华海测控-智能化仪器仪表集成方案__

华海测控-智能化仪器仪表集成方案

2013/5/29 10:18:20

1 、前言

发电厂自动化设计的宗旨是为发电厂规划设计出一个全面、完善、协调、安全可靠且技术经济合理的较为先进的综合自动化系统，这是设计人员首先要考虑的问题。近年随着自动化技术的发展，主辅机和辅助系统的控制几乎都采用微机或可编程控制器控制；单元机组的电气控制也逐步纳入单元机组的分散控制系统 , 向着实现真正意义的单元控制迈进；厂级实时监控系统以及管理信息系统已开始在部分电厂实施；电厂与调度系统的联接、通讯也已提到议事日程。

上述条件为设计人员提供了一个充分发挥其聪明才智和大显身手的广阔天地，我们的设计不应只停留在选一个分散控制系统、选某个型式的可编程控制器或某些产品上，而应从对全厂自动化系统的规划开始，协调好各个系统间的功能范围、通讯联络 , 并结合对运行组织管理概念以及控制室布置等方面综合体现热工自动化水平 , 并应根据电厂在电网中的地位、机组容量、特点等因素来确定其电厂和机组的热工自动化水平。

1.1 智能仪器仪表

采用新的测量原理来简化仪表、采用新的测量手段来提高精度、采用信息技术来提高仪表智能化等都是发展方向，这些仪表都是电厂需要的产品。

近 20 年来，仪器仪表发展尤为迅速，特别是这些年来计算机技术迅猛发展，广泛渗透到仪器仪表领域，出现崭新的一代仪器仪表。

  智能仪器是将人工智能的理论、方法和技术应用于仪器，使其具有类似人智能特性或功能的仪器。为了实现这种特性或功能，智能仪器中一般都使用嵌入微处理器的系统芯片 (SOC) 、或数字信号处理器 (DSP) 及专用电路 (ASIC) ，仪器内部带有处理能力很强的智能软件。仪器仪表已不再是简单的硬件实体，而是硬件、软件相结合，软件在仪器智能高低方面起重要作用的新型仪器。
  仪器与微处理器相结合，取代了许多笨重的硬件，内部结构和前面板大为改观，节省许多开关和调节旋钮。微处理器通过键盘或遥控接口接受命令和信号，并用来控制仪器的运行，执行常规测量，对数据进行智能分析和处理，数字显示或传送，而传统的模拟方法是很难做到的。智能仪器具有如下特点：
        (1) 采集信息借助于传感器和变送器，按处理器的要求采集电量和非电量。
        (2) 与外界对话使用智能接口进行人机对话及与外部仪器设备对话，接入自动测试系统，甚至接入 Internet 。另一方面，使用者借助面板上的键盘和显示屏，可用对话方式选择测量功能、设置参数。当然，通过显示器等也可获得测量结果。
        (3) 记忆信息智能仪器的存储器既用来存储测量程序、相关的数学模型以及操作人员输入的信息，又用来存储以前测得的和现在测得的各种数据。
        (4) 处理信息按设置的程序对测得的数据进行算术运算，求均值、对数、方差、标准偏差等数学运算 FFT 变换，求解代数方程，比较、判断、推理等。
        (5) 控制以分析、比较和推理的结果输出相应的控制信息。
        (6) 自检自诊断自测试 ( 自检 ) 程序对仪器自身各部分进行检测，验证能否正常工作。自检及格时显示通过信息或发出相应声音。否则，运行自诊断程序，进一步检查仪器的哪一部分出了故障，并显示相应的信息。若仪器中考虑了替换方案，则经内部协调和重组还可自动修复。
        (7) 自补偿自适应智能仪器能适应外界的变化。比如，能自动补偿环境温度、压力等对被测量的影响，能补偿输入的非线性，并根据外部负载的变化自动输出与其匹配的信号等等。
        (8) 自校准自学习智能仪器常常通过自校准 ( 校准零点、增益等 ) 来保证自身的准确度。不仅如此，它们还能通过自学习学会处理更多更复杂的测控程序。

