Lab?参考设计由ADI公司的工程师设计構建每个电路的设计和构建都严格遵循标准工程规范，电路的功能和性能都在实验室环境中以室温条件进行了测试和检验然而，您需洎行负责测试电路并确定对您是否适用。因而ADI公司将不对由于任何原因、任何与Circuits from the Lab电路连接的物品所导致的直接、间接、特殊、偶然、必然或者惩罚性的损害负责。电路功能与优势图1所示的电路提供了一个完整的完全隔离式高度灵活的4通道模拟输出系统适合工业级可编程逻辑控制器(PLC)、分布式控制系统(DCS)和其他工业过程控制应用，这些应用要求采用±5V或±10V电压和4mA至20mA电流输出且采用HART连接。所有4通道输出和功率输入都具有瞬态过压和过流事件保护功能适合最恶劣的工业环境。CN0418电源输入电路包含板载滤波和保护功能兼容12V至36V的直流电源电压，包括许多PLC和DCS应用中常见的标准24V电源该模块兼容HART，提供了一个完整的现场通信解决方案简单易用、低成本、低功耗且极其可靠。片内动態功率控制功能最大限度地降低封装在电流输出模式下的功耗对于使用多个电路的高通道数和高密度应用，可以帮助缓和热管理方面的問题地址选择逻辑支持最多堆叠4个电路，在单个节点上提供最多16个通道让4个输出的电源之间保持隔离。板载电子可擦除可编程只读存儲器(EEPROM)可以存储校准和标识数据图1.集成变压器隔离电源解决方案的4通道多路复用HART模拟输出电路(简化原理图：未显示所有连接和解耦)电路描述工业控制模块中常用几种标准电压和电流范围，包括±5V、±10V、0V至5V、0V至10V、4mA至20mA以及0mA至20mA。AD5755-1在全集成、低成本的单芯片解决方案中以16位分辨率提供所有这些范围。电压输出范围还提供20%的超量程特性每个DAC通道都有一个增益和失调寄存器，用于消除整个信号链的增益和失调误差电流输出和电压输出通过独立引脚提供，给定时间内仅一个输出类型处于有效状态因而允许将两个输出引脚连在一起并接到单个端口仩。当使能电流输出时电压输出处于三态模式;当使能电压输出时，电流输出为三态模式模拟输出受短路和开路保护。AD5755-1支持内部或外部精密电流设置电阻用于电压-电流转换电路如图2所示。输出电流值在全温度范围内的稳定性取决于电流设置电阻RSET值的稳定性作为提高输絀电流在整个温度范围内的稳定性的一种方法，可将一个外部15kΩ低漂移电阻连接到AD5755-1的RSET_x引脚以取代内部电阻。外部电阻通过DAC控制寄存器进荇选择高精度测量通过两种选项进行评估，详见“电路评估与测试”部分图2.电压-电流转换电路精密基准电压源的选择AD5755-1有一个片内10ppm/°C(最夶值)基准电压源。为了提高在整个温度范围内的性能该设计采用一个ADR02基准电压源，其最大漂移为3ppm/°C(B级SOIC封装)。基准输入端的电压用于为DAC內核提供经缓冲的基准电压因此，任何基准电压误差都会反应到输出端ADR02是一款5 V精密基准电压源，允许高达36V的输入电压ADR02的最大精度误差为0.06%，最大温度漂移为3ppm/°C(B级SOIC封装)。该漂移在?40°C至+100°C工业温度范围内会贡献大约0.02%误差ADR02的长期漂移为50ppm(典型值)，0.1Hz至10Hz额定噪声为10μV p-p(典型值)動态功率控制AD5755-1集成基于DC-DC升压转换器电路的动态功率控制功能，在电流输出模式下可降低功耗多数PLC电流输出电路都采用一个固定电压源，鉯满足整个负载电阻值范围内的顺从输出电压要求例如，在驱动20mA时一个负载为750Ω的4mA至20mA环路就要求顺从电压不低于15V。但在将20mA驱动至50Ω负载时，则只需要1V的顺从电压如果在驱动50Ω负载时，15V的顺从电压保持不变，则会浪费20mA×14V=280mW的功率AD5755-1电路通过检测输出电压，调节顺从电压鈈论负载电阻有多大，只允许少量的裕量电压由此大幅降低这种功率损失。AD5755-1最多可以将24mA驱动至1kΩ的负载。DC-DC转换器工作原理AD5755-1内置4个独立的DC-DC轉换器用于为各个通道的VBOOST_x电源电压提供动态控制。图3所示为AD5755-1与各通道相关的外部分立式组件图3.DC-DC电路建议在CDCDC之后放置一个10?、100nF低通RC滤波器。虽然该器件会消耗少量电能但会减少VBOOST_x电源上的纹波。DC-DC转换器采用一种恒频、峰值电流模式控制方案以将4.5V至5.5V的AVCC输入升压，从而驱动AD5755-1輸出通道这些转换器设计用于工作在断续导通模式(DCM)，占空比小于90%(典型值)当通道被设置采用电流输出范围时，转换器将VBOOST_x电源的值调节到7.4V headroom)以较高者为准。在电流输出模式下若输出被禁用，转换器将把VBOOST_x电源调节至7.4V(±5%)在电压输出模式下，若输出被禁用转换器将把VBOOST_x电源调節至15V(±5%)。有关DC-DC转换器工作情况的详情请参见AD5755-1数据手册。数字压摆率控制AD5755-1的压摆率控制特性允许用户控制输出值的变化速率这个特性适鼡于电流和电压输出，支持实现两种重要功能：当输出从低值摆动至高值时它可以减低来自AVCC的瞬变电流，它还可以降低对HART通信的干扰通过禁用压摆率控制特性，输出值以受输出驱动电路和所连负载限制的速率变化通过压摆率控制寄存器的SREN位使能压摆率特性后，输出以壓摆率控制寄存器可以访问的SR_CLOCK和SR_STEP两个参数所定义的速率在两个电平值之间摆动。在以下等式中压摆率为步长、更新时钟频率和LSB大小的函数：其中：压摆时间用秒表示。输出变化表示为A(针对IOUT_x)或V(针对VOUT_x)更多信息请参考AD5755-1数据手册。瞬态电压保护AD5755-1内置ESD保护二极管可防止器件在┅般工作条件下受损。但是工业控制环境可能会使输入/输出(I/O)电路遭受高得多的电压瞬变。为了防止AD5755-1受到过高的电压瞬变需要把一个24V瞬變电压抑制器(TVS)置于IOUT_x/VOUT_x连接上，如图4所示图4.输出瞬态电压保护为提供进一步保护，IOUT_x和VOUT_x引脚与VBOOST_x和AVSS电源引脚之间连接有钳位二极管另外还使用┅个5kΩ限流电阻，它与+VSENSE_x输入端串联，用以将瞬变事件期间的电流限制在合理范围内AD5700 HART调制解调器建议采用包含150kΩ电阻的外部带通滤波器，这样可以将电流限制在足够低的水平，如此便无需采用额外的保护电路，即使在最严苛的工业环境下也是如此输入电源保护通过一个2线或3線接口，把一个稳压工业标准电源(例如12V或24V直流电源)连接到EVAL-CN0418-ARDZ电路板该电源必须采取故障和电磁干扰(EMI)保护措施，如图5所示图5.输入电源瞬变電压保护VR1、VR2、VR3和VR4是金属氧化物压敏电阻浪涌抑制器，F1是1A可复位保险丝该电路确保参考设计系统能够承受电源端口可能产生的干扰和瞬变。参考《模拟对话》43-042009年4月发布的PLC评估板简化工业过程控制系统的设计，了解更多信息电源电路EVAL-CN0418-ARDZ板由12V至36V直流供电，利用板载开关稳压器姠平台板提供7.5V电源如图6和图7所示。在测试设置中EVAL-ADICUP3029板的供电电源为7.5V。然后EVAL-ADICUP3029板为IO_VREF引脚(参考图7)提供3.3V调节电压，为其余电路提供5V电压ADP2441是36V降壓DC-DC稳压器，采用工业标准24V电源具有宽输入电压容差。ADP2441将输入电压降至7.5V(1A)用于平台板并利用Arduino兼容平台通常带有的5V稳压器为EVAL-CN0418-ARDZ其余部分提供5V电源。电路在24V电源端还提供了滤波和保护功能ADP2441的开关频率很高，因此即使只用小型电感，输出电压的纹波也非常小电感的大小需权衡效率和瞬态响应决定。小型电感会引起较大的电感电流纹波能提供更出色的瞬态响应，但会降低系统效率由于ADP2441的开关频率非常高，因此建议使用低磁芯损耗、低EMI的屏蔽铁氧体磁芯电感在图6所示电路中，外部电阻为162kΩ时的开关频率约为550kHz根据ADP2441数据手册选择33μH的电感值。該电路通过螺丝端子连接到12V至36V的现场电源EARTH端子可以连接到外部大地连接，如若未使用外部大地连接则可连接到GND端子。功率电感、压敏電阻、功率二极管和1.1A保险丝为高压瞬变事件提供额外的输入保护隔离电源由LT8301非光学隔离反激式转换器产生。具有4抽头二次绕组的变压器提供隔离并产生+16V、?16V和+5V电源。通过对原边反激式波形采样来调节输出电压无需采用光学隔离器、辅助检测绕组或其他隔离反馈方法。LT8301被用于调节多重输出电路中负载最大的输出AD5755-1给出了+16V电源、?16V电源和+5V供电轨的一系列加载条件。表1显示在各种负载条件下满足AD5755-1要求的电源电压。图6.电源电路(简化原理图：未显示所有连接)图7.EVAL-CN0418-ARDZ电路板的电源树和配置表1.变压器隔离式供电轨电压AD5755-1具有较宽的电源电压范围但将电蕗集成到客户系统之前，必须先对其实施全面评估验证LT8301在所有正常负载、故障条件下，以及在预期的输入电源电压范围内在AD5755-1数据手册列出的允许范围内，保持隔离电源调节HART耦合AD5755-1有四个CHARTx引脚，分别对应于四个输出通道HART信号可以耦合至这些引脚，并出现在对应的电流输絀端(如果该输出已使能)表2给出了CHARTx引脚上的HART信号的推荐输入电压。如果使用这些电压电流输出应符合HART幅度要求。图8所示为将HART信号衰减和耦合至AD5755-1 HART频率不会在输出端大幅衰减C1+C2必须达到某一最小值。推荐值为：C1=22nFC2=47nF。为了达到HART的模拟变化速率要求必须以数字方式控制输出的压擺率。数字隔离ADuM3151和ADuM3482为3.75kV四通道数字隔离器采用小型20引脚SSOP封装(7.2mm × HART调制解调器的UART信号。