第一章 引言
第一章 引言
国民经济的快速发展和其他行业的技术进步迫切要求信息化在工业方面得到广泛的应用，特别是需要新技术改造的传统产业，因此工业自动化技术得以快速发展，利用工业自动化技术改造传统产业和产业结构，提高自动化、智能化、信息化水平，增强企业竞争能力，是一项非常迫切的任务。
锅炉是化工、炼油、发电、造纸和制糖等行业必不可少的动力设备。在现代化的石油化工企业里，热力站的设立可以使工艺生产过程中的物料和能量得到更加合理的充分利用，它不仅能为反应器、蒸馏塔、换热器、管道保温供热等提供能源，而且可以为生产过程中的风机、压缩机、泵类驱动透平等提供动力来源。在热电企业，锅炉燃烧产生的蒸汽可以驱动汽轮机发电。因此，锅炉往往成为工厂不可缺少的一部分。
1.1 国内DCS系统应用现状
上世纪70年代，由于经济的迅速发展，生产装置迅速向大型化方向发展，尤其是石油炼制、冶金、化工、建材、电力等行业，这些行业生产装置能够带来明显的好处，如生产效率提高、原料消耗减少、劳动力成本降低等。生产设施的大型化要求设备之间具有更好的协调性，而且停机将带来更大的损失。因此用户迫切希望能够有一种产品或者系统能够解决生产设施大型化和连续化所面临的控制问题。与此同时，在20世纪70年代中期，大规模集成电路取得突破性的进展，8位微处理机得到了广泛的运用，使自动化仪表工业发生了巨大的变化，现代意义上的DCS也应运而生，1975年Honywell推出了第一个DCS产品。
中国使用DCS始于1981年，当时吉化公司化肥厂在合成氨装置中引进了YoKogawa的产品，表现出良好的控制性能和可靠性。随后中国引进的30套大化肥项目和大型炼油项目都采用了DCS控制系统，提高了生产设施的效率和产品的质量的连续性，并且物耗和能耗也有不同程度的降低。DCS产品在石油和化工行业的成功应用也促进了其他行业控制系统的发展，在随后的几年，冶金、建材、电力、轻工等行业的新建项目中也陆续应用了DCS产品，并成为这些行业的主流控制系统。
经过30年的发展，现代的DCS产品与最初的产品相比在速度、可靠性、功能、通讯等方面取得了巨大进步。就其功能上已经不再局限于控制层，而是增加了更多的管理层功能，向上提供企业管理系统接口。与此同时，DCS向下不再局限于主工艺装置控制
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广东石油化工学院本科毕业（设计）论文:锅炉装置的DCS设计
系统的控制，而是将更多的辅助系统纳入到整个控制系统。随着硬件技术的发展，DCS系统硬件的可靠性进一步增加，在系统规模日益扩大的情况下，硬件的平均故障时间（MTBF）也保持在100000小时以上。现在的DCS控制站普遍采用32位处理器和多处理器技术，在最新的产品上已经开始使用64位处理器，相比8位处理器来说，运算的速度得到大幅度的提升。
中国庞大而形成的体系的流程工业形成了过程控制系统的市场基础。而其中电力、化工、建材、造纸、市政、冶金的大幅度投资与增长，更形成了每年超过50亿元（2004）的DCS市场规模。同时市场的行业分布也与这些主要行业的投资情况息息相关。目前国内DCS应用来看，石化、化工和电力三分天下。国际著名ARC咨询机构于2003年发布了世界DCS市场的预测报告中指出，2003年，中国DCS市场规模为45亿元，到2008年将增加到90亿元，也就是说中国DCS市场的年增长率预计将维持在15.1%。
随着中国经济的发展，国家在新建项目和旧厂改造方面投入了大量的资金，形成了较大的市场，因此全球的DCS厂商几乎都来到了中国，加速了这个领域的竞争。趁着这股东风，国内的自动化厂商也如雨后春笋一样，经过激烈的竞争，国内DCS厂家，也保留下了几家比较有实力的公司，依次为：浙大中控、合利时、上海新华等。国内的厂商虽然在价格以及和实用性、本土化方面有独特的优势，可是一个现实就是，中国国内的自动化供应厂商市场依旧停留在小型项目上。这就要求我国科研技术人员在消化和吸收国外技术的同时，自主创新我国自己的DCS，利用自身优势进军中大型项目。
