基于dcs的热泵控制系统的制作方法
【专利摘要】基于DCS的热泵控制系统，涉及热泵控制【技术领域】。它为了克服现有热泵控制系统控制不方便，可靠性差的问题。本实用新型能够实时监测物理量有温度、流量、液位和压力，CPU根据监测到的温度控制和接收到的温度控制信号进行计算，以确定每台热泵的工作状态，将热泵控制信号通过模拟量输出卡和数字量输出卡发送至热泵系统，实现对热泵系统的自动控制。本实用新型提供了一种比PLC控制系统更方便快捷的控制方式，能实时监测热泵系统中各个物理参数的变化情况，可实现较复杂的控制过程，具有更高的可靠性。此外，DCS系统开发容易，用组态软件编程简单，操作方便。本实用新型适用于电厂循环冷却水余热回收利用系统。
【专利说明】基于DCS的热泵控制系统
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及热泵控制【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 热泵作为电厂循环冷却水余热回收利用系统的主要设备，现有热泵控制均采用 PLC对生产过程进行控制与监视，因 PLC工业技术与设备特点，热工人员很难对控制程序进 行修改优化，并且无法根据电厂实际运行状况进行安全优化运行。调整热泵运行的效率及 负荷需要专业人员在热泵本体控制面板进行操作，处理问题不及时，并且多台热泵之间并 无通讯和协调控制。热泵作为重要的生产设备其运行状态和实时参数仅仅通过通讯设备进 行监视，不存在冗余设备，这对电厂安全经济运行是极其不利的。 实用新型内容
[0003] 本实用新型的目的是为了克服现有热泵控制系统控制不方便，可靠性差的问题， 提供一种基于DCS (分散控制系统）的热泵控制系统。
[0004] 本实用新型所述的基于DCS的热泵控制系统包括人机交互设备、网络通讯系统和 分布式过程控制站；
[0005] 分布式过程控制站中的每个控制站均包括模拟量测量电路、开关量输入卡，CPU、 模拟量输出卡和数字量输出卡；
[0006] 所述模拟量测量电路包括模拟量输入卡和热阻测量卡，所述模拟量输入卡用于采 集蒸汽流量、循环水流量、疏水罐液位以及抽汽压力信息，热阻测量卡用于采集温度信息， 所述温度信息包括循环水的入口温度和出口温度、热网水的入口温度和出口温度以及低压 抽汽的温度；
[0007] 所述模拟量输入卡的流量信号、液位信号和压力信号通过I/O总线发送至CPU，热 阻测量卡的温度信号通过I/O总线发送至CPU，CPU的模拟量控制信号通过模拟量输出卡发 送至由多台热泵构成的热泵系统，CPU的数字量控制信号通过数字量输出卡发送至热泵系 统；
[0008] 所述人机交互设备包括工程师站、操作员站、历史站和通讯站；
[0009] 所述工程师站、操作员站、历史站和通讯站均通过网络通讯系统与分布式过程控 制站的CPU进行数据传输。
[0010] 本实用新型所述的基于DCS的热泵控制系统的工程师站用来实现设备之间的逻 辑控制和对显示画面进行更改，操作员站用于远程操控现场设备的启停，历史站用来记录 所有监测数据，通讯站用来实现基于DCS的热泵控制系统与外部系统之间的信息交换。利 用EDPF-NT+系统配置的基于DCS的热泵控制系统实现了对热泵控制系统中各设备的状态 及物理参数等信息的监测与控制。网络通讯系统主要负责控制过程中的信息及数据传递。 分布式过程控制站负责热泵系统工艺过程中信息采集及数据处理。系统中模拟量信息的采 集是通过EDPF-NT+系统中的模拟量输入卡来完成，相应的变送器将采集到的压力、流量、 液位等信号转换成4?20mA的电信号发送到模拟量输入卡上，然后模拟量输入卡将电信号 转换成数字信号发送到CPU中。热阻测量卡测量热阻的阻值，并将该阻值转换成数字信号 发送到CPU中。其他的每个热泵的开关状态采集则是通过开关量输入卡来完成的，输入信 号为干接点信号。采集到的信号通过I/O总线发送至基于DCS的热泵控制系统的CPU处 理，然后CPU对系统发出相应的指令。控制系统的输出状态设定则是通过模拟量输出卡和 数字量输出卡来完成的，输出状态设定包括对系统中的各物理参数的设定及各热泵的启停 等。该热泵控制系统主要监测的物理量有：温度，流量，液位和压力。而主要的控制回路则 包括温度控制回路和液位控制回路。