入长期存档库一次秒存入长期存档库一次短期存档设计为环状存贮的短期存档设计为环状存贮的RAM结构结构环状存贮器环状存贮器环状存
40、贮器环状存贮器可调整可调整可调整可调整600000600000信号信号信号信号短期存档短期存档短期存档短期存档TerminalbusPlantbus2021/3/92021/3/95858OM650数据存贮长期存档SUOTPUASMOD以与短期存档相同的密度以与短期存档相同的密度长期存档所有的数据长期存档所有的数据长期存档设计为环状存贮长期存档设计为环状存贮的硬盘结构的硬盘结构所有信号的存贮容量约为所有信号的存贮容量约为8天天转存数据至光盘转存数据至光盘直接访问光盘上所有的数据直接访问光盘上所有的数据光盘的存贮容量约为光盘的存贮容量约为24天天长期存档长期存档长期存档长期存档环状存贮器环状存贮
41、器环状存贮器环状存贮器120x10120x106 6 信号信号信号信号可扩充可扩充可扩充可扩充TerminalbusPlantbus2021/3/92021/3/95959OM650与外系统的通讯.OTOTPUPUSUXU-OMASASXU-OM数据输出数据输出/输入输入通过通过SQL访问短期、长期访问短期、长期存档库存档库在公共服务器上进行电厂画面在公共服务器上进行电厂画面和过程画面的仿真和过程画面的仿真外部网络外部网络外部网络外部网络终端总线终端总线终端总线终端总线电厂总线电厂总线电厂总线电厂总线外系统外系统外系统外系统2021/3/92021/3/96060OM650通过通过ISDN与外
42、系统通讯与外系统通讯PUSUPU.终端总线终端总线OTOT1.41.4.ISDN-BrouterISDN-Brouter非TXP产品XU-OM2021/3/92021/3/96161OM650通过通过OPC服务器从办公访问服务器从办公访问PUSUPU.终端总线终端总线 OTOT1.4非TXP产品OPC-服务器服务器rNetzwerk外部外部l2021/3/92021/3/96262什么是OPC？OPCOPC全称是全称是全称是全称是OLEforProcessControlOLEforProcessControl，它的出，它的出，它的出，它的出现为基于现为基于现为基于现为基于WindowsWind
43、ows的应用程序和现场过程控制应的应用程序和现场过程控制应的应用程序和现场过程控制应的应用程序和现场过程控制应用建立了桥梁。用建立了桥梁。用建立了桥梁。用建立了桥梁。在过去，为了存取现场设备的数据信息，每一个在过去，为了存取现场设备的数据信息，每一个在过去，为了存取现场设备的数据信息，每一个在过去，为了存取现场设备的数据信息，每一个应用软件开发商都需要编写专用的接口函数。由应用软件开发商都需要编写专用的接口函数。由应用软件开发商都需要编写专用的接口函数。由应用软件开发商都需要编写专用的接口函数。由于现场设备的种类繁多，且产品的不断升级，往于现场设备的种类繁多，且产品的不断升级，往于现场设备的种
44、类繁多，且产品的不断升级，往于现场设备的种类繁多，且产品的不断升级，往往给用户和软件开发商带来了巨大的工作负担。往给用户和软件开发商带来了巨大的工作负担。往给用户和软件开发商带来了巨大的工作负担。往给用户和软件开发商带来了巨大的工作负担。通常这样也不能满足工作的实际需要，系统集成通常这样也不能满足工作的实际需要，系统集成通常这样也不能满足工作的实际需要，系统集成通常这样也不能满足工作的实际需要，系统集成商和开发商急切需要一种具有高效性、可靠性、商和开发商急切需要一种具有高效性、可靠性、商和开发商急切需要一种具有高效性、可靠性、商和开发商急切需要一种具有高效性、可靠性、开放性、可互操作性的即插即
45、用的设备驱动程序。开放性、可互操作性的即插即用的设备驱动程序。开放性、可互操作性的即插即用的设备驱动程序。开放性、可互操作性的即插即用的设备驱动程序。在这种情况下，在这种情况下，在这种情况下，在这种情况下，OPCOPC标准应运而生。标准应运而生。标准应运而生。标准应运而生。 2021/3/92021/3/96363什么是OPC？OPC标准以微软公司的标准以微软公司的OLE技术为基础，技术为基础，它的制定是通过提供一套标准的它的制定是通过提供一套标准的OLE/COM接口完成的，在接口完成的，在OPC技术中使用的是技术中使用的是OLE2技术，技术，OLE标准允许多台微机之间交换文标准允许多台微机之
