Resumen: Este artículo analiza las razones por las que los sistemas DCS juegan un papel importante en el campo del control de procesos de las centrales térmicas en esta etapa, y explica los principales problemas existentes en la aplicación práctica de los sistemas DCS en el control de procesos. . Se compararon varios sistemas DCS aplicados en centrales eléctricas de la provincia de Zhejiang.
Palabras clave: Dispersión de fallas de tecnología de aplicación DCS del sistema de control distribuido
1 Introducción
El sistema DCS (Sistema de control distribuido) se aplica al control de procesos de centrales térmicas unidades generadoras Tiene una trayectoria de más de diez años y es cada vez más utilizada. Los sistemas DCS más populares ahora incluyen el MOD-300 de C&E, el TDC-3000 de Honeywell, el I/As de FOXBORO, el CENTUMXL de Yokogawa, el WDPF de Westinghouse, el Wang Xuwen-90 de Bailey y el Teleperm Me/XP de Siemens. En cuanto a los sistemas proporcionados por estos principales fabricantes de DCS, existen algunos problemas de aplicación en diversos grados, como la confiabilidad del sistema, el rendimiento en tiempo real, la flexibilidad y conveniencia de la configuración del sistema, etc., que requieren más avances. Este artículo analiza y discute algunos problemas existentes en la aplicación práctica de los sistemas DCS.
2 La intención original de la introducción del sistema DCS
La introducción del sistema DCS y su paulatino desarrollo como protagonista en el campo del control de procesos se deben a las siguientes razones:
(1) El sistema de proceso de producción moderno se está volviendo cada vez más complejo y los parámetros que deben detectarse y controlarse están aumentando considerablemente. El sistema de control de instrumentos tradicional no puede hacer frente a ello. Es necesario encontrar otro camino.
(2) Los sistemas de control de instrumentos tradicionales suelen utilizar productos proporcionados por varios fabricantes, lo que da como resultado una amplia variedad de piezas de repuesto necesarias para la producción del proceso, lo que consume mucha mano de obra y recursos materiales, y la producción del proceso depende de estos. Fabricante de instrumentos en gran medida. Esta situación también espera cambiar.
(3) Con el rápido desarrollo de la tecnología de circuitos digitales, especialmente la aplicación de tecnología de circuitos integrados a gran escala, el grado de integración y el rendimiento han mejorado enormemente, lo que permite reducir los costos en el control de procesos. . Uso extensivo de microprocesadores.
(4) El desarrollo de la teoría del control de automatización, especialmente la teoría discreta y la teoría de muestreo de sistemas continuos, ha promovido en gran medida el desarrollo del control de procesos desde los sistemas de control de instrumentos tradicionales hasta los sistemas DCS.
(5) Desarrollo de la teoría y la tecnología de la comunicación. Durante la extensa investigación sobre redes de área local, la teoría y la tecnología de la comunicación se han desarrollado y mejorado enormemente, lo que ha tenido un impacto decisivo en el desarrollo de los sistemas DCS.
(6) El desarrollo de la tecnología de aplicaciones informáticas, especialmente la introducción de software de sistema operativo como Microsoft Windows-95, ha sentado las bases para la aplicación de computadoras en sistemas de control de procesos. entre ordenadores y operadores. La interfaz es aceptable para operadores sin conocimientos informáticos.
(7) El sistema de control centralizado por computadora tiene algunos defectos inherentes, como la concentración de fallas, por lo que para mejorar la confiabilidad, se requieren costos enormes. El sistema de control centralizado requiere computadoras grandes, que son costosas. . En términos relativos, los microprocesadores y microcomputadoras utilizados en los sistemas DCS son mucho más baratos y las fallas están relativamente dispersas. Además, la microcomputadora o microprocesador del sistema DCS funciona en paralelo y la velocidad de procesamiento mejora considerablemente en comparación con la operación en serie de la computadora en el sistema de control centralizado. Por lo tanto, tiene indicadores de rendimiento en tiempo real más altos. al rápido desarrollo del sistema DCS en comparación con el sistema de control centralizado.