1.2 自动化控制仪表

自动化控制仪表主要包括变送器、调节器、调节阀等设备，控制仪表从基地式调节器（变送、指示、调节一体化的仪表）开始，经历了气动、电动单元组合仪表到计算机控制系统（ DDC ），直到今日的分散控制系统 DCS 。 DCS 已经走过了 20 多年的里程， DCS 以其高度的可靠性、方便的组态软件、丰富的控制算法、开放的联网能力等优点，得到迅速的发展，成为计算机工业控制系统的主流。

四大发展特点：

新技术的应用

目前普遍采用 EDA （电子设计自动化）、 CAM （计算机辅助制造）、 CAT （计算机辅助测试）、 DSP （数字信号处理）、 ASIC （专用集成电路）及 SMT （表面贴装技术）等。

产品结构变化

在重视高档仪器开发的同时，注重高新技术和量大面广产品的开发与生产。注重系统集成，不仅着眼于单机，更注重系统、产品软化，随着各类仪器装上了 CPU ，实现了数字化后，软件上投入了巨大的人力、财力，今后的仪器归纳成一个简单的公式：仪器 =AD/DA+CPU+ 软件， AD 芯片将模拟信号变成数字信号，再经过软件处理变换后用 DA 输出。

产品开发准则发生了变化

从技术驱动转为市场驱动，从一味追求高精尖转为 “ 恰到好处 “ 。开发一项成功产品的准则是，用户有明确的需求；能用最短的开发时间投放市场；功能与性能要恰到好处；产品开发准则的另一变化是收缩方向，集中优势。

生产技术注重专业生产，不再是大而全

生产过程采用自动测试系统。

可以说，现代仪器仪表产品已成为最具典型的高科技产品。目前，它不但已经完全突破了传统的光、机、电的框架，向着计算机化、网络化、智能化、多功能化的方向迅速发展，而且由于大量采用高新科学技术的研究成果、跨学科的综合设计、高精尖的制造技术与严格科学的实际使用，因而使得它正朝着更高速、更灵敏、更可靠、更简捷地获取被分析、检测、控制对象全方位信息的方向阔步前进。

2 、主要的现场仪表和控制设备

电厂主要的现场控制设备如下：

（ 1 ）变送器。目前电厂采用的变送器一般为智能型变送器。变送器在电厂的应用数量较多，一个 2×300MW 的电厂，所需变送器数量在 500 台左右。

（ 2 ）执行机构。执行机构有电动执行机构，有气动执行机构，根据不同的工艺系统和控制需要进行选择，目前电动执行机构一般选用进口产品或中外合资产品。
（ 3 ）流量测量仪表。空气流量测量仪表可选择插入式流量计，汽、水等流量测量仪表可选择节流喷咀等测量元件。由于电厂的工艺介质种类很多，除此以外，尚需要其它种类的流量计。
（ 4 ）仪表阀门。对于高温高压的仪表阀门，目前多采用进口产品。
（ 5 ）开关量仪表。火电厂的开关量仪表有压力开关液位开关、流量开关、粉位开关等等。目前在高温高压介质中的测量仪表多采用进口产品。
（ 6 ）分析仪表。电厂的分析仪表种类较多，如硅酸根分析仪表、 PH 计、氢气分析仪、烟气含氧量等等。
（ 7 ）配电箱、保护箱、保温箱等。电厂需要大量的电动门配电箱、仪表保护箱、保温箱等。电厂需要大量的电动门配电箱、仪表保护箱、仪表保温箱以及接线盒等就地箱柜设备。

由于电厂需要测量的介质种类很多，有污水、补给水、凝结水、工业用水、循环水、煤、煤粉、灰、渣、油氢、氧、烟气、空气、蒸气等等，故除以上所述的主要仪表外，还有许多零星的各类测量仪表。

3 、任务来源和性质

随着电力改革不断深化，能否保证发电机组安全稳定和经济运行，已经成为首要任务。自动化是实现机组安全经济运行的重要技术措施，因此各个电厂都非常关注自动化新技术的发展，并不断地应用自动化新技术，以期达到降低发电成本、提高劳动生产率目的。

在不断推出的更高、更新、更多的仪器仪表，产品反应速度更快、灵敏度更高、稳定性更好、样品量更少、检测微损甚至无损、遥感遥测遥控距离更远、使用更方便、成本更低廉、无污染等这一背景和形势下，对仪器仪表的配套、选型、调试提出了相当高的要求。这直接关系到整个 DCS 控制系统的可靠控制、准确操作和显示，直至对生产造成严重的影响。这就要求在整个 DCS 设备成套、选型、组织、施工、连调、售后服务的队伍有很强专业知识、经验。