以下为目前在中国市场最著名的DCS品牌： 1、ABB 2、霍尼韦尔 3、爱默生 4、FOXBORO 5、西门子 6、和利时 7、新华
DCS市场规模的行业划分：
电力占35.1%、化工占15.9%、石油占14.6%、建材占8.3%、造纸占7.7%、市政占4.8%、冶金占4.6%、其他行业占9.0%
目前DCS市场大部分是洋品牌占领,还该有60%~70%，主流的有ABB，霍尼韦尔，爱默生，等。国产系统占有30%~40%的份额，从销售套数上讲，浙大中控最多；从销售额上讲，新华最多。和利时也是很有实力的公司。目前国产主流系统就这三家。
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第一章 引言
1.2 国内锅炉产业调查
中国的锅炉产业，它既不是“朝阳产业”，也不是“夕阳产业”，而是与人类共存的永恒产业，且在中国还是一个不断发展的产业。20世纪80年代以后，中国的经济发生了突飞猛进的变化，锅炉行业更加突出，全国锅炉制造企业增加近二分之一，并形成了独立开发研制一代又一代新产品的能力，产品的技术性能已接近发达国家水平。锅炉是经济发展时代不可缺少的商品，未来将如何发展，是非常值得研究的。
工业锅炉目前是中国主要的热能动力设备，工业锅炉多于电站锅炉，近年来，中国电站锅炉行业取得了快速的发展。其一，产量大幅增长，行业产能快速提升。目前，整个行业的产能已经超过8000万千瓦，不仅能满足国内电力工业建设的需要，而且还进入了国际市场。
2005年全年中国锅炉及原动机制造业实现累计工业总产值154,846,232千元，比2004年同期增长37%；全年实现累计产品销售收入141,036,704千元，比2004年同期增长35.9%；全年实现累计利润总额9,696,312千元，比2004年同期增长39.3%。2006年1-12月，中国锅炉及原动机制造业实现累计工业总产值186,112,488千元，比上年同期增长22.93%；实现累计产品销售收入173,137,987千元，比上年同期增长26.78%，全年实现累计利润总额11,905,751千元，比上年同期增长了20.5%；2007年1-2月，中国锅炉及原动机制造业企业实现累计工业总产值29,052,541千元，比上年同期增长18.61%；实现累计产品销售收入23,884,869千元，比上年同期增长16.63%，实现累计利润总额1,419,368千元，比上年同期增长1.7%。
2005年1-12月，全国工业锅炉累计产量为150,397.90蒸发量吨，与2004年同期相比增长了9.59%；2006年1-12月，全国工业锅炉累计产量为192,378.44蒸发量吨，与2005年同期相比增长了11.26%；2007年1-2月，全国工业锅炉累计产量为29,540.58蒸发量吨，与2006年同期相比增长了31.7%。
2005年1-12月，全国电站锅炉累计产量为321,331.60蒸发量吨，与2004年同期相比增长了37.5%；2006年1-12月，全国电站锅炉累计产量为514,475.80蒸发量吨，与2005年同期相比增长了9.31%；2007年1-2月，全国电站锅炉累计产量为52,777.00蒸发量吨，与2005年同期相比增长了11.12%。
2006年，中国蒸汽、过热水锅炉进口数量为为9,372,901.00台/公斤，比2005年同期下降54.9%，用汇183,365,503.00美元，比2005年同期下降9%；2006年的出口数量为86,940,454.00台/公斤，比上年同期增长68.7%，创汇325,970,114.00美元，比上年同期增长80.9%；
2006年中国供暖锅炉进口数量为1,574,525.00台/公斤，比2005年同期增长2.8%，用汇65,961,186.00美元，比上年同期下降6%；2006年的出口数量为2,833,581.00台
