淺議DCS 系統(tǒng)在火電廠電氣專業(yè)的應(yīng)用

鄭明川

（福建廈門海翼汽車工業(yè)城開發(fā)有限公司 廈門市 361009）

1 DCS配置及控制方式探討

1.1 DCS配置

如圖1（DCS控制系統(tǒng)）及圖2（ⅠSA總線）所示，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的分布上，遵循節(jié)點(diǎn)間點(diǎn)對點(diǎn)通訊相對獨(dú)立的原則：從結(jié)構(gòu)上講，DCS在結(jié)構(gòu)上采用雙網(wǎng)冗余結(jié)構(gòu),形成冗余容錯網(wǎng)，解決了傳輸設(shè)備產(chǎn)生故障后所引發(fā)的網(wǎng)絡(luò)連接問題，從而提高了網(wǎng)絡(luò)的可靠性能。

圖1 DCS控制系統(tǒng)

圖2 ISA總線

同時，DCS的傳輸介質(zhì)是光纖，因而能夠在更大的程度上解決有關(guān)通訊電纜的抗電磁干擾性差方面存在弊端，從而在遠(yuǎn)程控制器之間實(shí)現(xiàn)通訊創(chuàng)造實(shí)現(xiàn)的條件。此外，通過將相關(guān)的冗余DPU連接在同一交換機(jī)上以實(shí)時點(diǎn)對點(diǎn)的數(shù)據(jù)跟蹤和拷貝，各個冗余DPU在交換機(jī)上直接轉(zhuǎn)發(fā)也就實(shí)現(xiàn)了主干網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的減輕。這樣在電氣系統(tǒng)進(jìn)入DCS時具有如下特點(diǎn)：首先，信息集中得以實(shí)現(xiàn)。雖然有關(guān)分散控制系統(tǒng)的構(gòu)成由不同廠商設(shè)備所組成，在實(shí)現(xiàn)信息集中方面存在弊端，但是只要處理得當(dāng)，就可以實(shí)現(xiàn)通訊問題的良好解決；其次，發(fā)揮了專門控制裝置的優(yōu)勢，促進(jìn)系統(tǒng)的總體構(gòu)成合理、實(shí)用經(jīng)濟(jì)等條件的達(dá)成，從而促使控制裝置可靠性的發(fā)揮；再次，界面清晰的電氣控制。由于電氣控制的界面比較清晰，對于傳統(tǒng)的專業(yè)化系統(tǒng)的調(diào)試、維護(hù)以及檢修等功能的實(shí)現(xiàn)十分有利。

1.2 控制方式探討

DCS實(shí)現(xiàn)電氣控制的基本原則是：充分應(yīng)用原有的專用微機(jī)數(shù)字化裝置來實(shí)現(xiàn)電氣控制的核心功能；同時在功能上，保證這些控制系統(tǒng)自成安全獨(dú)立運(yùn)行，即使脫離DCS也能在無需外部干擾的情況下，實(shí)現(xiàn)電氣系統(tǒng)安全運(yùn)行。

在控制方式方面，由于控制邏輯關(guān)系比較簡單，因而使用PLC能夠提升數(shù)據(jù)通訊的性價(jià)比。這種控制方在目前DCS所能夠達(dá)成的功能中，諸多廠家的DCS具有了與其功能相對應(yīng)的模件，雖然經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，但是可靠性大大的降低了，因此，針對這種控制方式，可以采取人為設(shè)置內(nèi)部的運(yùn)算速度、使用冗余方式配置控制系統(tǒng)；其次是在新建的工程中，對于尚未完善前的DCS系統(tǒng)，通過PLC的面板操作鍵盤或者隨機(jī)帶的編輯器實(shí)現(xiàn)臨時操作控制對象的目的。我們以機(jī)組自啟?？刂葡到y(tǒng)為例子來闡述，首先，在機(jī)組啟動之前，要對電氣系統(tǒng)在內(nèi)的整個機(jī)組的啟動條件進(jìn)行統(tǒng)一的、綜合的檢查。當(dāng)汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速接近額定轉(zhuǎn)速時，就應(yīng)及時的啟動勵磁系統(tǒng)；其次，一定負(fù)荷時，由運(yùn)行人員進(jìn)行干預(yù)實(shí)現(xiàn)廠用電之間的切換；再次，停機(jī)時，由汽輪機(jī)的停機(jī)主控回路發(fā)出停機(jī)的相應(yīng)指令，關(guān)閉電氣系統(tǒng)。

2 火電廠電氣系統(tǒng)納入DCS的必要性分析

隨著我國電力系統(tǒng)的努力與發(fā)展，電氣二次專業(yè)逐漸形成了一套嚴(yán)密的技術(shù)與管理模式。當(dāng)前，火電廠電氣專業(yè)自動化技術(shù)在全國范圍內(nèi)的推廣，促使在電氣專業(yè)管理方面積累了豐富的制造、設(shè)計(jì)、運(yùn)行及維護(hù)的經(jīng)驗(yàn)。而火電廠電氣專業(yè)自動化管理水平的提高，很大程度上來自于計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的推廣與應(yīng)用。但是從設(shè)計(jì)、制造及專業(yè)技術(shù)管理上來講，由于火電廠的電氣二次專業(yè)和熱控專業(yè)在我國電力系統(tǒng)中一直是相互獨(dú)立的，導(dǎo)致火電廠的電氣專業(yè)在計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用上呈現(xiàn)出了明顯的滯后局面。

