電廠DCS系統(tǒng)應(yīng)用分析

楊海云 喬澤慧

（1、內(nèi)蒙古烏海市海勃灣發(fā)電廠，內(nèi)蒙古 烏海 016034 2、呼和浩特市豐泰發(fā)電有限公司，內(nèi)蒙古 烏海 016034）

1 引言

近年來(lái)，DCS在電力生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，尤其300MW及以上容量機(jī)組的熱工控制已全面采用DCS控制系統(tǒng)，逐步形成了數(shù)據(jù)采集DAS、模擬量控制MCS、順序控制SCS、燃燒器管理BMS4大系統(tǒng)，在汽機(jī)、鍋爐等熱力設(shè)備的順序控制、數(shù)據(jù)采集以及爐膛安全監(jiān)控等方面取得了成功的經(jīng)驗(yàn)，提高了電廠自動(dòng)化水平和機(jī)組運(yùn)行的安全性、經(jīng)濟(jì)性。與之相比，采用一對(duì)一硬手操方式的電氣控制已顯落后，電氣控制納入DCS。目前國(guó)內(nèi)有許多大型火電廠已實(shí)施并積累了很多運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。

2 電廠自動(dòng)控制及其系統(tǒng)

汽包水位自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)一般采用典型的三沖量系統(tǒng)或串級(jí)系統(tǒng)，在大型單元機(jī)組中一般設(shè)計(jì)有全程調(diào)節(jié)，因此有單沖量，三沖量之間的切換邏輯，一般依據(jù)負(fù)荷來(lái)切換。采用啟動(dòng)電泵和汽泵的系統(tǒng)還有電泵與小汽機(jī)之間的切換，也依據(jù)負(fù)荷來(lái)切換。大型機(jī)組的水位控制一般直接控制電泵或小汽機(jī)的轉(zhuǎn)速，給水調(diào)門全開(kāi)以節(jié)約能源。

燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的送風(fēng)系統(tǒng)通常采用風(fēng)煤比加氧量校正，爐膛負(fù)壓系統(tǒng)與送風(fēng)系統(tǒng)之間采用動(dòng)態(tài)聯(lián)系，通常設(shè)計(jì)有加負(fù)荷時(shí)先加風(fēng)再加煤減負(fù)荷時(shí)先減煤后減風(fēng)邏輯以及過(guò)燃燒邏輯。主汽壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)通常為串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

主汽溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)一般以減溫水調(diào)節(jié)為主，輔以尾部煙道檔板調(diào)節(jié)或噴燃器角度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。由于汽溫調(diào)節(jié)對(duì)象是一個(gè)多容環(huán)節(jié)，它的純遲延時(shí)間和時(shí)間常數(shù)都比較大，在熱工自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中屬于可控性最差的一個(gè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，因此專家們也特別關(guān)注對(duì)這一類系統(tǒng)的研究，許多新的控制策略或控制理論是對(duì)這一類系統(tǒng)研究的成果，如史密特時(shí)間預(yù)估算法控制，模糊控制，具有觀察器的狀態(tài)變量控制等。

機(jī)爐負(fù)荷協(xié)調(diào)控制在大型單元機(jī)組中都有設(shè)計(jì)。通常設(shè)計(jì)有這樣一些運(yùn)行方式:基本方式，鍋爐跟隨方式，汽機(jī)跟隨方式和協(xié)調(diào)方式?；痉绞绞且?yàn)殄仩t和汽機(jī)的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)或多或少存在一些問(wèn)題，鍋爐及汽機(jī)主控都在手動(dòng)方式。

另外，由于機(jī)組的自動(dòng)化水平的不斷提高，對(duì)機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)的測(cè)量也提出了更高的要求，控制用的參數(shù)測(cè)量與監(jiān)視用的參數(shù)測(cè)量一般都要求有各自的測(cè)量元件，控制用的測(cè)量參數(shù)還需要經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)保險(xiǎn)的有關(guān)邏輯以提高控制系統(tǒng)的可靠性。

開(kāi)環(huán)控制包括了聯(lián)鎖保護(hù)，順序控制，選線控制等控制內(nèi)容?；痣姀S單元機(jī)組中主輔機(jī)設(shè)備都有聯(lián)鎖保護(hù)，如停機(jī)停爐的大聯(lián)鎖，一些重要輔機(jī)的保護(hù)跳閘，備用泵的自啟動(dòng)，成組設(shè)備的順序啟停等。這些聯(lián)鎖保護(hù)現(xiàn)在一般都能投入運(yùn)行而且必須投入運(yùn)行。順控方面一般的泵或風(fēng)機(jī)的子組啟?？刂埔捕寄芡度脒\(yùn)行，但鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)大順控這樣的成組控制因?yàn)闋可娴脑O(shè)備比較多而很少有經(jīng)常投運(yùn)的。

3 電廠DCS功能分析

目前大機(jī)組的儀控系統(tǒng)大多選用DCS系統(tǒng)。

DCS系統(tǒng)在火電廠發(fā)電機(jī)組控制中的應(yīng)用已有10多年的歷史了，而且正在越來(lái)越多地得到應(yīng)用。DCS系統(tǒng)是相對(duì)于計(jì)算機(jī)集中控制系統(tǒng)而言的計(jì)算機(jī)(或微機(jī))控制系統(tǒng)，它是在對(duì)計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)的研究基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，是過(guò)程控制專家們借用計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)研究成果，把局域網(wǎng)變成一個(gè)實(shí)時(shí)性，可靠性要求很高的網(wǎng)絡(luò)型控制系統(tǒng)，運(yùn)用于過(guò)程控制領(lǐng)域。這樣的控制系統(tǒng)給我們帶來(lái)以下一些好處：