46、间交换文档、图形等对象。档、图形等对象。OPC现已成为工业界系统互联的缺省方案，现已成为工业界系统互联的缺省方案，为工业监控编程带来了便利，用户不用为为工业监控编程带来了便利，用户不用为通讯协议的难题而苦恼。通讯协议的难题而苦恼。2021/3/92021/3/96464OM650利用监控终端总线监控多台机组.OT终端总线终端总线OTOTPUPUSU网桥网桥SUASAS. .终端总线终端总线OTOTPUPUSU网桥网桥ASAS.监控终端总线监控终端总线监控终端总线监控终端总线Unit1电厂总线电厂总线Unit2Unitn电厂总线电厂总线2021/3/92021/3/96565什么时候用网桥？l当
47、两种相同类型但又使用当两种相同类型但又使用不同通信协议不同通信协议的网络进的网络进行互连时，就需要使用桥接器，也就是通常所说行互连时，就需要使用桥接器，也就是通常所说的网桥。如图所示。的网桥。如图所示。 网桥对应网桥对应网桥对应网桥对应OSIOSIOSIOSI参考模型的第二层（包括物理层与链路参考模型的第二层（包括物理层与链路参考模型的第二层（包括物理层与链路参考模型的第二层（包括物理层与链路层）。因此网桥只能连接同一类型的网络（如以太网与以层）。因此网桥只能连接同一类型的网络（如以太网与以层）。因此网桥只能连接同一类型的网络（如以太网与以层）。因此网桥只能连接同一类型的网络（如以太网与以太网
48、）。太网）。太网）。太网）。2021/3/92021/3/96666OM650终端总线级多台机组间的通讯.OTOT终结总线终结总线PUSUBridgeASASPU.OTOT终结总线终结总线PUSUASASPU电厂总线电厂总线电厂总线电厂总线Unit1Unit22021/3/92021/3/96767ES680服务于全TELEPERMXP系统的工程系统AS620 &1MTTTTPOM650ES680DS670子机架布置子机架布置机柜布置机柜布置过程操作过程操作过程信息过程信息近程管理近程管理逻辑图逻辑图接线图接线图转接盒布置转接盒布置电厂总线电厂总线拓扑结构图拓扑结构图布置图布置图布置图布置图2
49、021/3/92021/3/96868ES680分阶段工程设计AS620TSIMATICAS620BCU-OM/ESESOM终端总线终端总线PUSUAS620B网关网关DS电厂总线电厂总线大电厂工程采用强大的网络方案大电厂工程采用强大的网络方案紧缩方案紧缩方案ESDS2021/3/92021/3/96969ES6800.00A W FBFBFBFBFBFBFOM650人机接口设计dimension图符库图符库图符库图符库标准图符库标准图符库标准图符库标准图符库通过拖拉方式布置标准通过拖拉方式布置标准通过拖拉方式布置标准通过拖拉方式布置标准图符图符图符图符, ,画面设计方便画面设计方便画面设计方
50、便画面设计方便自动安排操作窗自动安排操作窗自动安排操作窗自动安排操作窗/ /细节细节细节细节窗和标准图符窗和标准图符窗和标准图符窗和标准图符画面设计画面设计画面设计画面设计2021/3/92021/3/97070DS670诊断系统诊断系统DS670诊断系统是提供信息和诊断功能的工具，它能作详细的系统状态评估和系统分析。它显示所有自动化系统的故障报警，包括故障部件的信息。2021/3/92021/3/97171电厂总线：工业以太局域网电厂总线：工业以太局域网SINEC在T-XP系统中，AS620、OM650、ES680、DS670子系统之间的通讯任务由电厂总线SINEC来承担。在T-XP系统中采
51、用的总线是一种符合国际标准的工业以太局域网络。2021/3/92021/3/97272LAN采用工业以太局域网，无通采用工业以太局域网，无通讯限制讯限制 SIMATICS5ASWAN工业以太网工业以太网工业以太网工业以太网CS275ES网关网关DS网关网关网桥网桥CPCPCPCPCPOMCP2021/3/92021/3/97373什么时候用网关？l当连接两个完全不同结构的网络时，必须使用网关。当连接两个完全不同结构的网络时，必须使用网关。例如例如EthernetEthernet网与一大型电脑主机网络（例如网与一大型电脑主机网络（例如IBM IBM SNASNA）相连，必须用网关来完成这项工作。
52、如图所）相连，必须用网关来完成这项工作。如图所示。示。网关工作在网关工作在OSI模型的最高层（应用层），在转模型的最高层（应用层），在转换信息包格式时，必须将各层协议一一转换。换信息包格式时，必须将各层协议一一转换。2021/3/92021/3/97474LAN用作终端总线电厂总线用作终端总线电厂总线CPAPCPASCPPUCPOMAPCPASFO虚拟环虚拟环星型耦合器星型耦合器光纤电缆光纤电缆(FO)星型耦合型星型耦合型星型耦合型星型耦合型2021/3/92021/3/97575LAN全DCS系统的时钟同步CTOTASPUSUOTDSESOT/DTASOT/ETGPS/DCF终端总线终端总线