在热泵控制系统中有很多重要的监测点，例如：热泵的 负荷量、循环水的入口和出口温度、热网水的入口和出口温度、低加抽汽的温度和压力等。 CPU将计算后的模拟量通过模拟量输出卡发送至执行机构，使执行机构产生预期的动作； 将数字量通过数字量输出卡发送至执行机构，使相应执行机构打开或关闭。整个控制过程 通过采集、运算和执行三步骤达到预期效果。上述控制系统能够提供一种比PLC控制系统 更方便快捷的控制方式，能实时监测热泵系统中各个物理参数的变化情况，可实现较复杂 的控制规律，具有更高的可靠性。此外，DCS软件部分开发容易，用组态软件编程简单，操作 方便。在热泵系统中可以轻松实现对各个过程变量的监视，对温度，流量，液位等物理参数 的控制。
【专利附图】
【附图说明】
[0011] 图1为实施方式一所述的基于DCS的热泵控制系统的原理框图；
[0012] 图2为实施方式一中的分布式过程控制站的原理框图；
[0013] 图3为实施方式一中的控制柜的内部正面的结构示意图；
[0014] 图4为实施方式一中的控制柜的内部背面的结构示意图。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0015] 一：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式所述的基于DCS的 热泵控制系统包括人机交互设备1、网络通讯系统2和分布式过程控制站3 ;
[0016] 分布式过程控制站3包括模拟量测量电路3 - 1、开关量输入卡3 - 2, CPU3 - 3、 模拟量输出卡3 - 4和数字量输出卡3 - 5 ;
[0017] 所述模拟量测量电路3 - 1包括模拟量输入卡3 - 1 - 1和热阻测量卡3 - 1 - 2,所述模拟量输入卡3 - 1 一 1用于采集蒸汽流量、循环水流量、疏水罐液位以及抽汽压力 信息，热阻测量卡3 - 1 一 2用于采集温度信息，所述温度信息包括循环水的入口温度和出 口温度、热网水的入口温度和出口温度以及低压抽汽的温度；
[0018] 所述模拟量输入卡3 - 1 一 1的流量信号、液位信号和压力信号通过I/O总线发 送至CPU3 - 3,热阻测量卡3 - 1 一 2的温度信号通过I/O总线发送至CPU3 - 3，CPU3 - 3的模拟量控制信号通过模拟量输出卡3 - 4发送至由多台热泵构成的热泵系统，CPU3 - 3的数字量控制信号通过数字量输出卡3 - 5发送至热泵系统；
[0019] 所述人机受互设备1包括工程师站1 一 1、操作员站1 一 2、历史站1 一 3和通讯 站 1 - 4 ;
[0020] 所述工程师站1 - 1、操作员站1 - 2、历史站1 - 3和通讯站1 - 4均通过网络 通讯系统与分布式过程控制站3的CPU3 - 3进行数据传输。
[0021] 本实施方式中的DCS采用EDPF-NT+控制系统。针对该热泵系统的工艺过程，及1/ 〇点数，我们为热泵系统配置的DCS系统硬件如下表1至表4所示。
[0022] 表1工程师站、操作员站和历史站的硬件配置
[0023] S [si [H 工业网络交换机 KIEN3016-2M, 2光16电 2 预置电缆 Tm
[0024] 表2网络通讯系统的硬件配置
[0025] S [si [H SIS 接口站计算机 酷睿双核 E5200/2. 5GHz/2GRAM/500GB ? 单项隔离网关 安隔B型 ? 冗余网络通讯控制器~?00Μ ? LCD 显示器 S22A300B ?
[0026] 表3分布式过程控制站的硬件配置
[0027] 名称 | 型号 |数量： EDPF-DPU (500MHz/256M RAM /256M 过程控制器（DPU) 2对 /100M冗余通讯适配器）
[0028] 开关量输入模件 NT200-DI16，16路开关量输入 25 交流继电器型开关量输 NT200-RB(AC/DC)，〗6路交直流继电器输出 13 出模件 模拟量输出模件 NT200-A08,8路输出 1 4-20mA/l-5V 输入模件 NT200-AI16(mA),16 路输入 3 RTD输入模件 NT200-RTD16，16路输入 2
[0029] 表4其他系统设备
[0030] S [x? [li^ 控制机柜 800宽X 2000高X 600深 2 扩展控制机柜 800宽X 2000高X 601深~? 电源网络柜 800宽X 2000高X 600深 ?