Lo anterior enumera las principales razones que pueden explicar por qué los sistemas DCS mostrarán su talento en el campo del control de procesos. Ahora echemos un vistazo a algunas de las intenciones originales para lanzar el sistema DCS.
El sistema DCS es un sistema de control por ordenador (o microordenador) relativo al sistema de control centralizado por ordenador. Fue desarrollado en base a la investigación sobre redes informáticas de área local y es utilizado por expertos en control de procesos para convertir la red de área local en un sistema de control de red con altos requisitos de confiabilidad y tiempo real, y se aplica en el campo del control de procesos. Los expertos llaman a este sistema de control de red DCS. La intención original de los expertos debería ser que dicho sistema de control aportara al menos los siguientes beneficios:
(1) Dispersión de fallos. Ésta es la razón principal para lanzar el sistema DCS, que es resolver la debilidad fatal del sistema de control centralizado, la "concentración de fallas". La razón de las fallas dispersas es que se utiliza una gran cantidad de microprocesadores en el sistema DCS. Cada microprocesador es responsable de una tarea de control a pequeña escala (regional). La falla de un microprocesador no afectará el funcionamiento normal de todo el sistema. .
(2) Reducir el tamaño de la sala de control o la longitud del dial de control.
(3) Reduce el gran número de cables necesarios para el sistema de control.
(4) Reducir considerablemente el tipo y la cantidad de repuestos necesarios para el sistema de control.
(5) Reducir la dependencia de la producción de procesos de los fabricantes de instrumentos y equipos de control y reducir el costo de capacitación del personal de instrumentos y control.
(6) Proporciona la flexibilidad del sistema de control y tiene las ventajas de una fácil configuración y escalabilidad.
(7) Realizar la gestión de parámetros de proceso en tiempo real y datos históricos, y proporcionar funciones de cálculo del rendimiento y cálculo de la vida útil del equipo. Esto está más allá del alcance de los sistemas de control de instrumentos tradicionales.
3 La capacidad real de los sistemas DCS actualmente disponibles en el mercado
Desde Wang Xuwen-90 de Bailey, MOD-300 de C&E y Teleperm-Me de Siemens A partir de la aplicación del XP Sistema DCS en la planta de energía del sistema eléctrico de Zhejiang, las opiniones del autor son las siguientes:
(1) Con respecto a la dispersión de fallas. Creo que los sistemas proporcionados por la mayoría de los fabricantes de sistemas DCS en esta etapa no están tan "dispersos por fallas" como se imagina en aplicaciones prácticas. De hecho, debido a algunos problemas en la tecnología de aplicación del sistema DCS, el generador de una unidad de central térmica controlada por el sistema DCS se vio obligado a apagarse debido a algunas fallas en el sistema DCS. Comparado con los sistemas tradicionales de control de instrumentos, este último parece ser superior al primero. Debido a esto, cuanto más cercana sea la composición del sistema DCS a un sistema de control de instrumentos tradicional, es decir, cuanto más dispersas geográficamente estén las tareas de control realizadas por microprocesadores o controladores multifunción, más dispersas pueden estar las fallas. Desde esta perspectiva, el sistema de SIEMAMS hace un buen trabajo. Una tarjeta de control (con un microprocesador, que puede comunicarse con otras tarjetas u otros subsistemas como estaciones de operador, estaciones de trabajo de ingeniero, etc. a través del bus de comunicación) solo es responsable de 2 a 4 bucles de control de bucle abierto de motores o puertas eléctricas, o 1 a 2 controles de circuito cerrado, la tarjeta asume tanto funciones de control lógico como funciones de E/S relacionadas con estos controles lógicos. Esto es muy beneficioso para la dispersión de fallas. Sin embargo, otros sistemas a menudo concentran muchas tareas de control de procesos en unas pocas tarjetas de control multifunción o microprocesadores y concentran las funciones de E/S del control de procesos en tarjetas de E/S. Estos sistemas concentran objetivamente las fallas de control de procesos en lugar de dispersarlas, lo que parece contradecir el nombre "DCS". Sin embargo, también hay algunos problemas en el sistema de red del área metropolitana de SIE, y todavía hay algunos problemas que deben resolverse en la comunicación entre su Ethernet y el sistema me. El sistema Teleperm-ME de Siemens es un sistema muy maduro. El sistema Me y Ethernet son los últimos sistemas Teleperm-em/XP (aplicados a dos unidades de 330 MW en la cuarta fase de la central eléctrica de Zhejiang Taizhou). Debido a que es un sistema nuevo, creo que muchas aplicaciones de software (especialmente aquellas relacionadas con las comunicaciones) resistirán la prueba del tiempo. Si se resuelven estos problemas, habrá algunas ventajas en términos de dispersión de fallas y otros aspectos, como los procesos de fabricación. DCS, descentralización de fallas, parece que Siemens está en el camino correcto, porque su sistema es el más cercano al sistema de control de instrumentos tradicional, con funciones de control descentralizadas. Para lograr la dispersión de fallas, las funciones de control deben estar descentralizadas.
