DCS系统改造
DCS集散控制系统在煤矿压风站空压机站房的应用
一DCS集散控制系统
1 DCS系统简介
DCS 系统的英文全名称为DISTRIBUTOR CONTROLSY STEM,是目前国际自动控制行业中的主流系统。DCS 系统已广泛地应用在化工、电厂、变电所、炼油厂、煤矿等行业中用来自动化控制。DCS 系统能实现数据的集中采集、集中控制和自动控制等功能。这类DCS 系统在不少煤矿空压机控制中应用取得了很好的效果。它改变了以往空压机房仪表分散控制的状态,简化了控制线路,提高了空压机运行的稳定性,而且使得空压机房控制的灵活性大增,并更加完善了其控制系统。
2 DCS系统的结构
3 DCS系统的功能与原理
3.1 DCS 系统上位机系统的主要功能为数据采集、数据历史记录、报
警记录、报表系统，下位机系统主要为PLC 的软件编程。
3.2.1上位机软件控制原理
数据采集（SCADA）功能是DCS系统最基本的功能，它能把空压机房所有设备的运行数据采集上来，然后供给空压机司机作监控。如空压机的温度显示，测量温度是采用Pt100 热电阻实现的。该热电阻采集来的温度信号通过三芯屏蔽传输到PLC 的AI 模块的一个通道，而AI 模块把此温度信号再转换成数字量，然后通过底板总线传到CPU 模块。CPU 接到此信号后，把此信号存入到一个相应的寄存器中，然后通过Profibus 协议与上位机进行通讯。上位机中的WinccV6 采集到这一地址寄存器中的数据后，通过一定的转换在上位机的界面中显示出来，使空压机司机看到这一温度值。这就是DCS 系统采集温度数据的其中一个过程（见数据采集过程图解1）。
图1 温度数据采集过程
其它数据，如压力、流量、电压、电流、电机开停状态等数据，也都是通过此过程把数据采集上来的，然后作相应地直观显示。而数据历史记录系统，则是把设备运行数据记录下来，以供以后查询用。当设备出现故障时，可以记录设备当时的运行数据，以方便对设备的故障进行分析。报警记录是指设备运行数据出现报警值时，把报警值记录下来，以方便对系统的故障分析。另外来讲，它还可以提醒运行人员及时排除故障，以防事故的进一步扩大。这样报表功能就可以按时打印运行数据，而不再需要人工抄录运行数据，从而大大提高了系统运
行效率。
3.2.2下位机控制原理
空压机集控和自动控制的核心则是下位机的PLC 的编程。如空压机的二级排气压力自动调节系统原理。智能压力变送器先把空压机二级排气压力信号转换成4—20mA 电流信号，然后通过屏蔽电缆把此信号传输到PLC 的AI 模块。AI 模块把此信号传输到CPU 模块，CPU 接到此信号后，再把此信号通过PLC 的梯形图，与相应的卸荷值和增荷值进行比较。当测量值大于卸荷值时，PLC 会输出一个量，通过DO 模块来控制相应的卸荷电磁阀动作，从而使空压机卸荷，控制二级排气压力下降；当测量值小于增荷值时，PLC 会输出一个量，通过DO 模块来控制相应增荷电磁阀动作，从而使空压机增荷，控制二级排气压力上升。这一系列的过程都不需人干预，完全是自动化。这就是空压机的自动调节过程，见示意图2所示。
图2 压力调节过程
4 DCS系统的扩展
DCS 系统通过PLC 的I/O 模块来采集数据，另外通过总路线技术，还可以与空压机房的数显仪表进行通讯，监控这些数显仪表。空压机房高压开关柜上的电动综合保护仪可以通过MODBUS 协议与上位机进行通讯。上位机通过此继电器可以获得开关柜电压、电流、电度、报警类型、故障类型等信息。空压机房的励磁柜、直流屏，以及变压器上数显温度表也具有通讯功能，通过MODBUS协议，能与上位机Wincc 进
行通讯。Wincc 可以把励磁柜、直流屏，以及变压器上的数据采集上来，提供给空压机司机看，从而达到监控设备状态的目的。利用总线技术，DCS 系统可以形成一个很大上网网络。通过这个大网络，上
位机中的Wincc 可以监控整个空压机房的所有设备，并获得这些设备的运转信息，从而保障空压机房设备的正常运转。另外，除了空压机房的控制系统外，还可以向外进行拓展，并与整个的管理信息网联在一起，使企业的每台计算机上都可以监控到空压机房的运行情况，也可以在调度中心进行集中控制空压机的起动和停止，实现空压机房的无人化操作与运行。同时，还可以把此系统拓展到整个Internet 网，从全世界各个角落都可以看到此空压机房的运行情况。整个管理
网络，空压机房采用DCS 系统技术改造后，便可大大提高了空压机房的自动化控制程度，基本上可以实现无人管理的目标，极大的提高了空压机房的运行效率，为企业的经济发展做出重要贡献。
二压风站空压机房采用DCS集散控制系统后的优点
1 提高压缩机使用的安全性：
目前压风站空压机房的空压机采用的是本机就地启停模式，既由运行人员到现场直接启停空压机，每隔一定的时间巡视空压机，抄录空压机的运行参数，如果空压机在运行过程中发生故障，很难在第一时间发现，这给井下的生产带来很大的安全隐患。采用DCS集中控制系统以后，站房内的空压机的启停将由DCS系统根绝需求自行决定启停数量，如果空压机发生故障停机，系统将在第一时间内开启备用空压机保证系统的供气压力，同时发出警报通知运行人员，从而
提高了空压机的运行安全系数。
2 降低能耗：
运行中的空压机分为加载状态和卸载状态；加载状态下，空压机向系统供气；卸载状态下，空压机正常运转，消耗大量的电能，但是不向系统供气，造成大量的浪费。以40立方空压机为例，电机功率为250KW，一个小时在卸载状态就损耗250度电能。采用DCS集散控制系统之后，系统根据需求智能启停空压机，所有运行的空压机都处于加载状态，根据经验判断可节省5%到15%电能，为公司节约大量的电能。
3 节约人力资源
随着社会的进步，人力资源成本也越来越高，这也促进了工业自动化的发展，空压机站房的无人化管理也是大势所趋，采用DCS集散控制以后，空压机的所有运行参数及系统的参数都集中显示在控制显示器上，运行人员随时都可以了解空压机运行情况，空压机各种故障报警都有警报器提示，本来需要数人的工作，现在只需一人就能胜任，可为公司节约大量人力资源，减少成本开支。通过DCS 系统，可实现对企业整个空压机房电气设备运行状态的监控，扩展的DCS 系统还可与企业、Internet 网联网，以致控制其他地点设备，实现远程监控。
XXXXX动力技术有限公司
2012年9月19日