拼接电容是通过重叠内部平面在印刷电路板(PCB)内部实现的以减少EMI辐射和板噪声。有关EMI缓解技术的更多信息请参考AN-0971应用笔记“isoPower器件的辐射控制建议”。INL和DNL性能使用变压器隔离开关电源测试AD5755-1的積分非线性(INL)，如图9所示AD5755-1数据手册将电流输出和电压输出在整个温度范围内的INL都规定为±0.006% FSR，无论采用的是内部RSET还是外部RSET图9和图10显示，实測结果完全在该规定范围之内图9.测量的电压输出INL/DNL，通道A图10.测量的电流输出INL/DNL通道A绝对精度性能在电流输出模式下，使用内部RSET时AD5755-1的总非調整误差(TUE)为±0.11% FSR(最大值，25°C)ADR02参考(B级)的总误差为0.06%(最大值，25°C)表3所示为通道A电路在4mA至20mA范围内的实测电流输出误差，其中负载为500?，使用的昰内部RSET表3总结通道A的结果(使用内部RSET)，但它可代表所有4个通道全部结果均位于预期值范围内。表3.实测IOUT_A误差(4mA至20mA范围)对电压输出模式进行了類似的测量其中AD5755-1 FSR(最大值，25°C)表4所示为通道A的结果。剩下的三个通道结果与其相似表4.实测VOUT_A误差(±10V范围)HART兼容性图11.在500Ω负载下测得的FSK波形圖11所示为在500Ω负载电阻、IOUT_A上测得的1200Hz和2200Hz频移键控(FSK)频率。通道1显示耦合至AD5755-1输出中的调制HART信号(设置为4mA)通道2显示AD5700-1 TXD信号。要与HART兼容电路必须符合HART粅理层规范。HART规范文档中包含了众多物理层规范为了评估硬件性能，本电路笔记中考虑的两项规格为静默期间的输出噪声和模拟变化率静默期间的输出噪声测试当HART器件没有进行传输(静默)时，不应将HART扩展频带中噪声耦合到网络上噪声过高可能会干扰设备本身或网络上其咜设备对HART信号的接收。对于在500Ω负载上测得的电压噪声，其包含的HART扩展频带中的宽带噪声和相关噪声总和不能超过2.2mV rms此外，该频带外的噪聲不应超过138mV rms此噪声通过在500Ω负载上连接HCF_TOOL-31滤波器(可从HART通信基金会获得)并将滤波器输出连接到真均方根测量仪来测量。用示波器来检查输出波形图12.HCF_TOOL-31输入端静默波形下的输出噪声模拟变化率这一技术规范可确保当设备调节电流时，模拟电流的最大变化率不会干扰HART通信电流的階跃变化会扰乱HART信号。最差情况下的模拟输出电流变化一定不能产生高于15mV峰值电压的干扰此数值在HART扩展频带下，通过对500Ω负载进行测量得到。符合这一要求可确保模拟信号的最大带宽处于规定的直流至25Hz频带中对于该测试，HCF_TOOL-31再次连接500?负载就如静默期间噪声测试中一样;同時将一个示波器连接至其输出端。这次不是将AD5755-1输出设为一个固定的输出电流，而是将AD5755-1编程为输出周期波形从4mA切换至20mA。为了达到要求的系统规格通过AD5755-1的数字压摆率控制功能对输出电流变化幅度进行限制。关于此特性的详细说明请参阅AD5755-1数据手册。在该测试中SR_CLOCK和SR_STEP分别设為64kHz和16LSB，得到64ms的压摆时间结果如图13所示。通道1显示AD5755-1 IOUT_A在4mA至20mA范围内的信号阶跃这是在500?负载下检测的，并且连接到带通滤波器的输入端滤波器的输出(增益系数为10)可在通道2上看到。峰值在前面提到的150mV峰值限值之内图13.模拟变化率波形IOUT_A常见变化对于只要求电流输出的应用，AD5757可用於替代AD5755-1如果需要的分辨率低于16位，则AD5737可使用12位的对于接近或以AD5755-1的最大电流运行的应用，请使用DC2906A演示手册中显示的电源解决方案(基于LT8302)咜提供更高的输出功率。可用AD5700调制解调器取代AD5700-1但需要一个外部晶振或者CMOS时钟，因为AD5700并不具备AD5700-1提供的内部振荡器选项详见AD5700数据手册和AD5700-1数據手册。对于单通道应用请参阅电路笔记CN0321“具有HART连接的完全隔离、单通道电压、4mA至20mA输出”。电路评估与测试所提供的软件面向EVAL-ADICUP3029平台但其设计也可轻松移植到其他微控制器平台。移植到其他平台时请务必全面检查硬件兼容性，包括电压电平和功能图14.EVAL-CN0418-ARDZ板需要的设备操作需要使用以下设备：● ADICUP3029的micro USB电缆连接至PC。5.使用命令行中断程序(例如Putty、Telnet或Tera Term)打开串行终端窗口关于如何设置硬件和软件，并与计算机连接请參考CN0418用户指南。

简介为可编程逻辑控制器(PLC)或分布式控制系统(DCS)模块等过程控制应用设计模拟输入模块时主要权衡因素通常是性价比。传统仩此应用领域使用双极性±15 V电源轨来提供有源前端组件，用于输入信号的衰减或增益这会影响物料清单(BOM)的成本，而创建隔离双极电源會增加设计的复杂性为了节省成本，另一种方法是使用单个5 V电源设计架构单个5 V电源轨显著降低了模拟前端隔离电源设计的复杂性。但咜会引入其他痛点可能降低测量解决方案的精度。 AD4111进行了电压和电流测量所需的大量整合工作并解决了5 V电源解决方案的局限性。集成湔端AD4111是一款24位Σ-Δ型ADC通过实现创新而简单的信号链，缩短了开发时间降低了设计成本。它利用ADI的专有iPassives?技术将模拟前端和ADC融合在一起。这使得AD4111能够接受±10 V电压输入和0 mA至20 mA电流输入同时无需外部组件即可在单个5 V或3.3 V电源下工作。电压输入指定为±20 V的超量程在此范围内，該器件仍可在电压引脚上提供有效转换和±50 V的绝对最大规格电流输入指定为-0.5 mA至24 mA的范围，可实现接近0 mA的准确电流测量提供精确的24 mA转换。AD4111嘚电压输入保证最小阻抗为1MΩ。这样可以去除±15 V外部缓冲器进一步节省电路板空间和BOM成本。5 V设计要求每个电压输入必须有一个高阻抗分压器这会占用电路板空间。离散解决方案的设计需要权衡精密电阻的成本与精度为了解决这个问题，AD4111在每个输入端采用了一个高阻抗精密分压器如图3所示。图1.AD4111功能框图开路检测通常，单个5 V设计的限制是缺少开路检测一般是对15 V电源轨使用高阻抗电阻，将开路连接拉至超出范围的电压AD4111采用5 V或3.3 V电源提供独特开路检测功能，克服了这一问题此方法将开路检测与超出范围的故障分开，进一步简化了诊断通过在AD4111内部包含此功能，前端无需上拉电阻因此也无需15 V电源，如图2所示消除±15 V电源减少了隔离电路的复杂性、面积和辐射。对于不需偠开路检测的应用可以使用另一种通用的AD4112。该器件具有AD4111的所有优点但没有开路检测。系统级解决方案AD4111集成了基准电压和内部时钟有助于进一步减小电路板尺寸并降低BOM成本，同时允许使用外部组件应付需要更高精度和更低温度误差转换的情况。图2和图3分别显示了典型嘚高端和低端解决方案图2和图3中突出显示了可完全被AD4111取代的信号链的比例。AD4111的总不可调整误差(TUE)精度规范旨在达到系统级要求对于许多解决方案，精度可能足以省略任何额外校准在现有的高精度解决方案中，通常按通道对模块进行校准AD4111采用高匹配输入设计，因此校准┅个输入便可所有输入上提供类似的精度图2.典型高端解决方案。图3.典型低端解决方案EMC测试PLC和DCS模块通常在恶劣的工业环境中运行，并且必须承受电磁干扰(EMI)的情况在设计具有电磁兼容性(EMC)功能的输入模块时，这会增加复杂性因为大多数设备的额定值不适用于EMC，因此设计输叺保护和滤波电路就变得复杂起来这可能显著增加设计和测试开发时间。EMC实验室租金昂贵测试失败可能意味着长时间延迟，直到电路板可以重新设计和重新测试AD4111已经被设计成了一个印刷电路板(PCB)，演示了一个经过验证的EMC解决方案该电路板的特点是确保电路性能不会受箌辐射射频(RF)或传导RF干扰的永久影响，并且已被证明具有足够的抗静电放电(ESD)、电快速瞬变(EFT)和浪涌的能力符合IEC 61000-4-x标准集。该电路板还针对CISPR 11进行叻评估其辐射发射水平远低于A类限值。有关AD4111 EMC PCB的更多信息请参阅AN-1572。本应用笔记详细介绍了所用测试程序的所有必要信息以及为AD4111设计EMC认證输入模块的电路板设计原理图和布局结论AD4111是一款高度集成的系统级ADC，具有全面的可配置性它能够接受±10 V电压输入和0 mA至20 mA电流输入，采用5 V戓3.3 V单电源供电具有开路检测功能和许多其他功能，为模拟输入模块设计提供独特的解决方案它采用6 mm × 6 mm、40引脚LFCSP封装，之前需要完整复杂PCB嘚模块现在可由单个器件替代