(2) Respecto al tamaño de la sala de control y la longitud del dial. Todos los sistemas DCS pueden hacer esto. Sin embargo, en comparación con los instrumentos y sistemas de control tradicionales, la escala y el equipo de la sala electrónica han aumentado relativamente y los beneficios reales aportados por el sistema DCS no son significativos.
(3) Sobre el ahorro de cables. En la actualidad, los equipos y dispositivos utilizados en los sistemas DCS son relativamente caros y los requisitos para el entorno in situ también son relativamente altos, como protección contra el polvo, aire acondicionado y E/S remotas no se utilizan ampliamente. Por lo tanto, el equipo principal del sistema DCS debe colocarse en una sala electrónica con buenas condiciones, y aún es necesario conectar una gran cantidad de señales in situ a la sala electrónica a través de cables. Entonces, en comparación con los sistemas de control de instrumentos tradicionales, los cables se reducen, pero los beneficios son limitados.
(4) Respecto a la reducción de los tipos y cantidades de repuestos. Se han reducido los tipos y cantidades de repuestos y es necesario tratar con menos fabricantes de instrumentos y equipos de control.
(5) Reducir la dependencia del funcionamiento de la unidad de los fabricantes de equipos de control e instrumentos y reducir el coste de la formación técnica del personal de control e instrumentos. Debido a la tecnología de aplicación insatisfactoria del sistema DCS, la dependencia del funcionamiento de la unidad del fabricante del sistema DCS no ha disminuido, sino que ha aumentado, especialmente durante la nueva construcción y puesta en servicio de la unidad, los servicios expertos enviados por el fabricante del DCS. El sitio de construcción se proporciona durante la puesta en servicio de la unidad Parece esencial. Para hacer un buen uso del sistema DCS, también ha aumentado la cantidad de personal técnico y de ingeniería que necesita capacitación, por lo que los costos de capacitación también han aumentado.
(6) La flexibilidad del sistema de control, la conveniencia de configuración y la escalabilidad del sistema. La flexibilidad de la estructura del sistema y la escalabilidad del sistema son realmente incomparables con los sistemas de control de instrumentos tradicionales. La mayoría de los sistemas DCS también son fáciles de configurar. Sin embargo, la mayoría de los sistemas todavía tienen mucho trabajo por hacer en términos de capacidades de configuración en línea. Muchos sistemas se configuran fuera de línea, se programan en la estación de ingeniería y luego se compilan y descargan. Y este proceso puede llevar mucho tiempo en algunos sistemas, especialmente durante la depuración. En este sentido, el sistema de Siemens tiene sus propias características. No solo se puede configurar en línea, sino que también está diseñada una función de simulación, lo que aporta una gran comodidad a la depuración.
(El sistema DCS proporciona algunas funciones de control únicas, como datos históricos y gestión de datos en tiempo real, cálculo de rendimiento, etc. Esto es incomparable con los sistemas de control de instrumentos tradicionales. Es precisamente por estas ventajas del DCS que el control de procesos se ha llevado a un nuevo nivel superior.