[0031] 工程师站1 一 1用来实现设备之间的逻辑控制和对显示画面进行更改，操作员站 1 一 2用于远程操控现场设备的启停，历史站1 一 3用来记录所有监测数据，通讯站1 一 4 用来实现基于DCS的热泵控制系统与外部系统之间的信息交换。
[0032] 利用EDPF-NT+系统配置的基于DCS的热泵控制系统实现了对热泵控制系统中各 设备的状态及物理参数等信息的监测与控制。网络通讯系统2主要负责控制过程中的信息 及数据传递。分布式过程控制站3负责热泵系统工艺过程中信息采集及数据处理。系统中 模拟量信息的采集是通过EDPF-NT+系统中的模拟量输入卡3 - 1 一 1来完成，其接收的输 入信号为4-20mA的电流信号或1-5V的电压信号，温度的采集通过热阻测量卡3 - 1 一 2来 完成，输入信号为电阻信号。其他的每个热泵的开关状态采集则是通过开关量输入卡3 - 2来完成的，输入信号为干接点信号。采集到的信号通过I/O总线发送至基于DCS的热泵 控制系统的CPU3 - 3处理，然后CPU3 - 3对系统发出相应的指令。控制系统的输出状态 设定则是通过模拟量输出卡3 - 4和数字量输出卡3 - 5来完成的，输出状态设定包括对 系统中的各物理参数的设定及各热泵的启停等。该热泵控制系统主要监测的物理量有：温 度，流量，液位和压力。而主要的控制回路则包括温度控制回路和液位控制回路。在热泵控 制系统中有很多重要的监测点，例如：热泵的负荷量、循环水的入口和出口温度、热网水的 入口和出口温度、低压抽汽的温度和压力等。CPU3 - 3将计算后的模拟量通过模拟量输出 卡3 - 4发送至执行机构，使执行机构产生预期的动作；将数字量通过数字量输出卡3 - 5 发送至执行机构，使相应执行机构打开或关闭。整个控制过程通过采集、运算和执行三步骤 达到预期效果。
[0033] EDPF-NT分散控制系统主要性能指标如下：
[0034] (1)数据高速公路通讯网络
[0035] 网络形式：快速交换型工业以太网；
[0036] 通讯标准：TCP/IP ;
[0037] 通讯速率：100/1000Mb/s ;
[0038] 网络介质：光纤/UTP/STP ;
[0039] 拓朴结构：星型/环型/树型/总线型，扁平化对等型网络结构；
[0040] 通信网络冗余：双网并发冗余/多重化冗余（多点交叉冗余容错的环网结构、自愈 型网状结构）；
[0041] 分布式实时数据库总容量> 65535 X 100点；
[0042] 网络数据负荷率：< 10% ;
[0043] 系统支持网络节点数：100个域X253个站；
[0044] (2)分布式过程控制站3
[0045] CPU3 - 3 :低功耗 Pentium500MHz ;
[0046] 随机存储器容量：256MB ;
[0047] 非易失存贮器容量：256MB (铁电存储器）；
[0048] 冗余方式：热备冗余；
[0049] 操作系统：LINUX硬实时内核；
[0050] 控制处理能力：9999个控制页/每个DPU ;
[0051] 系统最快处理周期：20ms ;
[0052] 局部实时数据库容量彡16000点/每个DPU ;
[0053] ⑶输入/输出模件
[0054] 模拟量输入精度：均优于(λ 1 % ;
[0055] 环境温度_201：?651：湿度10%?95%(不结露）；
[0056] 本地I/O与远程I/O完全兼容；
[0057] S0E 分辨率< 1ms ;
[0058] I/O模件电磁兼容性：IEC - EMC认证；
[0059] (4)人机接口与界面
[0060] 画面分辨率1600 X 1280或更高；
[0061] 画面刷新时间< Is;
[0062] 画面数据刷新时间< 0· 5s ;
[0063] (5)可靠性
[0064] 网络多重冗余、DPU冗余，电源冗余，重要I/O冗余；
[0065] MTBF > 200, 000 小时；
[0066] 可利用率> 99. 95%。