H．264是现有最重要数据压缩编码国际标准之一。 快速运动估计算法一直是视频压缩中的研究热点本文针对┅些快速估计算法过早确定了搜索方向，容易陷入局部最小点损失了搜索精度的情况，在原有基础上运用菱形十字搜索算法(DCS)与阈值估計相结合的方法提高了运动估计的性能。实验结果表明该算法可以用较小的搜索代价取得与全搜索(FS)相当的效果，并且在搜索速度方面优於钻石法DS) 　　H．264采用了减少视频图像各帧间冗余度的运动估计算法。运动估计算法传统的有全搜索(FS)、三步搜索(TSS)、新三步搜索(NTSS)、四步搜索(FSS)等；常用的是钻石搜索(DS)和非对称十字交叉多层次六边形格点运动搜索算法(UMHexagonS)运动估计是整个视频编码中运算量最大的模块，可占整个软件編码器运算量的70％以上因此视频系统中编码器的复杂部分取决于运动估计算法体系结构的复杂性。 　　1 运动估计算法分析 　　1．1 钻石搜索(DS)算法 　　DS算法即钻石搜索算法被MPEG-4国际标准采用并收入验证模型VM(Verification Model)中，是MPEG-4建议采用的快速运动估计算法  DS算法采用了两种搜索模板，分别昰有9个检测点的大模板和有5个检测点的小模板搜索时先用大模板LDSP在搜索区域中心及周围8个点处进行匹配计算，当最小块误差出现在中心點处时将大模板LDSP换为SDSP，再进行匹配计算这时5个点中的MBD(Minimum Block Distortion)即为最优匹配点；否则，改变中心位置仍用LDSP重复计算。 　　1．2 菱形十字搜索(DCS)算法 　　菱形十字搜索算法(DCS)算法是在DS算法基础上改进而来DCS的匹配模板是建立在两种不同的搜索模板之上的，即大菱形十字型(LDCSP)和小菱形十字型(SDCSP)如图1所示。其中十字型可以对应于实际的运动的矢量分布，而交叉型则是为了加速搜索效果 　　DCS算法在进行运动估计匹配运算时，有三种可能的情况： 　　(1)若MBD点位于LDCSP中心位置说明图像是静止的，DCS算法一步结束； 　　(2)若MBD点位于LDCSP小十字位置说明图像的运动较小，则茬此基础上按照SDCSP模板反复进行交叉搜索 　　(3)若MBD点位于LDCSP大十字位置，说明图像的运动较大则在此基础上按照LDCSP模板反复进行交叉搜索。 　　由此可以看出DCS算法的优点是，可以根据图像的运动类型(如上述三种情况)白适应选择下一步相应的搜索模板，使搜索与图像内容有关(基于内容的搜索)从而得到较好的搜索效果；DCS算法的搜索并不一定要经历模板由大到小的必然过程，有时一步即可完成搜索；用DCS搜索时┿字形模板对应于实际的运动矢量分布，交叉形模板则有准确性“聚焦”特性这从本质上体现了DCS是粗定位和准确定位的有效结合。 　　視频图像的运动矢量大部分为零矢量或运动很小的矢量运动矢量为零的块称为静止块；运动矢量很小的块(以搜索窗口中心为圆心，两像素为半径的圆内)称为准静止块：而其他的称为运动块如果有超过80％运动矢量很小的块可被看作静止或准静止块。因此可设一个阀值T，當运动矢量的值小于T时可用SDCSP搜索法直接进行精确定位，找出最优点；当运动矢量的值大于T时可用LDCSP搜索算法找出最优点。 　　运动矢量涳间域的预测方式有运动矢量中值预测、空间域的上层块模式运动矢量；在时间域的预测方式有前帧对应块运动矢量预测和时间域的邻近參考帧运动矢量预测本文采用运动矢量中值预测方式。根据与当前E块相邻的左边A块上边B块和右上边C块的运动矢量，取中值作为当前块嘚预测运动矢量如图2所示。 　　设当前要编码块E的运动矢量为MVp如果运动矢量的值MVp≥T，则与E块相邻的各块间运动的相关性较高表明该區域的变化比较平缓；如果运动矢量的值MVp<T，则与E块相邻的各块间运动的相关性较低表明该区域变化比较剧烈。通过对missa、grandmother、carphone、salesman的检测可知取阈值T=2。 　　3 自适应运动估计算法 　　结合上述DCS算法和阈值的确定可采取先对视频图像的运动块进行阈值的判断，再根据判断结果进荇最佳匹配块的搜索具体搜索步骤描述如下： 　　Step 1：判断当前块运动矢量MVp和阈值确大小。若MVp≥T则进入Step 2；若MVp<T，则进入Step 5 　　Step 2：用LDCSP在搜索區域中心及周围8个点进行匹配运算，然后判断找出MBD点。若MBD点位于中心点说明宏块是静止的，DCS算法一步结束得到最优匹配块；否则进荇Step 3。 　　Step 3：若MBD点为LDCSP模版的小十字处以该点为中心构建SDCSP进行匹配计算，若MBD点位于中心点所得MBD点为所求。否则进入Step 4。 　　Step 4：若MBD点为LDCSP模版嘚大十字处以该点为中心构建LCSP进行匹配计算，进入step 2 　　Step 5：用LDCSP在搜索区域中心及周围5个点进行匹配运算，然后判断找出MBD点。若MBD点位于Φ心点所得MBD点为所求；否则继续Step 5。 　　算法流程图如图3所示     <Script 　　从表1可知：a．FS搜索效果最佳但耗时太长；DS算法有较大改进，可以实现實时压缩；DCS比DS运行时间都有不同程度的减少，故DCS算法在搜索速度有优势b．从单个序列来看，DCS算法对missa和salesman时间优化最为显著分别只占FS算法的7．42％、7．50％和DS算法的98．17％、97．49％；对carphone序列的搜索速度也有很大优化，占FS搜索算法的7．97％和DS算法的97．82％综合视频特性可知：DCS算法针对運动平缓的视频对象搜索速度优化明显。 　　4．2 信噪比的比较 　　对标准测试序列claire和carphone序列进行测定计算PSNR得表2。 　　表2中FS的平均PSNR最高达箌42．38，但搜索时间最长；DS的PSNR最低为42．31，而DCS为42．35高于DS算法，且仅低于FS算法0．03dB从单个序列来看，DCS算法对claire的优化程度最大超过了FS的PSNR值，說明DCS算法身体静止仅面部表情运动特点视频适用用DCS算法计算得到的carphone的PSNR值虽然低于FS算法，但高于DS算法；missa序列的DCS算法的PSNR值和FS、DS法的相差不大故DCS算法在搜索速度、图像质量上均有保证。 　　5 结束语 　　本文从搜索时间和图像质量两方面对各种块匹配运动估计算法进行了性能分析比较实验结果表明，将菱形十字交叉搜索算法和阈值判断结合在搜索速度方面，有很大程度的优化而且能得到与FS、DS搜索算法相当嘚图像质量。DCS算法针对运动平缓的视频作用明显由此推知该算法适用于电视电话、远程教育等实时视频压缩。

发酵工业是技术密集型的產业它涉及到微生物学、生物化学、化工、自动控制技术和计算机技术等。在发酵工业中发酵罐的何种从几立方米发民到几十立方米，而今是几百个立方米甚至上千立方米。对于这样大型的发酵罐系统若操作控制不当，将会造成极大的经济损失对于具有高度非线性、时变性和复杂相关性的发酵过程，为了获得高的产率和提高经济效益加强发酵过程，为了获得高的产率和提高经济效益加强发酵過程的监督和控制是非常重要的。 集散控制系统（DCS）是70年代中期发展起来的自动控制系统装备它集计算机软件和硬件技术、控制技术、通讯技术、图形显示技术、冗余技术、故障诊断技术和先进控制技术为一体。控制分散、危险分散而操作集中、管理集中是DCS的基本设计思想。分层阶梯的分布式结构灵活、易变更、易扩展是DCS的特点。 针对我国发酵企业规模相对较小而控制要求较高的情况有必要开发适用於发酵过程优化控制的低成本、开放型、高性价比的集散控制系统并将智能控制技术融入传统的集散控制系统中，采用模糊控制、专家系统与常规控制相结合的技术提高控制精度。 2、 FPC2000集散控制系统的硬件结构 从发酵过程管理和控制两方面综合考虑实现总体目标最优化出發企业管理控制系统可分为3级，即管理级、监控级和直控级构成管控一体化的综合系统。 FPC2000DCS系统硬件主要由直控级控制站、监控经计算機系统、数据通信系统和管理计算机系统四部分组成系统硬件结构如图1所示。监控级计算机通过现场过程总线最大可接128个直控级控制站。管理计算机通过局域网与监控级计算机相联具有将生产现场控制和生产管理集成的功能。 直控级控制站采集现场测量信号经运算后茭结果送回现场执行器对生产过程进行控制它是DCS的基础，其它部分都是有赖于它才能发挥作用控制站通常安装在工业现场，通过现场總线与监控级计算机相连常用的控制单元如下：单回路或双回路智能表、可编程控制器（PLC）、多功能控制器、数据采集器、变频器等。 監控级计算机系统主要履行工程师站、操作员站、实时通讯、实时数据库管理及系统监视、优化运算等功能管理级计算机系统主要履行管理（调度）决策职责。 要构成这样的三经集散控制系统其核心的问题是联网功能，它包括监控经与管理经之间构成的局域网络（目前采用广泛使用的3+网或Novell网）、各控制单元与监控级之间构成的现场总线网络（最简单的办法是用RS485串行通讯方式对于上述各过程控制单元和監控计算机都有标准的串行通讯接口，实现起来较容易这种通讯方式当控制单元较多时效率较低，所以适用于中小型系统） 3、 FPC2000DCS 系统软件及功能 3.1 组态软件的层次结构 FPC2000DCS软件是基于Windows98、WinNT平台使用，为用户提供一个友好、方便、宜学、实用的操作接口采用Microsoft公司的Visual Basic6.0程序设计语言进荇编程设计。 FPC2000DCS工控组态软件的结构可分3个层次如图2所示，底层是与直控级控制站相连的输入输出接口数据处理层它主要完成上层软件與直控级控制站之间的数据信号的转换和缓存。中间层是实时数据库控制层实现实时数据、历史数据、设备数据等数据之间的关联和控淛，并对图形显示模块、实时趋势模块和报警模块进行控制上层是关系型数据库控制层，主要完成用户对数据库提出的各种操作查询请求根据要求定期对数据库（包括实时数据记录库、登录库和其它的事件、操作、故障记录库）进行维护管理及备份，并通过它实现报表苼成、历史曲线的显示等功能 3.2 组态软件功能 FPC2000DCS的组态监控软件以数据库为核心，采用模块化方法进行程序设计按模块功能划分，整个组態软件由工程师功能、操作员功能、通讯和数据采集功能、数据库管理和系统监控功能5部分构成 工程师站提供系统所需的全部组态与组態与组态系统维护功能，可方便地扩充系统的功能例如能方便地加入一个新的模块，而不需要改整个系统的软件结构操作站提供操作員所需的各种操作功能，可以显示各种画面生成各种报表，可综合系统历史资料指导控制操作。 监控级通信软件分为两部分即与控淛站的通信和与管理系统的通信。数据库管理模块主要功能是记录和整理各类过程资料和信息数据库包括实时数据库、历史数据库、报警数据库、离线数据库、智能控制系统的知识库等，其中实时数据库是FPC2000DCS组态软件的核心除实时数据库外，其它数据库都采用关系数据库結构设计 监控级计算机的系统监视功能可使操作员坐在控制台前便可观测到所有设备的运行状况。每个设备不断地执行自诊断并向操莋站报告诊断结果，操作站对所有设备进行定期扫描收集它们的诊断结果并显示。操作站的监视功能以后台方式运行自动完成。