En resumen, los beneficios de los sistemas DCS que el mercado puede ofrecer en esta etapa son mucho menores de lo que imaginamos. Los sistemas de control de instrumentos tradicionales no son capaces de controlar los procesos de producción en masa modernos. En comparación con el control centralizado por computadora, las fallas aún están dispersas. Tiene sus ventajas únicas en muchos aspectos y es la diferencia entre los sistemas de control de instrumentos tradicionales y los sistemas de control centralizado por computadora.
4. Algunos problemas en la aplicación
Todavía hay algunos problemas en la tecnología de aplicación actual del sistema DCS:
(1) Las fallas están actualmente dispersas. El sistema DCS aún no ha logrado una verdadera dispersión de fallas. Por un lado, el equipo actual todavía es relativamente caro, por lo que no se puede lograr la dispersión geográfica del sistema de control (lo más cerca posible de las condiciones de campo de los sistemas de control de instrumentos tradicionales). Las tarjetas de E/S remotas proporcionadas por los fabricantes actuales son difíciles de adaptar a condiciones adversas como el polvo, la temperatura y la humedad. Por ejemplo, algunas tarjetas de E/S de la Unidad 1 de la central eléctrica de Beilun sólo pueden colocarse relativamente concentradas en el sitio. Ha habido casos en los que estas tarjetas de E/S se colocaron durante la depuración. El agua en el gabinete de O afecta el funcionamiento normal de todo el sistema. Otro ejemplo es que la Unidad 3 de la planta de energía de Beilun tiene un gabinete de E/S remoto en el sistema de circulación. Sala de bombas de agua Por supuesto, ahorra cables, pero debido al pequeño aire acondicionado en el gabinete de E/S, el costo aún no se ahorra mucho. Por otro lado, las funciones de control no están lo suficientemente dispersas en el diseño. El diseño y el diseño de ingeniería del propio sistema DCS, por ejemplo, las E/S del sistema MOD-300 están demasiado centralizadas y la falla de la tarjeta de E/S afectará el funcionamiento normal del sistema. la unidad se completa con el controlador lógico programable o sistema PLC. La comunicación entre ella y el sistema MOD-300 utiliza una puerta de enlace, que se convierte en un cuello de botella de todo el sistema de control. Una vez que ocurre una falla, afectará a la unidad. Otro ejemplo es el sistema de la Unidad 3 de la central eléctrica de Beilun. El control auxiliar de la unidad se completa con su subsistema SCS. Un MFP del subsistema SCS diseña una tarjeta de E/S de 16 puntos para diferentes objetos de control. tarjeta, es decir, un objeto de control requiere múltiples tarjetas de E/S, por lo que la falla de una tarjeta de E/S afectará el funcionamiento normal de varios objetos controlados, y un objeto controlado debe repararse, lo que involucra varias tarjetas de E/S . Tarjeta O Además, una impresora multifunción contiene demasiados objetos controlados y la falla de una tarjeta multifunción afectará el funcionamiento normal de muchos bucles de control. Un sistema de control diseñado como este debe requerir una alta confiabilidad de la tarjeta o sistema. p>
Tanto la literatura [1] como la literatura [3] hablan de un sistema llamado FCS, que es un sistema de control de procesos compuesto por instrumentos inteligentes de campo y tecnología de bus de campo. Obviamente, dicho sistema está muy cerca del control de instrumentos tradicional. En teoría, los instrumentos de control inteligentes se colocan cerca del equipo controlado y las funciones de control pueden dispersarse completamente dentro del área, por lo que las fallas también pueden dispersarse por completo. Pero, de hecho, a juzgar por el nivel técnico actual de producción de componentes y el estado actual de la tecnología informática y de la comunicación, FCS también puede enfrentar las dificultades que enfrenta DCS. En primer lugar, FCS necesita resolver el problema del entorno de control industrial muy severo. En segundo lugar, el equipo de control in situ está distribuido espacial y geográficamente, no es fácil conectarse al bus de campo y habrá demasiadas dificultades de comunicación.
