热工装置自动控制系统解决方案

    热工装置系统是由多个互相关联的高温、高压、大功率的回路装置组成的系统。各型热工系统都存在测点多(达800多点)，涉及到温度、流量、压力、液位、电流、电压等多种物理量的测量与控制，而且环境恶劣，长期处于高温、高压和强电磁场下(电流达到几万安培），同时还要求采集速度快、精度高。

系统特点
    在热工系统中，非法操作或者不正确的操作都可能会导致不可预见的事故发生，因此，集中控制与分散控制必须相结合。热工装置自动控制系统(以下简称热工自控系统)完成集中控制部分的任务，分散控制由各个现场设备控制组成，完成电源配送、信号驱动/变送等任务。
    热工自控系统是整个热工装置系统的控制中枢，相当于“心脏”地位。所以，热工自控系统必须满足安全性强、精度高、速度快、功能灵活、稳定性高、可靠性好和抗干扰能力强的要求。
    目前的热工装置系统中，它们所采用的自控系统虽然具有诸多优点，但在以下几下方面也存在问题：

开放性
    采用源于PC总线或者某个厂商的专用标准，特别是在测控总线、软件接口、电气与机械等方面缺乏开放标准，这将导致第三方产品兼容性、备件替换、软件继承、长期使用等问题。

 
数据采集
    数据采集速度慢、数据吞吐量低、数据转换不方便。

 
控制
    控制算法单调。

计算机
    计算机通常是整个系统可靠性最弱的一环，即使采用双机热备份。

网络
    数据采集、显示与设备控制等不能通过网络进行。

    纵横公司推出的热工自控系统解决方案在多个型号热工装置系统中得到良好应用，它具有以下特点：

开放性高
    测控总线采用VXI总线，VXI驱动软件采用VXI Plug&Play。VXI总线测控技术经过二十多年发展，已经成为非常成熟的技术，得到广泛应用。采用VXI总线的系统具有组建灵活、数据采集与传输快、采集精度以及可靠性高等优点。实践证明，在热工领域，VXI总线技术具有其它总线技术无可比拟的优越性能。

 
标准接口
    应用软件通过DCOM + OPC接口(COMMATIC)存取数据，透明地访问数据采集设备、输入输出设备以及网络、数据库等。

高可靠性
    不仅支持双机热备份，而且还支持通信链路的热备份。所有测控设备本身具有自保功能，即使在整个自控系统都故障时。支持24小时无人值守工作方式。
规模可平滑增加与减小
    通过增加或者减少模块，可以平滑增加与减小系统规模，而无需改动软件。

 

解决方案

系统结构
    该系统由控制系统和数采系统组成，如下图，每个系统由一台主机(Server)构成。两台主机通过VXI总线与计算机网络连接，进行通讯。每一主机同时带有二或三台显示器，这样就能利用现有硬件资源尽可能多的监控热工装置运行过程和采集数据显示。主机通过高速电缆与VXI系统相连。在该系统中，控制与数采系统是分布式控制系统的服务器部分，其它计算机可以客户机或者功能机的角色存取服务器数据。这种分布式控制系统方案把系统功能分成若干子功能实现，各个节点能比较均等地分担控制功能，独立地发挥自身的控制作用，又能相互配合，在彼此通信协调的基础上实现系统的全局管理。因此，这种解决方案具有资源共享、速度快、可扩充性好、可靠性高等优点。




VXI模块
    VXI模块采用纵横公司的JV53413（64通道 100kS/s数据采集模块）、JV53403(64通道 Relay模块)、JV53404(64通道 DI模块)、JV53201(4-20mA 电流输出模块)和信号调理模块。
系统软件
软件构架
    软件是整个自控系统的核心，该解决方案采用以下软件：
● MS Windows NT 4.0 + SP5
MS Windows NT 4.0是目前工业计算机上最实用、最可靠、最安全的32位操作系统。
● BlackLand.IOServer
BlackLand.IOServer是上层应用软件透明访问VXI模块与网络的接口，它遵循DCOM + OPC标准。
● BlackLand.DM
BlackLand.DM执行VXI模块的启动、停止、设置、诊断等任务。
● Citect Application软件
用Citect组态生成的应用软件具有丰富的监控功能，开发快速，使用简单，维护容易。

软件功能与特点
    用于完成现场数据库采集，图形显示，设备操作、报警、趋势显示、数据记录，报表管理及打印功能，具有良好的人机界面和防止误操作特性。 

关键技术问题解决
数据吞吐量
    采用流数据存储技术可以把所有通道（800通道）在工作过程中产生的原始数据、工程量数据按0.1s的采样间隔保存到数据库中，同时实现报警、显示、控制等处理。
控制
    PID控制没有采用专用PID模块，而是充分利用VXI模块与VXI总线的特点，用软件方式完成（即SoftControl），如下图所示：


    基于SoftControl的控制结构不仅能实现PID控制，而且还可以实现工程单位换算、其它控制算法，这样大大提高了控制的灵活性和通道利用率。
    由于采用了VXI存储器，即使在计算机系统“死机”的情况下，它也能保持正在进行的状态，避免整个测控系统的崩溃。
可靠性保证
    在正常工作中，控制系统控制系统运行，数采系统在控制系统正常情况下是不能作控制用的。控制系统与数采系统仅在任何一方出现故障时才肩负控制或者数采的任务，同时报警。用户还可以选择VXI机箱带双零槽，一旦与第一零槽相连的控制系统发生故障，与第二零槽相连的数采系统可以接过控制任务继续运行。这两种方式都可以实现控制系统与数采系统的双冗余备份，提高系统可靠性。此外，采用两级手动键盘（即手动控制与手动切除）可以保障意外时保护现场设备。
    对传感器、变送器、电源、干扰、阻抗匹配与接地等，纵横公司与合作伙伴共同提供解决方案(包括选型、安装、结构化布线、标定、投入、保养等)。
技术指标
模拟输入
采集通道数：448
采集速度：>10次/秒/通道
采集精度：0.1％~0.05％
数字量输入
输入通道数：64
信号类型：有源或者无源
响应速度：0.1s
数字量输出
输出通道数：64
信号类型：开关量(5A/10A)
响应速度：0.1s
模拟输出
模拟输出通道数：32
信号类型：4~20 mADC或1~5 V
响应速度：0.1s
闭环控制
控制回路：32 Loops
响应速度：0.1s/Loop
控制算法：PID或Custom ALG
控制参数：全外置
控制保护：过流保护
控制跟踪：连续