任务調度功能协调各任务的执行任务调度策略是按系统中各任务优先权大小决定任务被分行的先后次序。 智能控制子系统是FPC2000DCS特有的功能针對发酵过程的特殊要求而开发，智能控制技术与集菜控制系统（DCS）结合使DCS跃升到一个更高的水平。 4、 发酵过程智能控制 4.1 FPC2000DCS在补料分批发酵過程控制中的应用 补料分批发酵是介于分批发酵和连续发酵之间的过渡类型它兼有分批发酵和连续发酵的优点，而且克服了两者的缺点是目前发酵工业中较有代表性的一种发酵工艺。FPC2000集散控制系统应用于补料分批发酵时用过程总线联网方式减少布线量，使系统维护方便 发酵过程中温度、PH、溶氧、泡沫、压力等是设定值控制。但它们有两个特点：（1）设定值并非整个过程保持常数而是分段（曲线）控制，每段有一个优化设定点；（2）发酵过程有活细胞活动是个不可逆的过程，大的、突然的扰动应尽量避免 4.2 罐温复合模糊控制系统 對于罐温这样具有大滞后和时变性的系统，当τ较大时，PID控制会引起系统的响应超调过大或发生振荡Smith预估补偿法是解决纯滞后问题的一種有效方法，但需要知道被控对象的精确数学模型这在罐温控制中很难做到。大量应用实例表明：模糊控制的鲁棒性较好对纯滞后及被控对象参数的变化不敏感，但因控制规则粗糙容易产生稳态误差当较大时，尤其如此由于PI控制克服稳态误差的能力较强，为此采用複合模糊控制方法其主要思想是：把模糊控制与PI控制相结合组成复合模糊控制器，通过一个切换开关对被控对象实施控制切换时机由誤差和误差变化率来确定。复合模糊控制系统的结构如图3所示图中PI为常规比例积分调节器，FLC为模糊控制器K为控制开关。 其控制过程是：在过渡过程中因系统的误差和误差变化率较大，复合模糊控制器主要是模糊控制的作用；当系统接近稳态时系统的误差变化率较小，如果误差较大则复合模糊控制器切换到PI控制；如果稳态误差在允许的精度内，则人用模糊控制；当系统受到扰动模糊控制在克服扰動后仍有误差，则切抑郁到PI控制待稳态误差消除后又回到模糊控制。由此可见PI控制作用仅仅是克服稳态误差。 图4是某制药厂多粘菌素發酵生产时罐温设定值从36℃改为35.5℃分别采用常规PI控制（PI控制参数用自整定法确定）与采用复合模糊控制的结果比较。复合模糊（Fuzzy-PI）控制嘚超调量比常规PI控制降低50%调节时间缩短30%。复合模糊控制的动态和表态特性全面改善表现出良好的鲁棒性。因罐温控制为冷却水降温调節所以控制规律为反作用或调节阀为气关（或电关）型。 4.3 PH参数自调整模糊控制系统 PH是微生物生长的另一个重要环境参数在工业生产上，若发酵液PH值偏低则通过加氨水的办法，使其PH值回升；若PH值偏高在发酵前期可适当补加基质来调整，一般不采用加酸的控制手段因此，在PH值控制中必须严格控制好氨水的加入量，绝对不能过量PH对象特性具有严重的非线性、不确定性和较大的时滞现象，采用常规PID控淛精度较低 因此PH控制采用参数自调整模糊控制，结构分别如图和图6所示在PH参数自调整模糊控制中，选择PH值和给定值之差e及ē作为过程输入，加酸的量为过程输出。将PH值经模糊化后转换成模糊变量值，根据相应的模糊规则和模糊关系做出模糊判断，求出加入的酸量為提高控制精度应用Fuzzy修改表对量化因子参数k1 、k2 、k3进行自调整。自调整的原则是当误差e或误差率ē较大时，进行“粗调”控制，这时可以降低对e或ē的分辨率，而采用较大的控制改变量，这可以缩小k1和k2 、放大k3。当e或ē较小时，也就是系统已接近稳态，就实行“细调”控制，这是要提高对e或ē的分辨率，而采取较小的控制改变量，要求放大k1和k2 、缩小k3为简化起见，k1和k2放大（或缩小）的倍数与k3缩小（或放大）的倍数n相同 参数自调整的做法按照模糊控制的方式进行。在进行参数自调整时先以原来的k1和k2对e和ē进行量化得到E和？然后查模糊表得參数应放大（或缩小）的倍数n，再计算出k1= k1n, k2= k2nk3= k3n,作为模糊控制器的新参数进行控制运算。 在PH控制中所使用的阀门常采用开关电磁阀，所以相應的控制方式采用时钟脉冲的控制方式即开关的模拟调节来进行时钟脉冲的周期T是根据系统的滞后时间长短面设定的。输出脉冲宽度是根据模糊控制算法得出的输出控制信号按比例确定通过改变开并阀的开关频率和开关脉冲宽度来调节氨水的加入量，使PH值逐步逼近设定徝从而克服了PH的非线性和滞后特性对控制的影响。 发酵过程中采用常规PID控制PH的控制误差通常为±0.1PH,在L-谷氨酰胺、L-蛋氨酸、多粘菌素等发酵过程控制中采用PH参数自高速模糊控制方法，PH的调节迅速控制误差在±0.05PH以内，控制精度提高100% 4.4 溶氧变区域专家控制系统 发酵过程的溶解氧是一个综合参数，影响因素多除了搅拌转速、空气流量、罐压和罐温等可检测参数的影响外，基质浓度、菌体浓度、产物浓度等不可檢测参数对其也有影响而且生产原料、菌种的不同，都对溶解氧有不同的要求 在高发酵单位的生产中，供氧的制约因素主要有两个：攪拌速率和空气流量目前，中小型发酵罐的搅拌转速可采用变频调速因些可采用以进气量调节为主、转速调节为辅的方法控制溶解氧濃度，控制结构如图7所示 发酵过程的溶解氧的对易特性很难通过系统辨识方法获得，引入人工智能的方法采用变区域专家系统进行流量和搅拌转速相应的允许变化范围。变化区域由知识库给出推理机运用知识库中的知识进行推理。在发酵过程中专家系统不断地对目湔发酵阶段（时间）和情况（如PH、基质浓度、菌体浓度、产物浓度等）进行判断，从知识库中找到相应的溶解氧变化区域和控制规则然後根据此规则计算出进气量和搅拌转速设定值。如某条控制规则为：if（ti1 上式中：t为发酵时间（h）ti1、ti2为发酵时间变值，DO为发酵液溶解氧浓喥（%）DOi为溶解氧控制值，△DOi为溶解氧控制允许变化区域（即控制的死区或不灵敏区）S为基质浓度（g/100mL），Si1,Si2为基质浓度变化区域P为产物濃度（液项效价，万单位/L）Pi1，Pi2为产物浓度变化区域FA为进发酵罐空气流量（m3/min），FAilFAi2为空气流量允许变化区域，△FA为采用PID控制算法计算得箌的空气流量变化量RA为搅拌转速（rpm），△RA为采用PID控制算法计算得到的搅拌转速变化量RAi1，RAi2搅拌转速允许变化区域 在某制药厂50m3发酵罐生產多粘菌素的发酵中，在不同的发酵阶段对溶氧有不同的要求在每个区域规定了进气流量、搅拌转速的调整范围，采用溶氧变区域专家控制使溶氧控制在设定值的±5%范围内采用常规控制溶氧一般会在±10%范围内变化。 5、 工业应用 FPC2000发酵过程集散控制系统已在国内10多家研究院、学校、企业使用在L-谷氨酰胺、L-蛋氨酸、多粘菌素、柠檬酸等发酵生产过程控制中取得成功应用，发酵罐何种从几十升到几百立方米實践表明，该系统运行可靠性高可对发酵过程进行全面的测控，具有很强的数据采集和存贮、曲线优化分析等功能采用智能控制提高叻系统控制精度（罐温、PH、溶氧的控制精度提高50%，响应加快）使发酵生产平稳，不同发酵批次间重复性提高发酵单位都有了不同程度嘚提高。

一、前言 　　分散控制系统(DCS)的主要作用是对生产过程进行控制、监视、管理和决策因此必须具有很高的可靠性，才能保证工厂嘚安全、经济运行随着大规模计算机系统和计算机通信网络的不断发展，可靠性问题己经成为一个十分重要的问题其理论也在这种形勢下不断地发展和完善。可靠性技术的研究内容大致分为四个方面：可靠性设计、可靠性分析、可靠性试验、可靠性管理 　　二、DCS系统嘚可靠性措施 　　在DCS系统中，采用了许多提高可靠性的技术措施这些技术措施是建立在以下四种基本思想上的：① 使系统本身不易发生故障，即所谓的故障预防;② 在系统发生故障时尽可能减少故障所造成的影响即所谓的故障保安和故障弱化;③ 当系统发生故障时，能够让系统继续运行即所谓的故障容错;④ 当系统发生故障时，可以在不停止系统运行的情况下进行维修即所谓的在线维修。基于这四种基本思想DCS系统中采用了各种各样的可靠性措施降低事故的发生及所造成的损失。 　　1、严格进行质量管理和提高系统硬件水平 　　为了实现DCS系统的硬件可靠DCS系统的制造商采取了一系列提高硬件质量的措施，如对元器件进行严格的筛选、老化元器件的降额使用、充分考虑到参數变化的影响、采用低功耗元件、采用噪声抑制技术等 　　2、DCS系统现场设计的可靠性措施 　　DCS出现问题后，将会有无法操作、无法监视等造成设备失控的情况出现轻者出现设备停运影响经济效益，重者危及人身和设备的安全所以在设计中一定要根据现场的具体情况认嫃的考虑系统以下几点可靠性： 　　(1)电源系统 　　DCS系统的供电系统是其运行的基础，电源负荷不要超过60%以免电源高负荷运行。同时要考慮用高品质的电源一般笔者采用UPS电源，采用两台UPS互为备用最好一台出现故障后备用机能够无扰切换，提高电源的可靠性UPS输入电源不偠采用电气的同一母线，要根据电气厂用接线取可靠性高的不同母线段电源这样保证电气一段母线出现问题后不会影响DCS系统的电源。DCS电源系统(UPS、电源柜等)在现场安装时要安装在满足无尘、无振动、防腐等要求的电子设备间内同时安装完毕通电前把电缆孔封堵，以防泄漏蒸汽从电缆孔进入电源系统造成电源短路在DCS电源上电后，要在UPS、电源柜等设备上挂“设备带电运行禁止操作”标识牌更不准可以在DCS电源系统上接入与DCS系统无关的负载，如检修电源、检修照明、充电设备、空调等 　　(2)冗余系统 　　现场考虑人们有必要对重要的I/O模块进行冗余，同时考虑操作员站的N:1冗余结构这样避免由于卡件或操作员站出现硬件故障造成设备停运。 　　(3)采用后备措施 　　① 手动后备 　　對于重要的控制回路可以采用手动后备的方法来提高可靠性。一旦自动控制失灵用手动操作站直接进行操作，在这种情况下手动操莋站直接输出4～20mA或1～5V的模拟量信号去控制执行机构或直接接地进行设备的操作，可以手动控制生产过程 　　② 自动后备 　　自动后备是采用冗余的方式设置另外一套或几套备用控制装置。当处于运行状态的自动控制装置发生故障时备用控制装置自动投入，维持系统的自動控制自动后备是冗余系统的一种形式，冗余有主控单元冗余、电源系统冗余、网络冗余、I/O模块冗余、操作员站冗余、服务器冗余等運行设备出现故障时，热备设备会自动无扰的运行同时不影响对故障设备的检修。 　　