為縮小與國外電氣專業(yè)發(fā)展差距，近年來，國內(nèi)為此進(jìn)行了許多有益的探索和嘗試，并取得了有關(guān)大型計(jì)算機(jī)分散式控制系統(tǒng)（DCS）在電氣專業(yè)中應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)。同時，計(jì)算機(jī)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，為DCS在火電廠電氣專業(yè)中的應(yīng)用創(chuàng)造了有利的發(fā)展環(huán)境。首先，由于DCS具有很高的可靠性，對于硬接線、按鈕等造成的故障，能夠起到很好的規(guī)避效果，同時還省去了大量操作終端；其次，內(nèi)部構(gòu)成的聯(lián)系邏輯，能夠?qū)崿F(xiàn)配置冗余等形式的控制系統(tǒng)替代原有固態(tài)邏輯與繼電器模式的目的，實(shí)現(xiàn)誤操作可能性的降低，進(jìn)而提高火電控制的可靠性；最后，由于電氣的運(yùn)作、監(jiān)控均被囊括在DCS中，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行人員在任意的DCS的終端（CRT）上，實(shí)現(xiàn)對電氣系統(tǒng)的整個機(jī)組的干預(yù)與控制，達(dá)到了運(yùn)行監(jiān)控的真正集控運(yùn)行能力。

因此，為提高火電廠電氣專業(yè)的DCS系統(tǒng)管理的水平，以實(shí)現(xiàn)整個火電廠的自動化與綜合化，就應(yīng)采用現(xiàn)代化工具和手段實(shí)現(xiàn)高水平完善的監(jiān)控，從而實(shí)現(xiàn)電氣系統(tǒng)對整個機(jī)、爐、電機(jī)組的綜合自動化以及廠級運(yùn)行管理目標(biāo)的達(dá)成與實(shí)現(xiàn)。

3 DCS引入電氣控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀及問題

3.1 DCS引入電氣控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀分析

當(dāng)前，在火電廠的電氣專業(yè)實(shí)現(xiàn)DCS系統(tǒng)的完全納入是比較困難的，必須使各級人員采取慎之又慎的態(tài)度才能夠?qū)崿F(xiàn)DCS的完全納入，究其原因，主要有以下幾方面：首先，目前電氣控制設(shè)備及自動裝置基本都實(shí)現(xiàn)微機(jī)化，DCS不能與這些設(shè)備實(shí)現(xiàn)通信、數(shù)據(jù)共享，也就導(dǎo)致DCS在電廠中的應(yīng)用還缺少足夠的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，尚未取得成熟的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，也就導(dǎo)致DCS被限制在試點(diǎn)工程上采用；其次，專業(yè)人員在DCS應(yīng)用系統(tǒng)方面的知識尚不豐富。在生產(chǎn)與設(shè)計(jì)單位，由于電氣與熱工人員之間存在專業(yè)知識滲透不足，導(dǎo)致電氣人員對DCS的了解程度不夠；再次，傳統(tǒng)的電氣控制觀念難以打破。電氣專業(yè)自身所具有的安全性高、可靠性要求高的特點(diǎn)，導(dǎo)致電氣專業(yè)的運(yùn)作中必須具有較為嚴(yán)格的保護(hù)措施，因此，DCS在電氣專業(yè)中的應(yīng)用就受到了來自傳統(tǒng)觀念的強(qiáng)烈抵制。最后，主控室到設(shè)備之間需鋪設(shè)大量電纜，施工工作量大、改造周期長、費(fèi)用高。不能實(shí)現(xiàn)對保護(hù)測控裝置的智能化管理，也大大減少了監(jiān)控的信息量的采集，DCS系統(tǒng)不能實(shí)現(xiàn)對電氣量（尤其是交流）的故障錄波，無法對故障及異常運(yùn)行進(jìn)行深入分析和處理。