(2) En tiempo real. El control de procesos tiene altos requisitos sobre el rendimiento en tiempo real del sistema de control. Debido a las limitaciones de la tecnología de las comunicaciones y la tecnología informática, aún es necesario mejorar el rendimiento en tiempo real del sistema actual. Por ejemplo, en el primer sistema MOD-300, se necesitaban más de diez segundos para operar una válvula desde el momento en que el operador presionaba un botón para emitir un comando hasta que veía la señal de retroalimentación en la pantalla. Posteriormente, tras una actualización de hardware y una nueva generación de chips, el problema se solucionó.
En algunos sistemas, debido a la lenta velocidad de apertura de la pantalla, resulta inconveniente para los operadores cambiar entre varias pantallas mientras operan un dispositivo. Además, el tiempo requerido para la comunicación (o el tiempo de respuesta del sistema DCS) deteriora las características del objeto controlado y reduce el índice de calidad del proceso de transición del sistema de control de circuito cerrado.
(3) Comodidad de configuración y protección de permisos necesarios. En cuanto a la configuración del sistema, la mayoría de los sistemas DCS ahora utilizan tecnología de ventana de computadora, que generalmente es más conveniente, pero todavía hay espacio para aprender en la configuración en línea. La mayoría de los sistemas se configuran en la estación de ingeniería y luego se descargan al subsistema de control o a la tarjeta de control. Generalmente, este proceso lleva mucho tiempo, especialmente durante el proceso de depuración, la modificación de la configuración es algo relativamente frecuente, por lo que es necesario encontrar un método de configuración en línea conveniente y seguro.
(4) Proceso de fabricación y proceso de instalación. Un factor muy importante que afecta el uso normal del sistema DCS es el proceso de fabricación y el proceso de instalación. A veces se debe simplemente a la mala calidad y al mal contacto de un enchufe pequeño, lo que provoca fallos de funcionamiento importantes o accidentes. Algunos sistemas ofrecen hardware que no se fabrica de la mejor manera posible y las tarjetas y conectores que se proporcionan no son confiables. Algunas tarjetas están defectuosas y, a veces, desaparecen después de algunos tirones, enchufes o sacudidas. Este aspecto es una cuestión a la que los fabricantes de DCS deben conceder gran importancia. Si el sistema proporcionado no puede cumplir técnicamente los requisitos de fiabilidad, en principio es inaceptable. Por otro lado está la tecnología de instalación, que también es un aspecto a estudiar en la tecnología de aplicación del sistema DCS.
(5) Fiabilidad y madurez del software de aplicación. La práctica de aplicación de los sistemas DCS todavía se encuentra en un proceso de acumulación continua. Muchos software de aplicación aún no están muy maduros y se necesita tiempo para probar su confiabilidad. En este sentido, los fabricantes de sistemas DCS deberían reforzar la investigación para garantizar que el software del sistema DCS que se ha utilizado o se utilizará tenga suficiente fiabilidad.
5 Conclusión
A partir de las razones para la introducción de DCS y las razones por las que DCS se ha convertido en la corriente principal en el campo del control de procesos, algunos problemas en la tecnología de aplicación del sistema DCS que el El mercado puede ofrecer en esta etapa. Estas cuestiones son: (1) Con respecto a la discreción de fallas; (2) Rendimiento en tiempo real; (3) Conveniencia de la configuración y protección de permisos necesarios; (4) Relacionados con la tecnología de fabricación y la tecnología de instalación; Puede resumirse como un problema de diseño, un problema de tecnología de producción de componentes y un problema de proceso. Con base en las necesidades reales de control de procesos y en vista de sus propias deficiencias, el sistema DCS debe continuar mejorando y desarrollándose en estructura, equipos y tecnología. Logre nuevos avances en la tecnología de aplicación del sistema DCS.
Materiales de referencia:
[1] "Wang Changli", editado por Luo An. Selección y aplicación de sistemas de control distribuido. Tsinghua University Press, 1996, primera edición.
〔2〕 Wany H. Smeallie. Sistemas de control distribuido basados en microprocesadores en centrales eléctricas modernas. Conferencia sobre experiencia en operaciones y mantenimiento de Babcock & Wilcox, octubre de 1983.
Wang Jinquan, Fang Zhonghua, Zhong Weiyang. Situación actual y perspectivas de los sistemas de control industrial. Energía Eléctrica de China, 1998 (4).
Espero que te ayude.