3、使系统故障时处于安全状态 　　DCS系统本身在工莋中不断地进行在线故障检测一旦发现故障，就将故障设备与系统隔离使它不至于影响其他设备的正常运行。故障出现后同时会发出聲光报警维护人员根据报警的提示进行分析故障原因并尽快的处理故障，避免故障扩大在处理过程中要做好现场的技术措施，不要轻噫重启CPU以免对设备造成扰动。如果需要重启CPU需要与操作人员配合做好预防措施，一般DCS在CPU复位时会对模拟量输出信号进行复位这样可鉯对执行器和变频器采用手动切换控制方式，执行器也可以采用断电方式或将模拟量输出卡件拔掉方式(执行器具有断信号保持功能)系统囸常后将信号加到正常值后再给执行器上电和插卡件。但是一定要根据DCS本身的特点进行有的设计中有开关量安全输出(开、关、保持等)，洳果用户在组态时选的安全输出是开那当重启CPU后开关量会发出开的指令。 　　三、现场条件 　　1、现场环境 　　DCS系统一般都放在控制室內或计算机电子间内计算机室应隔热、防尘还需要避开强电磁场的干扰及远离强振动、强噪音场所。计算机室的净高宜不小于3.2m面积宜鈈小于20m2(一台计算机及其外围设备)，室内应有电插座地面应采用无尘、无静电作用光滑地板，该地板宜用活动地板下部空间高度不小于150mm。计算机室应保证室内温度在18～25℃范围内温度变化率小于5℃/h，相对湿度在45%～70%范围内任何情况下不许结露。当空调设备发生故障时应維持室温在24小时内不超过制造厂允许值。以上条件需要在DCS系统上电工作前严格控制工作环境是保证设备可靠运行的基础，若环境要求达鈈到要求DCS系统在运行过程中会受到不同程度的影响，如温度高、湿度大、震动大等都会影响DCS系统的正常运行 2、电缆敷设 　　(1) 控制盘、囼，继电器柜等内部的连接线应选用铜芯聚氯乙烯绝缘电线。需经插件的连接线(或FK型切换开关的连接线)应选用铜芯聚氯乙烯绝缘软线。 　　(2) 热电偶至冷端补偿器、恒温箱或直接与仪表的连线应选用热电偶丝延伸线或与热电偶丝的热电特性相匹配的补偿导线。 　　(3) 模拟量模入模出信号和低电平的开关信号应使用屏蔽电缆连接信号电缆芯的截面应大于等于1mm2。而高电平(或大电流)的开关量的输入输出信号可鼡一般对绞电缆(控制电缆)连接但应与模拟量信号、低电平开关信号分开，单独走电缆槽 　　(4) 微弱信号及低电平信号，特别是要求抗干擾信号(如计算机、分相仪表转换器前)不应与强电回路合用一根电缆或敷设在同一根保护管内。 　　(5) 不同信号或不同电压等级的电缆不宜在同一层托架中敷设;当在同一层托架中敷设时，应分类布置必要时用隔板隔开。 　　(6) 严禁电缆平行敷设在油管路的正上方或燃气管路嘚正上方以及在油管路接口的下方通过。 　　(7) 计算机的输入输出信号电缆应敷设在带盖的电缆槽中电缆槽道及盖板应保证良好接地。單根信号电缆应穿在钢制电缆管中敷设电缆管要保证良好接地。电缆屏蔽层宜选用铜带屏蔽或铝箔屏蔽 　　3、现场接地常用注意事项 　　DCS系统对接地要求比较严格，在现场接地时一定要严格按照DCS厂商的接地规范严格接地否则会影响DCS系统的可靠性。对DCS系统现场接地时应紸意以下几点： 　　(1) I/O柜的电源地与UPS的电源地必须接至同一个地保证等电位。 　　(2) 接地电缆必须符合DCS厂商的要求并要接到机柜内专用的接地螺丝上。 　　(3) 系统接地与屏蔽接地不能在机柜汇合必须单独接入到接地网。 　　(4) 柜间接地不能用机柜并接螺栓代替必须用接地线嚴格连接。 　　(5) 接地要牢固可靠汇流连接板并要涂防腐漆。 　　(6) 接地电阻符合DCS系统要求并要进行严格的测定。 　　(7) 接地严格按照DCS厂商接地要求接地不能为了省事走捷径或不按照接地线线径要求进行接地。 　　DCS系统接地不符合要求在运行过程中会出现很难预料的故障，如信号采集错误、通讯不正常、计算机死机、控制失灵、保护误动等 　　四、系统维护 　　对DCS系统维护总结以下几点： 　　(1) 定期对DCS系統电源进行检查，对于冗余电源系统要定期进行切换实验工作同时对UPS电源进行定期的切换检查，对电池按照要求进行定期放电充电 　　(2) 定期检查网络接头和各连接线是否牢固，控制柜内的各接线端子是否牢固可靠 　　(3) 经常检查控制单元、I/O模块、其他模块等的工作是否囸常。 　　(4) 定期检查接地是否牢固测试接地电阻是否符合要求。 　　(5) 定期检查控制器、计算机等的工作负荷并注意是否有升高现象。 　　(6) 定期检查MMI硬盘并删除零碎文件，历史文件经常进行外设归档备份 　　(7) 利用机组检修期间逐个复位DCS系统的DPU(分散处理单元)和MMI(人机接口)，以消除计算机长期运行的累计错误 　　(8) 对于DCS系统和其他系统(比如MIS(计算机管理系统)、SIS(厂级监控信息系统)等)的接口，建议在其他系统侧的網关站上加装病毒防火墙，并及时更新病毒库同时及时更新操作系统的补丁，提高系统的安全性 　　(9) 定期检查系统风扇是否工作正瑺，风道有无阻塞以确保系统能长期可靠地运行。 　　(10) 在机组大小修停机时应注意检查DPU主机卡COMS电池的电量。当出现因COMS电池没电而引起COMS數据丢失的情况时应整批更换主机板的COMS电池。 　　(11) 定期巡检习惯、定期检查、定期清扫保证DCS系统运行环境清洁干净。

DCS合理、可靠的系統接地是DCS 系统非常重要的内容。为了保证DCS 系统的监测控制精度和安全、可靠运行必须对系统接地方式、接地要求、信号屏蔽、接地线截面选择、接地极设计、接地箱布置等方面，进行认真设计和统筹考虑本文根据DCS系统的设计规范要求，对DCS系统接地进行讨论和简要的介紹以供大家在DCS系统设计、安装、维护中参考。 　　1、DCS系统接地的基本要求 　　DCS系统接地是为了保证当进入DCS系统的信号、供电电源或DCS系统設备本身出现问题时有效的接地系统能承受过载电流并可以迅速将过载电流导入大地。接地系统能够为DCS提供屏蔽层消除电子噪声干扰，并为整个控制系统提供公共信号参考点(即参考零电位)当接地系统发生问题时(接地电阻过大，多点接地接地线断线或接地线与高电压、大电流设备相接触等)，会造成人员的触电伤害及设备的损坏据了解，有些电厂DCS系统经常“死机” (或不明原因的“死机”)大多是因为接地系统不良或存在问题所引起的。 因此完善、可靠、正确的接地，是DCS 系统能够安全、可靠和良好运行的关键 　　1.1DCS接地分类 　　在一般情况下，DCS控制系统需要两种接地：保护地和工作地(逻辑地、屏蔽地等)对于装有安全栅防爆措施的系统如化工行业所用的系统，还要求囿本安地 　　1.1.1保护地(CG，Cabinet Grounding) 是为了防止设备外壳的静电荷积累、避免造成人身伤害而采取的保护措施DCS系统所有的操作员机柜、现场控制站機柜、打印机、端子柜等均应接保护地。保护地应接至厂区电气专业接地网接地电阻小于4Ω。 　　1.1.2逻辑地：也叫机器逻辑地、主机电源地，是计算机内部的逻辑电平负端公共地也是+5V等的电源输出地。如CPU的正负5伏、正负12伏的负端需要接入公共接地极。 　　1.1.3屏蔽地(AGAnalog Grounding) 也叫模擬地，它可以把现场信号传输时所受到的干扰屏蔽掉以提高信号精度。DCS系统中信号电缆的屏蔽层应做屏蔽接地线缆屏蔽层必须一端接哋，防止形成闭合回路干扰铠装电缆的金属铠不应作为屏蔽保护接地，必须是铜丝网或镀铝屏蔽层接地接入公共接地极。 　　1.1.4本安地 應独立设置接地系统接地电阻≤4Ω。本安地的接地系统应保持独立，与厂区电气地网或其它仪表系统接地网的距离应在5m以上。 　　1.2DCS系统接地方式 DCS系统一般接地方式 　　1.2.1利用电气接地网作为DCS接地网即与电气接地网共地; 　　1.2.2设DCS系统专用独立的接地网; 　　1.2.3设DCS专用接地网，经接哋线、再接至电气接地网; 　　由于第三种接地方式与第二种接地方式有较多相同处过去，计算机或DCS系统曾经较多的采用过专用的接地网但这种接地方式存在的缺点是：占地面积太大，投资高电缆及接地网钢材耗量大，距厂房有相当的距离(因不易在厂房内找到合适的位置)管理、维护、测量及查找接地极和接地线不方便，且效果不甚良好根据实际运行表明，设置专用的DCS接地网是既困难又不安全的如某电厂曾因接地问题，造成机组跳闸数十次根据调查，不少电厂DCS后来改用电气接地网接地取得了良好的效果。 　　1.3对公共接地极(网)的偠求 　　1.3.1当厂区电气接地网对地分布电阻≤4Ω时，可将厂区电气接地网当着DCS系统的公共接地极(网) 　　1.3.2当厂区电气接地网接地电阻较大或雜乱时，应独立设置接地系统即为DCS系统的公共接地极(网)。 　　1.3.3没有本安地接入的公共接地极(网)的对地分布电阻小于4欧姆;有本安地的小于1歐姆接地总干线的线路阻抗小于0.1欧姆。 　　1.3.4接地极周围15米内无避雷地的接入点8米内无 30KW 以上的高低压用电设备外壳的接入点。当现场无法满足该条件时防雷保护地通过避雷器/冲击波抑制器与公共接地极的主干线相连。电焊地切勿与公共接地极及其接地网搭接在一起二鍺应距离10米以上。 　　2、DCS系统的接地原则 　　2.1DCS系统设置的接地装置 　　2.2.1操作台、打印台、服务器柜：设有保护地螺钉 　　2.2.2继电器柜、UPS柜、配电柜：设有保护地螺钉。 　　2.2.3DCS的I/O机柜：设有屏蔽接地汇流排保护地螺钉。系统地(+24V地)悬浮 　　2.2.4仪表柜、手操盘台：设有屏蔽地接地彙流排，保护地螺钉 　　2.2.5安全栅柜：设有屏蔽地接地汇流排，本安地接地汇流排保护地螺钉。 　　2.2信号屏蔽及其接地 　　2.2.1根据有关技術规定要求计算机或 DCS系统信号电缆的屏蔽层不得浮空，必须接地其接地方式应符合下列规定： 　　2.2.1.1当信号源浮空时，屏蔽层应在计算機侧接地; 　　2.2.1.2当信号源接地时屏蔽层应在信号源侧接地; 　　2.2.1.3当放大器浮空时，屏蔽层的一端与屏蔽罩相连另一端宜接共模地(当信号源接地时，接信号地当信号源浮空时接现场地)。 　　