3.2 DCS引入電氣控制系統(tǒng)需要關(guān)注的問題探究

（1）系統(tǒng)設(shè)備之間的配合問題。

在傳統(tǒng)的DCS設(shè)計(jì)中，有關(guān)其自身的容量、規(guī)模、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及與DCS廠家的技術(shù)聯(lián)絡(luò)均是由熱控專業(yè)完成。在這些工作方面，電氣專業(yè)由于與熱控專業(yè)之間的交流與配合較少，對于DCS系統(tǒng)全面引進(jìn)電氣專業(yè)的效率產(chǎn)生了深刻的影響。因此，為提高DCS系統(tǒng)在電氣專業(yè)的使用，首先，由電氣專業(yè)對變送器的狀態(tài)、清單以及明細(xì)進(jìn)行設(shè)計(jì)，此后熱控專業(yè)依據(jù)所列變送器的明細(xì)實(shí)現(xiàn)分配；在此過程中，由于電氣專業(yè)性很強(qiáng)的功能，有關(guān)機(jī)組綜合控制的電氣控制功能、邏輯功能設(shè)計(jì)在DCS中有關(guān)位置的分配等問題，必須要由熱控專業(yè)與電氣專業(yè)的共同配合才能完成；其次，電氣專業(yè)還應(yīng)與就相關(guān)的技術(shù)等問題與DCS的生產(chǎn)廠家之間進(jìn)行及時的交流與談判，對于DCS對電氣系統(tǒng)的特殊化要求進(jìn)行深入的了解，從而實(shí)現(xiàn)廠家在有關(guān)DCS生產(chǎn)的硬件制作、系統(tǒng)功能及硬件配置等方面給與特定的關(guān)注。

（2）時鐘控制配置。

依據(jù)上面DCS系統(tǒng)的原理圖可知，整個機(jī)組的控制裝置是由若干獨(dú)立的微處理機(jī)和DCS構(gòu)成的。在各種獨(dú)立的微處理機(jī)中，各獨(dú)立裝置均具有自己的時鐘控制。也就是說，為實(shí)現(xiàn)DCS與電氣專業(yè)的有機(jī)配合，就應(yīng)關(guān)注有關(guān)時鐘控制的配置問題。但是在現(xiàn)實(shí)的工作中，不少裝置并未在設(shè)計(jì)時將獨(dú)立裝置的時鐘問題與外界進(jìn)行配合，也就沒有制定相應(yīng)的對接方法，造成DCS系統(tǒng)中帶時標(biāo)的信息產(chǎn)生紊亂，進(jìn)而影響到整個電氣專業(yè)的管理質(zhì)量。

（3）電氣裝置功能的分配。

首先，由于火電廠的熱工專業(yè)與電氣專業(yè)功能各異，在使用DCS進(jìn)行電氣控制功能的分配問題時，應(yīng)就這一特點(diǎn)進(jìn)行不同的設(shè)置。電氣專業(yè)系統(tǒng)由于參數(shù)設(shè)置、控制邏輯的及固定的東西較多，調(diào)試合適后重復(fù)的工作少，但是很長時間就不容許系統(tǒng)退出；但是熱工控制的邏輯和設(shè)計(jì)參數(shù)變化的東西多，重復(fù)工作多，有關(guān)功能及整定參數(shù)的修改都需要由工程師站對過程控制站進(jìn)行代碼的傳輸。由上述熱工專業(yè)與電氣專業(yè)所具有的特點(diǎn)可以看出，同一過程站中若電氣控制與熱工控制項(xiàng)目同時存在，那么對于熱控項(xiàng)目或是項(xiàng)目參數(shù)的修改都存在導(dǎo)致電氣系統(tǒng)誤動問題的產(chǎn)生。有上述分析可知，實(shí)現(xiàn)DCS在電氣控制功能過程站的分配，就應(yīng)對上述問題給與充分的關(guān)注。其次，對于新建工程的首臺機(jī)組，在過程站分配時考慮臨時投入廠用電的控制、保護(hù)，以便提前局部帶電促使廠用電授電遭遇DCS的復(fù)原、帶電。

（4）DCS系統(tǒng)的調(diào)試。

電氣專業(yè)控制進(jìn)入DCS系統(tǒng)，增加了有關(guān)熱控、電氣相互配合作用，有關(guān)調(diào)試的組織方法、措施以及技術(shù)重點(diǎn)就產(chǎn)生了與原有控制系統(tǒng)的差異。正是由于傳統(tǒng)熱控系統(tǒng)的控制對象是熱機(jī)系統(tǒng)，就導(dǎo)致機(jī)務(wù)人員與熱控人員之間的分工是十分明確的：DCS內(nèi)部的調(diào)試都由熱控人員完成電氣控制。但是當(dāng)電氣專業(yè)進(jìn)入DCS系統(tǒng)后，在電氣人員對DCS不熟悉的情況下，如何加強(qiáng)熱控人員與電氣專業(yè)的配合，對于發(fā)揮DCS系統(tǒng)的功能是十分重要的。因此，在實(shí)際的管理中，有關(guān)電氣控制的功能應(yīng)由電氣人員來負(fù)責(zé)，而有關(guān)DCS裝置和所有電氣信息的處理及功能調(diào)試，則主要是由電氣人員；來實(shí)現(xiàn)與之相關(guān)的保護(hù)邏輯功能。

同時，由于大部分進(jìn)入到DCS的信息是由通訊的方式進(jìn)入，由此可見，通訊設(shè)備的可靠性與合理性就成為DCS整個系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)正常工作的前提。此外，為實(shí)現(xiàn)廠用電授電和DCS的帶電矛盾問題的解決，應(yīng)在DCS系統(tǒng)的調(diào)試準(zhǔn)備階段依據(jù)具體的實(shí)際情形提出有關(guān)技術(shù)、安全措施的解決思路，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的同時，保證廠用電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定過渡。