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/公斤，比2005年同期增长20.4%，创汇10,832,594.00美元，比2005年同期增长11.74%。 中国锅炉制造业取得了长足的进步，目前已可以生产多种不同压力等级和容量的锅炉，已成为当今世界锅炉生产和使用最多的国家。同时，轻工纺织、能源化工、钢铁煤炭等锅炉相关产业的迅速发展给锅炉行业带来了广阔的发展空间和发展动力。
1.3 设计背景
70年代中期，过程工业发展很快，但由于设备大型化、工艺流程连续性要求高、要控制的工艺参数增多，而且条件苛刻，要求显示操作集中等，使已经普及的电动单元组合仪表不能完全满足要求，在此情况下，业内厂商经过市场调查，确定开发的DCS产品应以模拟量反馈控制为主，辅以开关量的顺序控制和模拟量开关量混合型的批量控制(针对精细化工等行业的批量生产方式)，这们可以覆盖炼油、石化、化工、冶金、电力、轻工及市政工程等大部分行业。由于当时计算机并不普及，人们已习惯于常规自动化仪表的显示操作，所以开发DCS应强调用户可以不懂计算机就能使用DCS；同时，用户已习惯于在购置系统的同时配置自动化仪表，所以开发DCS还应强调向用户提供整个系统。
锅炉是化工、炼油、发电、造纸和制糖等行业必不可少的动力设备。在现代化的石油化工企业里，热力站的设立可以使工艺生产过程中的物料和能量得到更加合理的充分利用，它不仅能为反应器、蒸馏塔、换热器、管道保温供热等提供能源，而且可以为生产过程中的风机、压缩机、泵类驱动透平等提供动力来源。在热电企业，锅炉燃烧产生的蒸汽可以驱动汽轮机发电。因此，锅炉往往成为工厂不可缺少的一部分。
由先进的自动化技术推动的工业自动化进程步骤加快，DCS应用也越来越广泛，DCS应用于锅炉工艺，使工厂节约了大量的原材料消耗、能耗、劳动力的成本等等。
1.3 本章小结
第一章通过对国内的DCS应用现状和锅炉产业的调查，引申出对本课题设计的工艺要求，在锅炉工业中引用成熟的DCS控制系统技术，实现工业过程自动化。
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第二章 DCS系统介绍以及工艺要求
第二章 DCS系统介绍以及工艺要求
集散控制系统（DCS）是一种以微处理器为基础的分散型综合控制系统，运用计算机技术、网络通讯技术、自动控制技术、冗余及自诊断技术，采用了多层分级的结构，适用现代化生产的控制与管理需求，目前已成为工业过程控制的主流系统。
2.1 DCS系统介绍
DCS，（Distributed Control System）分散控制系统的简称，国内一般习惯称之为集散控制系统。DCS是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机，通信、显示和控制等4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活以及组态方便。
DCS具有高可靠性以及开放性。由于DCS将系统控制功能分散在各台计算机上实现，系统结构采用容错设计，因此某一台计算机出现的故障不会导致系统其他功能的丧失。此外，由于系统中各台计算机所承担的任务比较单一，可以针对需要实现的功能采用具有特定结构和软件的专用计算机，从而使系统中每台计算机的可靠性也得到提高。DCS采用的开放式，标准化、模块化和系列化设计，系统中各台计算机采用局域网方式通信，实现信息传输，当需要改变或扩充系统功能时，可将新增计算机方便地连入系统通信网络或从网络中卸下，几乎不影响系统其他计算机的工作。
其技术特点有：
1、基于现场总线思想的I/O总线技术 2、先进的冗余技术、带电插拔技术 3、完备的I/O信号处理 4、基于客户/服务器应用结构
5、Windows.NET平台,以太网,TCP/IP协议 6、OPC服务器提供互连
7、Web浏览器风格,ActiveX控件支持 8、ODBC,OLE技术,实现信息,资源共享 9、高性能的过程控制单元。 10、支持标准现场总线 11、Internet/Intranet应用支持
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