4 、需求分析

新建 25MW 高炉转炉煤气发电工程自动化设备的投入，首先是能够实现 DCS 强大的控制功能、集中准确的操作显示功能及高可靠性，继而高质量、安全、自动的完成煤气发电业务。

5 、公司介绍

5.1 公司简介

国电凯信公司，多年来主要从事工业自动化仪表的开发、研制、生产，公司主要产品有：物位变送器、液位变送器、温度、温湿度变送器、流量计，各种智能显示仪表；专业承接自动化成套工程，公司下设独立的工程部、成套部、售后服务部，可提供从系统设计到安装调试一整套专业服务，是一家专业的电力自动化控制工程公司。

我公司拥有一批专业从事工厂配电、自动控制、计算机及其应用、信号检测等研制和调试的技术人员。

5.2 技术优势

有大机组 DCS 设备成套的工程业绩，已积累了丰富的新建或改造机组 DCS 系统成套供货及现场调试的工程经验。因此对各种 DCS 的性能及特点十分清楚，可以根据用户选择的 DCS 类型来进行工程设计、成套及现场调试的 “ 一条龙 ” 服务：

对各种 DCS 性能非常熟悉，这是系统成功投运的前提；

对电厂生产工艺过程非常熟悉，这是系统成功投运的基础，也是一般 DCS 厂商所欠缺的；

具有丰富的 DCS 系统设计、开发、培训、成套供货及现场调试的经验，有大机组 DCS 设备成套的工程业绩和大机组自控系统的现场调试经验；

具有一支技术水平高、工作作风严谨、工程经验丰富且高度敬业的自控专业人才队伍，这是系统成功投运的保证；

具有丰富的施工管理经验和完善的质量保证体系。

精良的设备、热情的服务、雄厚的实力、科学的管理，使 " 国电海润 " 赢得了广泛的市场支持，业绩蒸蒸日上，成立至今先后成套了大连印染、广州地铁、山东纸业、唐山建龙等 DCS 自动化设备工程，我们热忱欢迎各界朋友进行经济、技术合作，为振兴繁荣我国的工控行业而努力。

6 、设备组织思想和性能指标

6.1 设备组织目标

保证所有设备的精确、安全、可靠，适合自备电厂的实际需要，易于维护，保证 DCS 系统安全、高可靠运行。

6.2 指导思想及原则

1 　采用先进的一次测量设备，关键仪表采用高可靠性仪表。

2 　综合考虑未来发展方向及趋势，所有仪表设备均需采用先进的成熟技术。

3 　强调引进标准及规范化。

4 　综合规划，专业化组织、调试、施工。

6.3 设备性能指标

满足系统的功能和性能要求，技术先进，成熟可靠，有高的性能价格比，在满足系统的可靠性要求的条件下，尽量选用国产产品。

7 、现场设备的数据采集

按数据格式，本系统采集的数据信息分为：

各现场仪表发出的信号

设备发出的二值开关信号

7.1 现场仪表信号的采集

所有仪表输出的信号有两种：数字信号（智能化信号）和模拟信号（包括 4-20mA 标准信号，温度计发出的 0-10V 信号）。

7.2 开关信号的采集

开关信号的信号源大多是开关类型的装置，如液位高低极限检测继电器、电机接触器的开闭信号等。

8、设备选型要求

8.1 仪表选型原则

DCS 作为一种智能化的集散控制系统，它对系统的各个部分有很高的要求，而系统中仪表和变送器在整个系统部件中占有十分重要的地位，它是整个系统的操作窗口，直接反映现设备的工作状态和整个系统的控制参数。仪表和变送器的结构、形式直接影响系统工作的程序、设备环境和控制方法等。同时，仪表和变送器的精度对系统中的数据传输，泄漏检测，精确计量和精确控制起着十分重要的作用。

在本系统中，所需仪表、设备在设计院设计的前提下仪表的要求如下：

仪表有足够的测量精度，

主要仪表 MTBF 大于 8 年。

二次仪表应具有标准 4~20ma 输出，尽可能采用两线制二次仪表。

所选仪表应方便安装和维护。

仪表选型应预测仪表发展趋势，所选仪表易于向现场总线方式过渡。

在仪表的选用时按照以下几方面来考虑 :