[0067] 本实施方式所述的基于DCS的热泵控制系统能够提供一种比PLC控制系统更方便 快捷的控制方式，能实时监测热泵系统中各个物理参数的变化情况，可实现较复杂的控制 规律，具有更高的可靠性。此外，DCS系统开发容易，用组态软件编程简单，操作方便。在热 泵系统中可以轻松实现对各个过程变量的监视，对温度，流量，液位等物理参数的控制。更 重要的是DCS拥有更加良好的人机界面，友好的人机界面可以使工程师及操作员的工作更 为轻松。
【具体实施方式】 [0068] 二：本实施方式是对实施方式一所述的基于DCS的热泵控制系统的 进一步限定，本实施方式中，所述的模拟量输入卡3 - 1 一 1的型号为NT200-AI16。
【具体实施方式】 [0069] 三：本实施方式是对实施方式一所述的基于DCS的热泵控制系统的 进一步限定，本实施方式中，所述的热阻测量卡3 - 1 一 2的型号为NT200-RTD16。
【具体实施方式】 [0070] 四：本实施方式是对实施方式一所述的基于DCS的热泵控制系统的 进一步限定，本实施方式中，所述的开关量输入卡3 - 2的型号为NT200-DI16。
【具体实施方式】 [0071] 五：本实施方式是对实施方式一所述的基于DCS的热泵控制系统的 进一步限定，本实施方式中，所述的模拟量输出卡3 - 4的型号为NT200-A08。
[0072] 【具体实施方式】六：本实施方式是对实施方式一所述的基于DCS的热泵控制系统的 进一步限定，本实施方式中，所述的数字量输出卡3 - 5的型号为NT200-RB(AC/DC)。
【权利要求】
1. 基于DCS的热泵控制系统，其特征在于：它包括人机交互设备（1)、网络通讯系统 (2)和分布式过程控制站（3); 分布式过程控制站（3)中的每个控制站均包括模拟量测量电路（3 - 1)、开关量输入卡 (3 - 2)，CPU(3 - 3)、模拟量输出卡（3 - 4)和数字量输出卡（3 - 5); 所述模拟量测量电路（3 - 1)包括模拟量输入卡（3 - 1 一 1)和热阻测量卡（3 - 1 一 2)，所述模拟量输入卡（3 - 1 一 1)用于采集蒸汽流量、循环水流量、疏水罐液位以及抽汽 压力信息，热阻测量卡（3 - 1 一 2)用于采集温度信息，所述温度信息包括循环水的入口温 度和出口温度、热网水的入口温度和出口温度以及低压抽汽的温度； 所述模拟量输入卡（3 - 1 一 1)的流量信号、液位信号和压力信号通过I/O总线发 送至CPU (3 - 3)，热阻测量卡（3 - 1 一 2)的温度信号通过I/O总线发送至CPU (3 - 3)， CPU(3 - 3)的模拟量控制信号通过模拟量输出卡（3 - 4)发送至由多台热泵构成的热泵系 统，CPU(3 - 3)的数字量控制信号通过数字量输出卡（3 - 5)发送至热泵系统； 所述人机交互设备（1)包括工程师站（1 一 1)、操作员站（1 一 2)、历史站（1 一 3)和 通讯站（1 一 4); 所述工程师站（1 一 1)、操作员站（1 一 2)、历史站（1 一 3)和通讯站（1 一 4)均通过 网络通讯系统与分布式过程控制站（3)的CPU(3 - 3)进行数据传输。
2. 根据权利要求1所述的基于DCS的热泵控制系统，其特征在于：所述的模拟量输入 卡（3 - 1 - 1)的型号为 NT200-AI16。
3. 根据权利要求1所述的基于DCS的热泵控制系统，其特征在于：所述的热阻测量卡 (3 - 1 一 2)的型号为 NT200-RTD16。
4. 根据权利要求1所述的基于DCS的热泵控制系统，其特征在于：所述的开关量输入 卡（3 - 2)的型号为 NT200-DI16。
5. 根据权利要求1所述的基于DCS的热泵控制系统，其特征在于：所述的模拟量输出 卡（3 - 4)的型号为NT200-A08。
6. 根据权利要求1所述的基于DCS的热泵控制系统，其特征在于：所述的数字量输出 卡（3 - 5)的型号为NT200-RB。
【文档编号】F25B49/00GK203893520SQ201420201369
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年4月23日 优先权日:2014年4月23日
【发明者】金洪伟, 魏庆新, 杨家农, 崔大海 申请人:哈尔滨汽轮机厂有限责任公司