3.1 故障分散是推出DCS系統(tǒng)的最大理由，DCS系統(tǒng)就是要解決集中控制系統(tǒng)致命的弱點(diǎn)-故障集中。故障分散的理由是DCS系統(tǒng)采用了大量的微處理器，各個(gè)微處理器承擔(dān)一個(gè)范圍較小的(地域上)控制任務(wù)，某個(gè)微處理器故障不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的正常工作。

3.2 縮小控制室尺寸或控制表盤的長(zhǎng)度。

3.3 大量縮減控制系統(tǒng)所需的電纜。

3.4 大量減少控制系統(tǒng)所需的備品備件種類及數(shù)量。

3.5 減少工藝生產(chǎn)的運(yùn)行對(duì)儀表控制設(shè)備廠商的依賴，減少儀控人員培訓(xùn)所需的費(fèi)用。

3.6 提供了控制系統(tǒng)構(gòu)成的靈活性，具有組態(tài)便利和可擴(kuò)展性。

3.7 實(shí)現(xiàn)過(guò)程實(shí)時(shí)參數(shù)和歷史數(shù)據(jù)的管理，提供性能計(jì)算，設(shè)備壽命計(jì)算等功能。這是傳統(tǒng)的儀表控制系統(tǒng)所望塵莫及的。

DCS系統(tǒng)是否確實(shí)給我們帶來(lái)了這些好處呢?

以一些在火電廠單元機(jī)組控制系統(tǒng)中應(yīng)用的DCS系統(tǒng)來(lái)考察，如在浙江省電力系統(tǒng)發(fā)電廠中應(yīng)用的BAILEY的INFI-90，C&E的MOD-300，以及 SIEMENS的TELEPERMME/XP等，綜合分析如下:

3.7.1 關(guān)于故障分散。大多數(shù)DCS生產(chǎn)廠商現(xiàn)階段所提供的系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中并非象我們想象的那么故障分散。由DCS系統(tǒng)控制的火電廠單元發(fā)電機(jī)組，因?yàn)镈CS系統(tǒng)的某些故障而被迫停運(yùn)的事情時(shí)有發(fā)生。這與傳統(tǒng)的儀表控制系統(tǒng)相比后者似乎要優(yōu)于前者。所以DCS系統(tǒng)的構(gòu)成越接近傳統(tǒng)的儀表控制系統(tǒng)，即微處理器或多功能控制器所承擔(dān)的控制任務(wù)從地域上越分散，越能做到故障分散。

3.7.2 關(guān)于控制室的尺寸和表盤長(zhǎng)度。這一點(diǎn)所有的DCS系統(tǒng)都能做到大大縮小。不過(guò)與傳統(tǒng)的儀表控制系統(tǒng)相比，電子室的尺寸和設(shè)備相對(duì)增加了。

3.7.3 關(guān)于節(jié)約電纜。由于DCS系統(tǒng)所采用的設(shè)備器件在現(xiàn)階段來(lái)說(shuō)仍然是比較嬌貴，需要防塵和空調(diào)，REMOTEI/O還不能大量使用，因此，DCS系統(tǒng)的主要設(shè)備都需要安置在條件比較好的電子室，大量的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)仍然需用電纜接到電子室。與傳統(tǒng)的儀表控制系統(tǒng)相比，電纜有所縮減，但效益有限。

3.7.4 關(guān)于減少備品備件的種類和數(shù)量。備品備件的種類和數(shù)量有所減少，并且需要與之打交道的儀表控制設(shè)備制造廠商也有所減少。

3.7.5 關(guān)于減少機(jī)組運(yùn)行對(duì)儀表控制設(shè)備制造廠商的依賴。由于DCS系統(tǒng)在應(yīng)用技術(shù)方面還不能盡如人意，因此，在機(jī)組運(yùn)行時(shí)，尤其在機(jī)組試行期間，DCS生產(chǎn)廠家的專家服務(wù)似乎成了必不可少。使得培訓(xùn)所需花費(fèi)也有所增加。

3.7.6 關(guān)于控制系統(tǒng)構(gòu)成的靈活性，組態(tài)的便捷性和系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。大多數(shù)DCS系統(tǒng)的組態(tài)也是比較方便的。不過(guò)多數(shù)系統(tǒng)在在線組態(tài)功能方面尚有許多工作可做，好多系統(tǒng)為離線組態(tài)，在工程師站編程，然后編譯，再下載。有些系統(tǒng)這一過(guò)程比較費(fèi)時(shí)，在調(diào)試期間這一問(wèn)題尤其突出。

3.7.7 關(guān)于DCS系統(tǒng)提供的一些獨(dú)特的控制功能。由于DCS系統(tǒng)可提供歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的管理，性能計(jì)算等功能，把過(guò)程控制推向一個(gè)新的更高層次的領(lǐng)域。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，DCS系統(tǒng)解決了現(xiàn)代化大生產(chǎn)中過(guò)程控制傳統(tǒng)的儀表控制系統(tǒng)難以勝任的問(wèn)題，而相對(duì)計(jì)算機(jī)集中控制來(lái)說(shuō)故障還是分散的，在許多方面有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，是傳統(tǒng)的儀表控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集中控制系統(tǒng)所無(wú)法比擬的。但是現(xiàn)階段的DCS系統(tǒng)在應(yīng)用中仍然有一些重要的問(wèn)題需要解決。

[1]王金全，方志華，仲未央.工業(yè)控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀與展望[J].中國(guó)電力，2007(1):114-115.

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