符合设计院的设计要求。仪表和变送器能采集到正确的系统参数，仪表和变送器在系统中安装简便，满足系统的设计精度和采集速度，而且具有很高的可靠性和良好的可维护性。

与 DCS 能够快速准确的通讯。仪表和变送器的传输信号的规格在选择时要尽量统一，这样可以减少接口型号，减低接线的复杂程度，简化 DCS 与仪表和变送器通讯环节，加快通讯的速度和准确性。

8.2 仪表和变送器的选型思想

我们在仪表的选用时按照以下几方面来考虑 :

与 DCS 能够快速准确的通讯。仪表和变送器的传输信号的规格在选择时要尽量统一，这样可以减少下位计算机的接口型号，减低接线的复杂程度，简化下位计算机与仪表和变送器通讯环节，加快通讯的速度和准确性。

仪表和变送器的先进性。在系统中尽量选用性能先进的仪表和变送器，因为，仪表和变送器是系统的一个重要环节，这样可以提高整个系统的控制和管理能力，保证系统达到设计的要求。

具备可扩展能力。目前仪表和变送器正处在飞速发展的时期，仪表和变送器的功能不断增强，通讯方式不断更新，控制能力不断提高。因此，我们要选用的仪表和变送器具有扩展能力，保持仪表和变送器的先进性，为整个系统今后的升级作准备。

经济性好。仪表和变送器根据它们在整个系统中所起的作用不同而选用不同的型号，系统要求不高的仪表选用普通仪表，系统要求高的仪表选用智能仪表，充分发挥仪表和变送器的各项功能。

9 、施工原则和方法

9.1 设备材料检验

对此次成套的设备材料，采取以下检验步骤：

发货前，制造厂对货物的质量、规格、性能和数量 / 重量作精密全面的检验，出具检验证明书，并说明检验的技术数据和结论；

货物抵达津西钢厂后，由货物买卖双方当场开箱检验。对仪表及执行器等应由仪器仪表检验评定中心进行性能和功能指标测试；

在保质期限内，如货物由于设计或制造上的缺陷而发生损坏或 / 和品质、性能与合同规定不符时，甲方可以委托中国商检局进行商检，并凭其检验证明书向供货商提出索赔（包括换货），一切费用均由供货商承担。

9.2 仪表安装施工

在仪表安装工程中，采取以下技术措施：

流量计采用法兰连接，其前后有足够长直管段，使流量测量精度尽可能高。流量计安装应注意使流体方向与仪表外壳上的箭头方向一致。

压力表采用螺纹连接，为防止雨淋，方案中所选用的压力变送器均已达到 IP65 防水等级，安装压力变送器和接线时做好密封，以防止降低防水等级。

温度传感器采用防爆热电阻，外加套管，容易安装和维护，温度测量精度较高。

焊接在管道上的温度计套管、压力变送器引压管应在管道试压前完成，并随管道一起试压；温度计套管应逆向介质流向安装，并在安装温度计前向套管内灌变压器油。

对通过法兰连接的仪表，其法兰、垫片、螺栓、螺母的材质、规格应符合设计要求，螺栓紧固均匀，两侧余量适当，法兰无错边，组装前螺栓上应涂二硫化钼等防咬合剂。

所有仪表安装应单校合格，并按照设计一一核对型号、规格及材质，检查外观是否良好，附件是否齐全，是否有合格证。

所有仪表安装时其电缆入口不得朝上。

10 、仪表安装主要施工工序

11 、调试方案

11.1 电动阀门执行器

电动阀门执行器安装结束后，首先对每个电动阀门的全关全开限位进行手动标定；

对每个电动阀门进行手动开、关、停的手动调试；

对 IQ 系列电动执行器，进行阀门总线控制器的轮询、开、关、停控制的总线功能调试；在系统闭环形成后，进行阀门总线控制的总线性能调试；

人工模拟系统带故障运行状态的可靠性调试。

11.2 压力变送器

压力变送器安装结束后，首先标定零点；

在管路注水试压阶段根据标准压力表标定系统量程上限及量程范围内的线性 5 等分压力点，使压力变送器精确度达到规定要求。

11.3 温度变送器

根据标准温度计标定环境温度；

在管路注水试运行阶段根据标准温度计标定工作温度。

11.4 仪表盘配电柜

该项目中涉及到的锅炉汽机仪表盘及配电柜完全按设计院设计要求生产装配，符合国家标准（特制盘柜按设计院要求定做），货到现场只待外场电缆接入即可调试。出厂前统一进行调试检验，货到现场再行检验一次，做到可靠耐用。