2.2.1.4当屏蔽电缆途经接线盒分断或合并时应在接线盒内将其两端电缆的屏蔽层连接。 　　2.2.2 DCS系统信号电缆的选择与敷设应严格按照有关规定执行。屏蔽电缆的屏蔽层应按以上要求进行接地为了提高DCS 系统的抗干扰能力，DCS系统開关量输入/输出信号选用阻燃型对绞铜网屏蔽计算机电缆还是比较恰当的。3、DCS系统的接地方法   　　3.1集中布置的DCS设备接地方法 　　   　　3.2分散布置的DCS设备接地方法 　　分散布置DCS系统设备之间的连接一般是网络(通讯)线例如：现场控制站分散到现场，而操作员站位于不同的控制室分散直径在500米的范围内，各站点间使用多模光纤或5类双绞线或DP屏蔽双绞线等连接 　　3.2.1使用光纤连接的站点：各站点内的接地方法同集中布置的DCS设备。 　　3.2.2使用5类双绞线或DP屏蔽双绞线连接的站点： 　　3.2.2.1控制室的各类地线先连接到公共连接板公共连接板通过接地总干线與公共接地极相连。从公共接地极看过去整个接地网络是一个星型结构。 　　3.2.2.2 使用5类双绞线或DP屏蔽双绞线两头通过网络浪涌保护设备(信號避雷器、通流量不小于5KA)与DCS的SWITCH、HUB、REPEAT、或其他网络设备相连两边的站点有各自的公共接地极，二者不必有金属连接各站点的接地方法同集中布置的DCS设备。5类双绞线或DP屏蔽双绞线必须穿镀锌钢管或金属桥架敷设钢管或桥架必须可靠接地。当雷击或者电气事故造成两边地電位差过大时，信号避雷器可以保护两边的设备 　　3.3 DCS设备接地安装 　　3.3.1接地体：为钉入地下的良导体，由接地总干线传来的电流通过接哋体导入大地接地体与接地总干线之间采用铜焊，焊接后应做防腐处理可用接地网干线把多个接地体连接成网，接地网应满足DCS系统接哋电阻的要求当接地网干线与接地体采用搭接焊时，其搭接长度必须为扁钢宽度的2倍或圆钢直径的6倍图3-2为典型的多接地体安装图。 　　   　　   　　3.4 DCS系统接地降低土壤电阻率的方法 　　3.4.1改变接地体周围的土壤结构在接地体周围的土壤2～3m范围内，掺入不容于水的、有良好吸沝性的物质如木炭、焦碳煤渣或矿渣等，该法可使土壤电阻率降低到原来的1/5～1/10 　　3.4.2用食盐、木炭降低土壤电阻率用食盐、木炭分层夯實。木炭和细掺匀为一层约10～15cm厚，再铺2～3cm的食盐共5～8层。铺好后打入接地体此法可使电阻率降至原来的1/3～1/5。但食盐日久会随流水流夨一般超过两年就要补充一次。 　　3.4.3用长效化学降阻剂用长效化学降阻剂方法可使土壤电阻率降至原来的40%。 　　 3.5 DCS系统接地材料及要求   　　3.5.1接地体与接地网干线的材料要求 　　接地体和接地网干线所用钢材规格可按下表选用若接地电阻满足不了要求时，也可选用铜材洳果接地体和接地网干线安装在腐蚀性较强的场所，应根据腐蚀的性质采取热镀锌、热镀锡等防腐措施或适当加大截面 　　   　　3.5.2接地连線要求 　　DCS系统的保护地和屏蔽地连线应使用铜芯绝缘电线或电缆连接到厂区电气专用接地网或接地体上。小表列出各类接地电缆可选用嘚规格当接地连线距离较长、DCS系统对接地电阻要求较高或接地干线分接的支线数量较多时，宜选用表中截面较大的电线电缆 　　   　　4、现场接地常用注意事项 　　4.1现场控制站：接地螺丝因机柜本体与底座间有胶皮形成绝缘，屏蔽地汇流排与底座间绝缘现场控制站必须按规定做好接地处理。即分别接至现场控制站接地汇流排上I/O柜的电源地与UPS的电源地必须接至同一个地，保证等电位 　　4.2现场控制站：操作员站、工程师站、网络交换机、服务器主机、系统显示器等采用外壳接地或直接将电源地线连接至电气接地网。 　　4.3 I/O模件：模拟量模件的40端即直流24伏的负端接至逻辑地汇流排上逻辑地汇流排接至屏蔽地，再接入总接地汇流排 　　4.4.现场控制站的保护地应从机柜下方的接地螺钉接至接地分干线, 现场控制站的屏蔽地应从接地汇流排接至公共连接板。 　　4.5接地系统的电阻必须进行测试以保证接地能满足控淛系统制造商的要求。

循环流化床锅炉是被国际公认的高效、低污染的清洁燃烧技术是国家重点鼓励和发展的环保节能项目。该锅炉具囿燃烧效率高负荷调节范围大，无需加装脱硫、脱硝装置即可实现90%脱硫率满足环保要求，以经济的方式解决大气污染问题而且煤种適应性广，排出的灰渣活性好容易实现综合利用。目前国内300MW等级循环流化床锅炉消化引进阿尔斯通技术和常规煤粉锅炉相比主要在燃燒系统方面存在差异其具有如下特点：     通常锅炉四角分别布置4个返料器和4个外置流化床，外置床中布置了中温过热器低温过热器和高温洅热器等锅炉受热面。     锅炉左右两侧配有风道燃烧器每侧风道燃烧器含有两支油枪，床上左右两侧各配有4支床上油枪     风烟系统中一次風作为主要流化风，二次风分上中下分级送风助燃多路流化风对返料器、外置床等受热室起到流化作用。     风烟系统中灰循环的合理建立昰锅炉稳定燃烧的重要前提也是控制床温、再热汽温的基础。     由于循环流化床锅炉的复杂性锅炉炉膛安全监测系统和常规煤粉炉有较夶差别，包含锅炉跳闸BT、送风跳闸AT和主燃料跳闸MFT三个主要跳闸信号     由于循环流化床锅炉的大滞后特性，自动控制难点在协调控制床温控制、床压控制、过热汽温控制和再热汽温控制。     对于循环配套直接空冷系统直接空冷的控制关键在于风机转速主指令控制，即如何设萣好背压是一个关键既能够考虑到汽轮机效率，又能考虑到风机电耗率达到一个最佳经济性指标，同时兼顾到低温防冻保护     蒙西DCS项目由DAS、FSSS、SCS、MCS、DEH、ECS、ACC等部分组成，总点数约20000点采用TPS系统，总配置单元机组配置控制器18×2对公用系统配置控制器2对，ACC配置控制器2×2对操莋员站6×2台，工程师站2×2台OPC接口服务器1×2台。单元机组系统配置如下图所示 因为传统辅控系统表现出来的以上问题，在信息化技术和控制技术日益成熟今天辅控系统的一体化设计已经成为电站辅控系统的发展趋势。辅机一体化系统与传统系统相比具有以下特点：     各分系统通过高速网络相连信息共享便捷，便于系统间协调配合     集控运行统一布置运行人员配置少，减员增效明显 以一套2X600MW机组的典型辅机┅体化系统为例其推荐配置方案如下图。该系统初步包括了输煤系统、水务系统和除灰除渣系统根据不同电厂的要求，脱硫系统、制氫系统等也可以并入系统该辅机一体化系统配置了一台全局工程师站、三台分系统工程师站、四台操作员站。网络系统采用容错工业交換机实现为两条冗余100Mbps工业以太网。根据物理距离的远近通讯介质可以灵活采用屏蔽双绞线、光纤或者是光纤与双绞线的混合配置。系統对外提供了统一的接口服务器采用OPC规范。同时在系统融合了闭路电视系统，可以实现生产运行数据和现场生产视频情况的同步监测 系统控制设备较多，控制分散覆盖距离远。主要设备包括给料机除铁器，碎煤机三通分料器，犁煤器和速度跑偏，拉绳等就地保护设备设备间具有一定的联锁保护关系。     输煤流程具有顺序性特点系统启动时，按照逆煤流方向逐台进行；系统停止时按照顺煤鋶方向逐台进行。     输煤系统具有顺序输煤功能自动配煤功能和余煤配煤功能。     考虑到电厂的输煤程控控制对象较分散在离控制室较远嘚皮带和煤仓附近设置远程IO站。     3.2配置方案     根据输煤程控自身特点以内蒙古太西煤集团长山自备电厂输煤工程应用为例，采用SIEMENSS7-300系列控制系統采用双机热备配置，主备采用完全相同的配置即双机架、双电源、双CPU、双通讯模块，双机做到无扰切换；控制层通讯采用PROFIBUS-DP通讯监控层采用工业以太网通讯，控制器冗余采用西门子软冗余方式控制系统配置UPS电源的双供电系统，确保系统的稳定运行上位机配置两台研华工控机，完成系统的操作任务 空冷（ACC）主要将汽轮机排汽用空气冷却成水，达到保证生产同时节约水资源目的该空冷控制系统包括顺流风机、逆流风机、冷凝水排水阀、竖管阀、抽空阀、抽空泵、抽空泵进口阀、抽空泵给水电磁阀和旁路抽空阀等设备，以及油压开關、振动开关、电机电流等信号采集装置要求一键启动且所有风机和阀门自动控制来实现背压稳定，系统具有如下特点：     控制对象为风機和阀门虽然数量较少，但是内部逻辑很精细要求一键启动且全设备全部自动控制     且控制回路较简单，闭环控制较少开环控制较多，实时性要求不太高控制对象较分散， 控制使用的PID较少顺控较多，而且大部分顺控要求循环控制即一直在运行保护要求不多但是各個设备连锁密切，         以蒙西发电厂2X300MW机组脱硫岛为例控制系统采用Honeywell公司TPS系统。单元机组空冷岛控制系统采用1面电源分配柜1面系统节点柜，2媔HPM控制器柜配置2面继电器柜。同时单元机组空冷岛控制系统配置1台工程师站2台操作员站，1台OPC服务接口站 电厂脱硫是将燃煤机组烟气Φ的含硫化合物降低到符合国家排放标准的一种工艺，目前常应用比较广的是湿法脱硫工艺该工艺主要包括工艺水系统，石灰石浆液制備、输送系统吸收塔系统，石膏脱水系统烟气系统等子工艺系统。主要设备有湿式球磨机、浆液输送泵、氧化风机、浆液循环泵以及增压风机等就其控制系统而言，湿法脱硫工艺一般具有以下特点：     烟气脱硫的控制对象比较特殊但数量较少控制对象较分散，控制使鼡的PID较少控制回路较简单；闭环控制较少，开环控制较多实时性要求不太高。另外顺控较多，注重的是时间控制保护要求不多。洇此脱硫控制系统是一个以开关量为主，模拟量为辅并伴有少量调节回路的系统属于典型的混合控制系统，其控制I/O点数约3000点     5.2配置方案 系统共配置三对ControlLogix冗余控制器，采用1794系列分布式I/O分布式I/O采用冗余通讯的ControlNet网络。控制器与操作站的通讯采用冗余的100M以太网配置两台就地操作站，两台集控室操作站一台历史站和工程师站。另外配置一台A3和A4网络打印机SOE如需要，可单独配置控制器实现     电气系统监控过去佷长一个时期内，都采用强电“一对一”硬手操控制发电厂电气设备的控制绝大部分为作用于断路的简单的跳、合、逻辑控制，其操作開关布置在电气控制屏台上电气常规控制的最大问题是所有断路器需要运行人员一对一手动操作，而且因控制室屏面的限制大量厂用電系统的开关只能就地操作，这种控制模式对当前发电厂的“减人增效”不利也使电厂自动化水平的提高受到制约。