DCS大学改造控制系统 化工DCS 电厂DCS集成分散控制系统方案

目前，该产品已取得“通用工业控制器”、“基于人工智能的火电厂自动控制系统”等多项成果。并通过中国电力联合会组织评审，鉴定委员会一致认为：NT6000分散控制系统的各项性能指标，满足大型火电机组控制的应用要求，NT6000分散控制系统在可靠性和易用性方面达到国内外先进水平。
 

系统结构图

  
可靠性设计和特点 
  （1）NT6000分散控制系统的模件均采用坚固的工程塑料外壳封装，具有良好的散热效果。模件均通过了严格的电磁兼容测试，符合三级标准，局部达到四级标准。能够在现场复杂电磁环境中长期稳定工作。
  （2）NT6000分散控制系统控制网络eNet采用对等式工业以太网，构架在两个物理隔离的冗余工业以太网络上，支持冗余环型或冗余星型网络拓扑结构；系统支持8个网络域连接，每个网络域多连接64对控制器和64个操作站点，所有网络节点间的数据传输不需要通过服务器传递。网络域间通过三层交换机或路由器实现数据安全传输，任意网络域间数据通讯的权限和数据流向均可设置。每个网络设备都具有两个独立的完全隔离的网络接口，冗余网络同时工作，发送的数据在接受端进行数据过滤和冗余处理，如果发生网络切换，切换时间等于零，在数据应用上没有中断和延时，因此，不存在网络冗余切换问题。
  （3）eNet网络采用基于组播网络通信技术，分布式网络管理系统自动监视网络变化及管理过程数据通信，任一eNet网络节点可以随时下线和上线。eNet上所有控制器节点采用基于例外式的主动发送机制，由KM950控制器根据数据的变化情况，进行主动地发送。无论有多少台操作员站，控制器只发送数据，这种设计大大降低网络负荷和控制器负荷。在设有10台全功能站的DCS中，NT6000分散控制系统网络负荷为传统方式的1/10，而控制器的通讯负荷也为传统方案的1/10，而且随着操作站数量的增加，网络负荷和控制器负荷保持恒定。恒定的低负荷带来的更好的任务确定性和更高的可靠性,同时又提高网络通讯的速度，NT6000分散控制系统的操作响应周期小于700ms，大大优于行业标准2.5s。
  （4）所有的MMI站均为全功能操作站，根据权限可以随时变更为一般操作员站，工程师站，历史站等，所有MMI站均互为热备用。
  （5）分散处理单元KM950采用3处理器结构，主处理器和通信处理器采用级低功耗Power PC双核芯片，包含32位400MHz CPU（具备64位双浮点运算单元）和32位200MHz通信；冗余IO处理器采用32位100MHz低功耗RISC处理器，因此，具有更强的通讯处理能力和环境适应性。
  （6）KM950冗余控制器采用软硬件容错设计，运行过程中采用控制器同步执行，主控制器允许输出指令的方式，采用创新的例外式高可靠性冗余策略，保证任意时刻完成控制器切换，切换时间小于2ms。避免了传统设计中，备用控制器会在冗余切换后不能正常接替工作的问题
  （7）I/O通讯总线具有本地与远程两种通讯模式均采用科远eBus通讯总线，总线通讯速率为3.125Mpbs，为单层多路并行分支结构。每个（对）控制器本地通讯接口多支持12个I/O分支共96块模件；远程通讯支持多12个远程站点，每个远程站点多支持6个I/O分支，总计支持多24个分支共192块IO模件。eBus单层多路并行分支结构中各分支相互电气隔离，每条分支的电气故障不影响其它分支的正常运行，可靠性更高。
  （8）NT6000分散控制系统的I/O模件供电采用两路冗余直流电源均送到I/O模件，在I/O模件中实现两路电源切换，变送器供电采用独立冗余电源模块，充分做到危险分散。
  （9）具有技术的分布式SOE系统，任一IO分支下的DI模块（包括远程分支）的任一通道均可配置为SOE通道。任一SOE通道触发模式可以选择上升沿、下降沿、双边沿三种模式。eNet网络上所有KM950节点间SOE分辨率<1ms。
  （10）在大型复杂系统中，DCS的管理往往随着规模的增大变得困难，虽然各个模件都设计了自诊断功能，但是缺乏直观有效的管理界面，只有在两只冗余部件全部损坏之后，才会引发有后果故障，因此自诊断界面的设计也直接关乎DCS的可靠性。
   在NT6000中，设计了直观易懂的系统诊断画面，将每个控制器、I/O卡件、操作员站的自诊断信息进行收集，集成处理和显示。一旦出现风吹草动，系统诊断画面将直接指出出现问题的部件，引导维护人员进行维修。故障的过程都会产生详细故障记录，便于事后分析。
 