12 、质量管理、安全文明施工措施

12.1 质量管理

我国从 1992 年 5 月开始等同采用国际标准化组织（ International Standard organization ）发布的 ISO9000 《质量管理和质量保证》系列国际标准。在本工程项目中我们将严格执行 ISO9000 《质量管理和质量保证》系列国际标准和国家标准 GB/T6583-92 。按照上述标准，特设计了质量定义，如图所示。

质量定义图

12.2 安全措施

为保证施工安全，必须采取以下措施：

进入施工现场按规定着装，带好安全帽，高空作业要有合格脚手架，挂好安全带。

高空作业防止物件坠落，施工工具及小型配件要装在工具袋中，交叉作业或作业集中区域，要在管廊或框架四周挂安全网。

用电设备必须有漏电保护器。

严禁在设备上动火，施工现场严禁吸烟，严格执行机场防火规定。

12.3 文明施工措施

为保证文明施工，制定了下列文明施工措施：

施工区域设置闱栏，并加设彩色界标；

施工现场必须绘制定置管理图，施工机具、集装箱，电焊机棚和休息室等按图放置，施工道路畅通。

各种原材料、手动用料堆放整齐，并挂牌标识，余料和废料由物资供应部及时回收。建筑垃圾及管沟余土送到指定地点，保持现场干净整洁。

各类预制件、半成品件应逐件标识、编号，并摆放整齐。

施工用水、电、气、路有专人负责，需增设或切断，必须先报工程管理部批准后方可实施。并按工程管理部指定的时间恢复原貌。

进入现场的职工必须严格遵守劳动纪律，坚守自己的工作岗位。不脱岗、不串岗，不干私活，讲文明、讲礼貌，交叉作业时，要确保自身和他人安全。施工过程中要采取各种保护措施保护他人劳动成果。

生活区内的宿舍区、食堂、浴室、茶水房等必须做到卫生、整齐、防火、文明。

13 、质量保证与承诺

我公司根据用户成套设备的采购情况，保证货物到用户后只进行常规整备即可投入使用，若在质量保证期内发生质量问题买方发出通知后 24 小时内给予答复，根据需要一般应在 48 小时内到达现场维修服务。承诺在采购合同所规定的质量保证期内除使用不当原因外，对因产品质量造成用户使用上的问题将由我公司承担维修必须所产生的费用。

为实现我公司对所供货物“包退、包换、包修”的质量“三包”承诺，采取如下措施：

1. 提供优质服务、满足用户要求

<1> 设有售后服务部，全方位负责所供产品的售后服务工作。由公司副总经理专职领导售后服务工作，由 1 名部门经理、 2 名副经理负责售后服务日常工作的协调和处理。组建售后服务队伍，并对人事售后服务工作的人员进行长时间的业务培训，保证售后服务质量。

<2> 及时处理用户函电反馈的质量问题。做到在买方发出通知后在 24 小时内答复，根据需要一般在 48 小时之内提供维修服务；

<3> 当发生协作单位质量问题，组织协作单位在 48 小时之内到达现场维修服务，

若协作单位不能按时派人处理质量问题时，则由我方负责 48 小时内派人处理。

<4> 优先保证“三包”需要。当“三包”中服务项目与公司内部情况发生矛盾时，首先保证“三包”进度。

<5> 健全售后服务管理制度。售后服务管理制度是按照 ISO9001 质量体系进行的，保证了售后服务管理处于受控有效的状态。

2. 重视技术服务，提高服务水平

<1> 公司售后服务人员除了处理质量问题外，还负责技术咨询、技术服务、帮助贵公司解决技术疑难问题。可派人到贵公司进行一段时间的技术服务。

<2> 除此之外每年度组织一至二次到贵公司对所售产品进行巡回技术服务，处理好所售产品在使用过程中发生的各种质量问题并负责收集用户意见，及时加以整改。

3. 收集用户意见，做好质量整改