随着计算机技术的鈈断发展和用于工业过程控制DCS设备制造质量的完善提高发电机，变压器以及厂用电系统中电气系统已成功的纳入了DCS监控对于电气的专鼡自动装置如发电机的AVR，自动准同期装置厂用电源快切装置，继电保护系统等仍采用专用装置来实现这些装置可用通信方式或硬接线方式与DCS接口，另外设置必要的紧急跳闸按钮实现炉、机、电一体化控制功能。     电气控制系统进入DCS后对于电气和热控两个专业调试工作嘚分式、配合也有新的问题，原则上热控人员应负责DCS系统维护工作而所有电气信息的处理，电气控制连锁保护逻辑功能应由电气人员負责，全部电气控制功能应由电气人员负责试验     5.4关于DCS一体化程度问题的研讨     一体化的DCS方案可有2种，方案1是在工程条件具备时采用设备型号统一的DCS一体化方案，方案2并不强调控制设备型号统一但力求运行监控运行维护及信息共享的一体化。笔者认为目前在推行一体化的過程中应着重强调运行监控运行维护及信息共享的一体化，尽量整合但不必强求设备型号的统一，对于一些与主设备配合密切控制方式相对独立的控制系统，如FSSS熄火保护系统汽轮机数字电液控制系统（DEH）及旁路系统等，则需根据DCS厂家是否有这些控制的成熟经验及成熟产品（专用算法、专用接口设备）而定不应一味强求在不具备条件的情况下坚持用某一设备完成全部功能，而最终造成方案失败因此目前要实现这种功能上的一体化，重要的是要实现不同系统间的信息（包括控制信息）共享这样，在DCS上即可监视这些系统的运行参数也可控制这些系统的运行。 随着计算机技术、通讯技术和控制技术的不断发展为满足电网需要，火电机组必须具备更高的调节适应能仂采用厂级监控信息系统（SIS）、一体化的分散控制系统（DCS）及辅助车间控制系统组成信息共享，功能强大的生产自动化网络的方案技術先进，方案合理切实可行，它可以进一步提高机组的经济效益和安全效益使机组的运行管理水平上一个新的台阶。  

　　DCS是计算机技術、控制技术和网络技术高度结合的产物DCS通常采用若干个控制器(过程站)对一个生产过程中的众多控制点进行控制，各控制器间通过网络連接并可进行数据交换操作采用计算机操作站，通过网络与控制器连接收集生产数据，传达操作指令因此，DCS的主要特点归结为一句話就是：分散控制集中管理 　　3、 DCS的结构是怎样的? 　　从结构上划分，DCS包括过程级、操作级和管理级过程级主要由过程控制站、I/O单元囷现场仪表组成，是系统控制功能的主要实施部分操作级包括：操作员站和工程师站，完成系统的操作和组态管理级主要是指工厂管悝信息系统(MIS系统)，作为DCS更高层次的应用目前国内纸行业应用到这一层的系统较少。 　　4、 DCS的控制程序是由谁执行的? 　　DCS的控制决策是由過程控制站完成的所以控制程序是由过程控制站执行的。 　　5、 过程控制站的组成如何? 　　DCS的过程控制站是一个完整的计算机系统主偠由电源、CPU(中央处理器)、网络接口和I/O组成 　　6、 I/O是什么? 　　控制系统需要建立信号的输入和输出通道，这就是I/ODCS中的I/O一般是模块化的，一個I/O模块上有一个或多个I/O通道用来连接传感器和执行器(调节阀)。 　　7、 什么是I/O单元? 　　通常一个过程控制站是有几个机架组成，每个机架可以摆放一定数量的模块CPU所在的机架被称为CPU单元，同一个过程站中只能有一个CPU单元其他只用来摆放I/O模块的机架就是I/O单元。 　　8、I/O单え和CPU单元是如何连接的? 　　I/O单元与CPU是通过现场总线连接的 　　9、 什么是现场总线? 　　现场总线是应用于过程控制现场的一种数字网络，咜不仅包含有过程控制信息交换而且还包含设备管理信息的交流。通过现场总线各种智能设备(智能变送器、调节法、分析仪和分布式I/O單元)可以方便地进行数据交换，过程控制策略可以完全在现场设备层次上实现目前，使用较多的现场总线主要是FUNDATION fieldbus基金会现场总线(FF总线)和PROFIBUS現场总线应用现场总线技术可以将各种分布在控制现场的相关智能设备和I/O单元方便的连接在一起，构成控制系统这种结构已经成为DCS发展的趋势。 　　10、我公司应用的系统中采用什么现场总线? 　　我公司目前应用的系统主要是SIEMENS 的S7和ABB的Freelance2000其中使用的现场总线是PROFIBUS。 　　11、表述網络传输速度的单位是什么? 　　表述网络传输速度一般以波特率(Bps)为单位其含义是每秒钟传输的二进制数的位数。不同的网络一般波特率鈈同相同的网络采用不同的网络电缆也可以达到不同的特率。例如：PROFIBUS现场总线在以双绞线作为网络电缆时通讯速度为1.5KBps采用光缆时可以12MBps。采用普通双绞线的以太网传输速度为10MBps采用光缆时可以达到100MBps。另外传输距离的长短会影响传输速度，一般来说距离越长，速度越慢 　　12、什么是组态? 　　通过专用的软件定义系统的过程就是组态(configuration)。定义过程站各模块的排列位置和类型的过程叫过程站硬件组态;定义过程站控制策略和控制程序的过程叫控制策略组态;定义操作员站监控程序的过程叫操作员站组态;定义系统网络连接方式和各站地址的过程叫網络组态 　　13、我公司的操作员站和工程师站采用什么操作系统? 　　目前，我公司操作员站和工程师站采用的操作系统是中文Windows NT 　　14、什么是PLC? 　　PLC就是可编程逻辑控制器。 　　15、PLC能用于过程控制吗? 　　早期的PLC只是用来完成一些电气逻辑控制和开关量现在的PLC在性能上，特別是对模拟信号的处理能力上已经大大提高因此现在PLC是可以用于过程控制的。 　　16、什么是模拟量和数字量? 　　模拟量是指连续变化的信号(如4~20mA,0~5v);数字量是只有开关状态的信号 　　17、I/O信号是如何分类的? 　　常用的I/O信号一般分为：AI、AO、DI和DO。 　　AI--模拟量输入信号 　　AO--模拟量输出信号 　　DI--数字量输入信号 　　DO--数字量输出信号 　　18、什么是DCS的开放性? 　　DCS的开放性是指DCS能通过不同的接口方便地与第三方系统或设备连接并获取其信息的性能。这种连接主要是通过网络实现的采用通用的、开放的网络协议和标准的软件接口是DCS开放性的保障。我公司目前采用的DCS系统有很好的开放性 　　19、什么是系统冗余? 　　在一些对系统可靠性要求很高的应用中，DCS的设计需要考虑热备份也就是系统冗余这是指系统中一些关键模块或网络在设计上有一个或多个备份，当现在工作的部分出现问题时系统可以通过特殊的软件或硬件自动切換到备份上，从而保证了系统不间断工作通常设计的冗余方式包括：CPU冗余、网络冗余、电源冗余。在极端情况下一些系统会考虑全系統冗余，即还包括I/O冗余 　　20、什么是I/O余量? 　　与冗余不同，I/O余量只是系统中I/O数量大于应用的要求这种余量只是数量上的，主要目的是使系统今后有继续加入控制信号的可能  

由于垃圾焚烧发电技术具有高效率处理生活垃圾、节约能源、建设周期短以及有利于环保等特点;哃时，循环流化床锅炉CFBB(circulating fluidized bed boilers)具有燃烧效率高、适应性强和燃烧强度大等特点是值得采用的新锅炉工艺。所以采用循环流化床锅炉焚烧垃圾發电，既能很好地解决城市生活垃圾问题又能适当缓解近年来的能源危机问题 。 　　一、项目简介 　　上海电气南通区域垃圾焚烧热电聯产项目由上海电气环保热电(南通)有限公司以BOT方式建设位于如皋港经济开发区内，占地12000㎡日处理城市生活垃圾15oot。该项目的服务范围为喃通市、如皋市、通州市和靖江市的城市生活垃圾同时，建成后的垃圾发电厂可以对开发区内的各种固体废弃物进行就地处理电厂采鼡先进的烟气处理装置，保障了大气质量;垃圾处理过程中利用焚烧技术发电并网;焚烧发电厂产生的余热可以作为园区工业和生活用热的来源这样，从垃圾处理、废气处理到发电、供热的问题可以同时解决项目自建成正式投产之日起经营25年，经营期满后将整体无偿地移茭给如皋市人民政府。该项目包括3台日处理垃圾500t 、产汽75t/h的循环流化床垃圾焚烧炉2台15MW抽凝式汽轮发电机组。项目中DCS系统采用上海自动化仪表股份有限公司DCS公司自主开发的SUPMAX800系统   　　二、CFBB焚烧垃圾发电厂工艺流程 　　2.1循环流化床垃圾焚烧炉 　　循环流化床垃圾焚烧处理技术与設备集垃圾焚烧、供热和发电于一体，是一种基于循环流化床燃烧技术而发展起来的、新型的、先进的垃圾处理技术和设备循环流化床昰国家相关行业政策明确推荐的节能环保燃烧炉型。该炉型特别适用于燃用劣质燃料对生活垃圾的高灰分、高水分和低热值具有较好的適应性。 　　2.2垃圾焚烧工艺流程 　　垃圾焚烧工艺流程如图1所示 　　   　　2.3流程简介 　　当城市垃圾运到焚烧厂倒入垃圾池后，经抓吊入料斗从焚烧炉的顶端投放进炉内，落在活动床的中央;在流化床内垃圾被剧烈运动的砂粒挤成碎片而很快燃烧掉。产生的蒸汽进入汽轮機做功继而发电产生的烟气则进入除尘排放或综合利用。 　　三、DCS控制与管理 　　DCS控制系统应建立在功能完善、危险分散、物理分离和負荷均衡的基础上以便增强系统的可靠性和可利用率川。在此基础上DCS系统应采用合适的冗余配置，由分散处理单元、过程输入输出通噵、数据通信系统和人机接口等组成具有诊断至通道级的自诊断功能以及高度的可靠性。 system)功能以满足机组各种运行工况的要求，确保機组安全、可靠、高效运行;在应用方面DCS系统应易于组态、使用、修改和扩展，具有开放性易于与其他系统通信;在具体对象设计方面，DCS系统应按垃圾电厂的生产过程分级分层设计，以便在DCS局部故障或设备故障时可自动或操作员手动选择较低一级的控制方式，而不致丧夨对整个过程的控制 　四、系统实施介绍 　　全厂设有一个总控制室，采用炉、机、电集中控制方式对以下内容进行监控： 3x500 t/d的循环流化床垃圾焚烧炉(额定产汽量75t/h )、装机容量为2xC15MW的抽凝式汽轮发电机组及其辅助系统等 　　4.1上位机配置 　　10台操作员站进行生产现场的实时监视囷管理，其中包括1台值长站另设2台工程师站进行组态调试等，并兼做趋势报警服务器 　下位机配置: 　　14套I/O控制站完成现场信号采集、笁程单位元变换、控制和联锁控制算法、控制输出以及通过系统网络将数据和诊断结果传送到上位机。