53、终端总线终端总线电厂总线电厂总线时间发送器时间发送器Trans-mitter时钟接收器时钟接收器每每10秒秒1次次2021/3/92021/3/97676PCS71.2.2西门子新一代过程控制系统西门子新一代过程控制系统2021/3/92021/3/97777PCS7随着工业自动化过程控制理论和计算机随着工业自动化过程控制理论和计算机技术的迅猛发展，以及对工业自动化过程控技术的迅猛发展，以及对工业自动化过程控制系统的可靠性、复杂性、功能的完善性、制系统的可靠性、复杂性、功能的完善性、系统的可维护性、人机界面的友好性、数据系统的可维护性、人机界面的友好性、数据的可分析可管理性等各个方面都提出了愈
54、来的可分析可管理性等各个方面都提出了愈来愈高的要求愈高的要求,同时也为工业自动化过程控制同时也为工业自动化过程控制系统的发展指明了方向。系统的发展指明了方向。2021/3/92021/3/97878PCS7系统之间的横向数据交换日益增加；系统之间的横向数据交换日益增加；系统之间的横向数据交换日益增加；系统之间的横向数据交换日益增加； 系统与管理层和现场仪表级的数据交换日益增加；系统与管理层和现场仪表级的数据交换日益增加；系统与管理层和现场仪表级的数据交换日益增加；系统与管理层和现场仪表级的数据交换日益增加； 现场总线的应用越来越广泛；现场总线的应用越来越广泛；现场总线的应用越来越广泛；现场总线
55、的应用越来越广泛； 厂商的产品日益开放，通过厂商的产品日益开放，通过厂商的产品日益开放，通过厂商的产品日益开放，通过OPCOPC、SQLSQL等技术使得等技术使得等技术使得等技术使得不同系统之间的准确、高速、大量的数据交换得以不同系统之间的准确、高速、大量的数据交换得以不同系统之间的准确、高速、大量的数据交换得以不同系统之间的准确、高速、大量的数据交换得以实现；实现；实现；实现； 全集成，一体化的解决方案。全集成，一体化的解决方案。全集成，一体化的解决方案。全集成，一体化的解决方案。2021/3/92021/3/97979PCS7因此，传统的DCS系统已经不能满足90年代自动化过程控制系统的设
56、计标准和要求，SIMATICPCS7过程控制系统就是在这种形势下开发的新一代过程控制系统。2021/3/92021/3/98080PCS7PCS7是一个全集成的、结构完整、功能完善、面向整个生产过程的过程控制系统。SIMATICPCS7是西门子公司结合最先进的计算机软、硬件技术，在西门子公司S5，S7系列可编程控制器及TELEPERM系列集散系统的基础上，面向所有过程控制应用场合的先进过程控制系统。2021/3/92021/3/98181PCS7SIMATICPCS7采用优秀的上位机软件WinCC作为操作和监控的人机界面，利用开放的现场总线和工业以太网实现现场信息采集和系统通讯，采用S7自动化
57、系统作为现场控制单元实现过程控制，以灵活多样的分布式I/O接收现场传感检测信号。2021/3/92021/3/98282PCS7-SIMATICPCS7是基于全集成自动化思想的系统，其集成的核心是统一的过程数据库和唯一的数据库管理软件，所有的系统信息都存储于一个数据库中而且只需输入一次，这样就大大增强了系统的整体性和信息的准确性。2021/3/92021/3/98383PCS7-SIMATICPCS7的通讯系统采用的是工业以太网和PROFIBUS现场总线。工业以太网用于系统站之间的数据通讯，2021/3/92021/3/98484PCS7-SIMATICPCS7采用符合IEC61131-3国际
58、标准的编程软件和现场设备库，提供连续控制、顺序控制及高级编程语言。现场设备库提供大量的常用的现场设备信息及功能块，可大大简化组态工作，缩短工程周期。SIMATICPCS7具有ODBC、OLE等标准接口，并且应用以太网、PROFIBUS现场总线等开放网络。2021/3/92021/3/98585PCS72021/3/92021/3/98686本课程参考书控制系统控制系统MATLABMATLAB仿真。黄忠霖，国防工业出版仿真。黄忠霖，国防工业出版社，社，20012001版。版。过程控制。金以慧，清华大学出版社，过程控制。金以慧，清华大学出版社，20002000版。版。热工过程自动控制。杨献勇，清华大学出版社，热工过程自动控制。杨献勇，清华大学出版社，20002000版。版。电厂热工过程自动调节。罗万金，水利电力出版电厂热工过程自动调节。罗万金，水利电力出版社，社，19911991版。版。2021/3/92021/3/98787放映结束 感谢各位的批评指导！ 谢谢 谢！谢！让我们共同进步2021/3/988