易用性设计和特点 
  （1）NT6000采用分布式透明数据库设计，数据库分布在每只KM950控制器中，通过eNet网络协议和数据接口被应用程序直接访问，不存在管理系统全局数据库的过程。
  对于使用者而言，可以直接使用KM950控制器的所有数据，而不必关心网络协议和接口程序的冗余校验、压缩等数据处理过程。网络协议和接口程序不需要做任何设置工作，是完全透明和易于理解的，对KM950控制器进行组态或组态修改的过程就是建立和修改该分布式实时过程控制数据库的过程。分布式透明数据库仅仅依赖KM950控制器而存在，通过网络直接传送到操作站，没有任何的中间环节。数据通讯的可靠性和传输速度都优于服务器结构的DCS。
  （2）NT6000的历史数据功能采用客户/服务器的结构来完成，设计开发了功能强大的高性能历史数据库，数据记录可以达到1ms，容量达到10万点。
   在每个操作员站中通过历史数据客户端可以快速方便地调出历史数据服务器存储的所有数据，即使是长达数月的历史数据，都能够在1秒左右的时间内调出。NT6000的历史数据客户端功能丰富，使用灵活，为操作员提供有效的数据分析手段。解决了传统DCS中，历史数据功能只能提供给工程师站或少数客户端使用，调用数据慢，用户界面复杂的问题。改变了历史数据不能被普通操作员掌握和使用的局面，为操作员更好的使用历史数据进行过程分析、提高运行水平提供了技术基础。
  （3）NT6000支持SAMA图标准组态逻辑，复杂的顺序控制和回路控制都可以用直观易学的模块化组态方式来实现。IO组态支持Excel文件导入导出，简化IO组态操作，所有图形化组态页面可以导出为PDF文档或SVG矢量图形文件，便于工程资料维护存档、二次处理和外部交流。
   在DCS的应用和开发过程中，经常性的会出现系统配置和功能要求的变更，每一个变更都会引起DCS组态、工程资料的相应变化。一般成熟的DCS中，组态功能都比较强，增加一块卡件，修改一个逻辑，调整一个画面，往往是几分钟的时间，而修改相关的工程资料则需要几个小时。在NT6000中提供工程资料的自动维护功能，将工程师从烦琐的资料整理工作中解放出来，系统能够保证生成的逻辑图和IO清册的准确性，为资料的存档和交流工作提供了强有力的工具，使DCS的开发维护工作事半功倍。
  （4）支持在线组态功能，具备多人同时对同一控制器进协同组态能力，允许多人在线进行组态修改和进行控制器及无扰下装。控制器组态更新没有编译过程，新组态在一个控制周期内生效，可以随时修改随时可用，便于参数修改和多人同时进行现场调试。
 在线组态模式下，修改并下装组态页面不会对系统中没有变更的组态、模块参数或控制环路造成扰动（故意打断控制逻辑回路或变更模块参数除外）。NT6000分散控制系统在线下装的小逻辑单元是一个组态页面，其中小的组态变更范围是单个功能模块的单个参数。
  （5）NT6000分散控制系统具备离线仿真功能，通过虚拟控制器软件，可以在任意一台PC机上同时仿真64个控制器节点，不同的PC机上的仿真控制器间可以相互通讯，同时仿真控制器也可以与真实控制器通讯，功能和网络特性与真实控制器完全一致。虚拟控制器软件具备仿真控制器工况冻结，保存，恢复（回滚）的功能，结合模型软件很容易构成虚拟DCS仿真系统。
  （6）NT6000的系统机柜及其中的各个部件，全部采用模块化标准设计，机柜内部没有任何的手工接线。这样的标准机柜能够进行工厂化生产，以保证更高质量、更短的交货时间和更低的成本。标准机柜配上不同的卡件就能够满足不同项目的需求。
  机柜中的各个部件都使用预置模块进行连接，减少手工接线，不仅降低了人工成本，也提高系统的可靠性和维护的便利性。模块化设计的机柜，只需要一把螺丝刀就可以快速地完成装配和拆卸工作。机柜设计方案充分利用机柜正反四边的接线空间，是接线密度和宽松接线空间的完美组合。
 
先进性设计和特点
       （1）NT6000采用了高性能的PowerPC芯片，控制器快控制周期为5ms；控制器与I/O卡件采用eBus直接通讯，12个本地分支满负荷配置下读写I/O数据的时间在10ms以内；控制器采用eNet协议降低了通讯负荷，提高了通讯速度，读写控制网络的时间在200ms以内。
        在以上三种技术基础的支持下,NT6000的操作响应周期小于700ms。700ms的操作响应周期指标大大优于目前2.5s的行业标准，是符合人体工学的标准，将操作人员从画面操作的停顿等待中解放出来，能够改善操作人员的操作感受，提高运行操作效率。
        （2）NT6000的控制器KM950是目前行业内运算能力强大的控制器之一，以100ms的周期运算1000个PID来测试，仅占用2%的运算负荷。强大的运算能力能够实现控制工程师的各种先进的控制算法和完善的逻辑设计。
        KM950的组态工具提供了丰富的热工自动化控制模块，包括设备级控制、补偿算法、典型回路控制。而且还提供了功能强大的模块二次开发功能，工程师可以通过IEC标准的开发工具编写出各种自定义模块，并将其纳入NT6000的标准算法库中。
        NT6000的KM950拥有强大的运算能力，丰富的模块支持和灵活的二次开发能力，为工程提供了有力的工具和广阔的舞台。
        （3）NT6000支持IEC标准的顺序功能模块（SFC）的组态方式，能够以自然语言的方式描述复杂的顺序控制过程。
        在传统DCS中，一般以顺控功能块的方式提供顺控的组态手段，这种组态手段对于没有控制分支的顺控程序是可能满足要求的。当分支增加、步序变多，功能块组态方式的程序量会呈现几何级的增长，也就限制了顺序控制的设计和实现水平。这也是很多DCS不能很好地实现主机自启停功能和辅助车间顺序控制的部分原因。
        NT6000支持的SFC组态方式，适用于描述复杂的顺序控制逻辑，程序结构直观易于理解，当设计复杂度提高时，SFC的程序量仅呈现线性增加。采用了SFC的技术，NT6000的控制水平和适用范围会得到进一步提高和扩大。
        （4）NT6000分散控制系统支持现场总线应用，能够从变送器、执行机构、电气保护装置等智能控制装置用数字通信方式获得过程数据和诊断信息，以提高信号传输和速度，降低投资，提高现场设备的智能化和信息化水平。
        NT6000具有基于工业以太网的多种现场总线冗余解决方案，将能够支持Hart、Profibus、FF、Can等多种现场总线的高可靠性混合应用。