具体分散处理单元(DPU)的配置如下：3台鍋炉共6对(按每台锅炉2对配置，其中燃烧系统1对汽水1对); 2台汽机，共4对(按每台汽机2对配置其中主蒸汽系统、再热蒸汽系统、回热抽汽系統1对，油系统和真空系统l对);公用系统部分2对(减温减压、除氧给水各配置l对) ; 远程循环水1对;远程综合水1对。配电柜配置:   　　系统共配置了3套配电柜即锅炉间1套、汽机间1套、仪表电源柜1套。 　　DCS的电源分配柜和仪表电源分配柜均能接收由电厂需求方提供的两路交流220V(1±10%)和(50±l)Hz的单楿电源这两路电源中的一路来自不停电电源UPS，另一路来自厂用电源仪表电源分配柜内应配有两路电源自动切换装置。 　　在各个机柜囷站内配置相应的冗余电源切换装置和回路保护装置并用这两路电源在机柜内馈电。 　　在每个机柜内配置2套德国魏德米勒冗余直流电源且2套冗余直流电源具有足够的容量和适当的电压。每个直流电源都具有在单独运行时负荷率不超过50%的容量 　　任意一路电源故障都應报警，两路冗余的电源应通过二极管切换回路藕合即在一路电源故障时自动切换到另一路，以保证任何一路电源的故障均不会导致系統的任一部分失电 　　每个I/O机柜配备2套德国魏德米勒冗余直流电源，其中24V系统电源采用1+1冗余配置方案SV系统电源采用2+1冗余配置方案 　软件版本系统采用的软件版本为：win2000,SUPMAxsoo。 　　　在一个大的系统中服务器可以采用分布处理方式，以减轻单机的负荷上面的这些任务可以完铨由单机承担，也可以分配给2台或更多的计算机如图2 所示。在这种方式下服务器的任务被分配到4台计算机，大大减轻了单机的负荷優化了系统性能。 　　   　　4.2网络设计方式 　　SUPMAX800系统网络取名为SUPMAXSOONET网络是全冗余的100 Mbit·s-1，采用星形拓扑连接方式并采用有源HUB或SWITCH作为中继器。SUPMAX800NET采用上海自动化仪表股份有限公司自主研发的基于IP的SMCP通信协议取消了实时服务器结构;并采用完全对等的方式(即点对点技术)，减少了系统洇服务器崩溃造成整个网络瘫痪的风险网络拓扑结构如图3所示。 　　   　　4.3系统控制方案 　　4.3.1 DAS系统 　　数据采集系统DAS由SUPMAX800现场控制站实现所囿I/O信号数据采集并将运行参数、输入/输出状态、操作信息和异常情况等数据实时地提供给运行人员，指导他们安全可靠地操作同时还進行数据记录和储存，供事故分析信号处理 4.3.2 MCS系统 　　SUPMAX800系统应用模块化算法软件经合理组态，实现MCS各子系统控制功能这些子系统包括给沝调节系统、主蒸汽温度调节系统、燃烧控制系统、一次风量控制系统、二次风量控制系统和料层差压控制系统。 　　①给水调节系统 　　给水调节系统是由蒸汽流量、汽包水位和给水流量组成的三冲量全程控制系统它的任务是在启动到满负荷正常运行的整个过程中维持汽包水位在要求的范围内。低负荷时(如25%以下)给水调节系统通过调节给水旁路调节阀来保持汽包水位的单冲量控制;高负荷时(如28%以上)，则通過调节给水主回路调节阀维持汽包水位低负荷控制和高负荷控制的切换可自动或手动，且是无扰双向切换在设计时，水位、蒸汽流量經过温压补偿进行校正给水流量经过温度补偿进行校正。 　　②主蒸汽温度调节主蒸汽温度控制系统由二级减温调节组成采用串级调節;减温器出口温度为导前温度，过热器出口温度为主汽温度并作为主调参数，负荷(主蒸汽流量)作为前馈 　　③燃烧控制锅炉指令(BD) ：根據蒸汽母管压力实际值与设定值的比较，经比例积分微分(PID)运算得到总锅炉指令然后按比例将指令分配给每台锅炉(BD) ，或者根据总负荷需求按比例分配给每台锅炉(BD) 　　热量信号(HR) ：汽包压力微分乘以锅炉蓄热系数与蒸汽流量之和即为热量信号。 　　热量信号与锅炉指令经过高選模块得到输出信号此输出信号根据锅炉燃料一风特性曲线拟合相应风量后，得到总风量指令总风量指令减去一次风量指令则为二次風量指令SAFD。 　　床温控制：床温为主要控制对象控制策略是当负荷需求变化时一次风量变化，一次风量变化直接引起床温变化床温变囮则引起给煤量变化，从而达到床温控制且满足负荷需求。 　　④一次风量控制 　　一次风量控制用来保证流化且按负荷需求 　　⑤②次风量控制 　　二次风量指令SAFD经氧量校正，为最后二次风量指令与实际二次风比较后经PID运算，调节二次风量 　　负荷需求不变时，鈈调一次风主要通过调节煤来满足床温变化。垃圾量不受控则人工进行操作。 　　⑥料层差压控制料层差压通过排渣(冷渣机转速)来稳萣(风室压力由布风阻力和料层差压组成料层差压由风室压力减空板阻力得到，且对应负荷需求) 　　4.3.3炉膛安全监控系统(FSSS) 　　炉膛安全监控系统(FSSS)执行对供风系统、引风系统、炉膛压力和汽包水位等的监视，一旦检测到危及系统安全的条件立即进行MFT(main fuel trip)动作，切断主燃料迫降減温器，并指出首次跳闸原因给出声光报警信号，进行有关的联锁动作以保证锅炉的安全。当出现以下情况时燃烧系统停止。 　　①MFT保护逻辑由DCS系统组态完成触发条件为：手动MFT、引风机跳闸、一次风机跳闸、两台返料风机跳闸、炉膛压力高高、风室风压高高、风室風压过低、汽包水位高高、汽包水位低低、床温连续高高、床温连续低低、一次风量低低。 　　②MFT复位：由热态和冷态不同启动条件经过爐膛吹扫后复位

目前，国内DCS控制系统得到广泛应用它具有控制效果好、可靠性高、系统维护量小、易于组态等特点。在华蓥山电厂2×100 MW機组DCS改造项目中将锅炉定期排污程控纳入DCS控制系统(以下简称定排程控)，经过精心设计和调试获得了成功。 　　1　定排程控设计的策略 　　1.1　设计方案 　　该厂原采用的定排程控装置由于历史原因(技术的发展)已老化，很少投入使用根据该厂的实际情况，拟定组态方案作以下的考虑： 　　1)程控在运行过程中，必须有两个以上电动门出现开/关超时信号定排程控才中断(在实际运行中同时发生两个电动门超时的情况很少)，程控运行中断后“程控停止”按钮显示红色若一个电动门发生开/关超时信号只报警不中断程控，相应的电动门显示黄銫 　　2)0号电动门(排污总门)发生开/关超时信号，定排程控自动中断且“故障显示”按钮变红色 　　3)如果已知某一个电动门有机械故障，茬画面上点击“切除”该电动门就不参程控，程序将“跳步”使正常的电动门参与程控，这样就增加了运行的灵活不要求所有的门必须完好才能运行。 　　4)定排程控投入后按先后顺序进行排污，先打开0号电动门(排污总门)1～17号电动门自动依次进行排污，所有投入程控运行的电动门排污完后最后才关闭0号电动门，此时程控自动结束。 　　5)若出现定排程控故障中断当电动门故障排除后，必须重新點击“定排启动”按钮才能启动程序运行。防止定排程控自动投入 　　1.2　定排电动门开许可条件 　　1)汽包水位高于低一值。 　　2)灭火保护未动作且汽包水位不高必须满足以上两个条件，定排电动门才能打开否则电动门处于闭锁状态。 　　3)必须等上一个电动门排污后巳经关闭才打开下一个电动门，不允许同时打开两个电动门 　　1.3　定排程控启动条件 　　定排程控必须具备下面所有条件才能启动。 　　1)0～17号电动门必须处于关闭 　　2)定排电动门具备开许可条件。 　　3)定排程控按钮投入且定排程控复位信号为0 　　4)定排电动门未送电時，定排程控启动被禁止 　2　使用情况 　　定排程控在调试过程中，在多次征求电厂运行人员意见的前提下反复修改程序和参数，分析各种可能出现的不利因数并加以解决。经静态、动态试验及现场投入运行考验现场运行效果好、使用方便，均认为该项目的改造是荿功的该项目工期短、投资少、结构简单，具有一定的先进性和实用性大大地提高了自动化水平，为锅炉的安全、稳定运行发挥了积極的作用

一 引言 　　燕山石化公司合成橡胶凝聚装置的仪表控制系统原由常规仪表构成，且全是其他装置更换下来的旧表故障率较高。为了提高自动化水平增强仪表控制系统的可靠性，我们对其进行了改造淘汰了控制室内的所有常规仪表，改用DCS 　　浙大中控公司嘚SUPCON JX-300X DCS充分利用了最新信号处理技术、高速网络通信技术、可靠成熟的先进控制算法，使其兼具了高速可靠的数据输入输出运算、过程控制和PLC聯锁逻辑控制功能获得了广泛的应用，特别是其性能价格比优于同等规模的常规仪表系统成了我们仪表改造首选的产品。 　　二 工艺鋶程简介 　　凝聚装置采用水蒸气蒸馏、湿法脱气的原理脱去胶液中的溶剂油。现有两条生产线每条线包括胶罐系统、凝聚釜系统、尾气回收系统。每条生产线有4个胶罐根据胶液熔融指数的不同，不同胶罐中的胶液按相应的比例混配保证胶液熔融指数合格。合格的膠液送至凝聚釜根据水蒸气蒸馏、湿法脱气的原理，采用等压不等温的双釜水析凝聚技术把溶剂油和胶分离。凝聚釜分离出来的溶剂油尾气由尾气回收系统回收再利用 　　三 DCS配置 　　JX-300X DCS由一个多功能站、一个操作站、一个控制站和过程控制网络组成，系统结构如图1 　　多功能站既可作操作站使用也可作工程师站使用。工程师站内装有相应的组态平台和系统维护工具操作站是操作人员完成生产过程监控管理任务的平台。 　　多功能站和操作站的硬件组成是完全一样的包括工控PC机、CRT、鼠标、键盘、网卡、专用操作员键盘、操作台等。控制站完成整个工业过程的实时监控功能由主控制卡、数据转发卡、I/O卡件、供电单元等组成。控制站的各种卡件均可冗余配置为了增加系统的可靠性，我们对控制站的主控制卡、数据转发卡进行了冗余配置控制回路的I/O卡件也采用冗余配置。表1列出了控制站的硬件表2為系统的I/O信号及卡件配备表。   　　四 特殊功能的实现 　　1. 胶液流量的控制 　　胶液自胶罐经胶液泵输送到1号凝聚釜其带控制点流程如图