DCS系統(tǒng)在火電廠的應(yīng)用研究

王廣

【摘要】文章結(jié)合具體火電廠實(shí)例，在簡要分析DCS系統(tǒng)比較選擇的基礎(chǔ)上，對DCS系統(tǒng)的應(yīng)用和常見問題進(jìn)行分析，可為類似工程處理及相關(guān)工作者提供參考。

【關(guān)鍵詞】DCS系統(tǒng);火電廠

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及人們生活物質(zhì)水平的不斷的提高，對電力供應(yīng)質(zhì)量提出了更高的要求，作為電廠控制核心的集散型控制系統(tǒng)（DCS）也就變得越來越重要。自第一代DCS面世以來，DCS經(jīng)過幾代的技術(shù)更新和功能完善，發(fā)展至今，以其功能豐富、運(yùn)行可靠、配置靈活、界面友好、安裝簡單等諸多優(yōu)點(diǎn)在火電廠得到了廣泛的應(yīng)用。雖然我國從80年代就開始將DCS應(yīng)用于火電廠，但由于在實(shí)踐過程中不僅要考慮與電廠設(shè)備的互聯(lián)，還要融入通信、計(jì)算機(jī)、自動化等多方面的技術(shù)，因此，不可避免面臨著諸多難題和困境，有必要對DCS系統(tǒng)在火電廠中應(yīng)用進(jìn)行研究，以促進(jìn)DCS系統(tǒng)在保證火電廠安全、穩(wěn)定運(yùn)行中發(fā)揮本有的功效。DCS系統(tǒng)在火電廠的應(yīng)用是一個(gè)綜合性的過程，文章結(jié)合具體實(shí)例僅對DCS系統(tǒng)在火電廠主控系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了研究，可為類似工程實(shí)踐提供參考。

1.控制方案的選擇

某火電廠新建工程2×600MW機(jī)組對該地區(qū)煤炭資源合理開發(fā)、能源資源優(yōu)化配置、地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展具有十分重要的意義，因此，從經(jīng)濟(jì)性、安全性、實(shí)用性等諸多方面綜合性的去比較選擇機(jī)組的儀控方案是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。從火電廠機(jī)組儀控方案使用現(xiàn)狀來看，主要有PLC控制和DCS控制兩種，雖然隨著大型火電廠的不斷增加，DCS將逐漸代替PLC，但對于二者的比較分析還是具有一定的實(shí)際意義，不僅有利于認(rèn)識二者的特點(diǎn)和適用范圍，結(jié)合火電廠實(shí)際選擇合適的控制方案，還有利于更深層次認(rèn)識DCS系統(tǒng)，促進(jìn)DCS系統(tǒng)的推廣應(yīng)用。

PLC是由模仿原繼電器控制原理發(fā)展起來的，PLC每完成一次循環(huán)操作需一定的掃描周期，這是DCS所沒有的，但這也是使PLC的冗余不如DCS的原因。對于大型火電廠龐雜的控制系統(tǒng)來說，監(jiān)控測點(diǎn)I/O總點(diǎn)數(shù)較多，顯然采用PLC控制不合適。相比PLC而言，DCS系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，DCS不受地理和環(huán)境的限制，使分散在各地的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源同時(shí)為多個(gè)用戶所共享，充分發(fā)揮各地資源的作用和特長，實(shí)現(xiàn)協(xié)同操作;它遵從相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，采用現(xiàn)場總線技術(shù)，既可使用FM/SM系列硬件模塊用于現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集，又可方便的與遠(yuǎn)程I/O、CAN、Profibus等多種現(xiàn)場總線設(shè)備或模塊連接;實(shí)時(shí)高效可靠的冗余控制器，基于以太網(wǎng)的上層監(jiān)控系統(tǒng)，提供動態(tài)豐富、操作直觀方便的人機(jī)交互界面;一體化的組態(tài)編程與調(diào)試軟件，實(shí)現(xiàn)觀全系統(tǒng)所有功能的組態(tài)，強(qiáng)大的數(shù)據(jù)儲存與處理能力可以記錄所有重要?dú)v史數(shù)據(jù)并提供生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析報(bào)表?；谝陨戏治觯竟こ虣C(jī)組采用爐、機(jī)、電集中控制方式，兩臺機(jī)組設(shè)一個(gè)單元控制室，每臺機(jī)組按爐、機(jī)、電一體化配置DCS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全LCD監(jiān)控。在單元控制室通過DCS操作員站即能完成對機(jī)組啟/停操作、正常運(yùn)行工況的監(jiān)視和調(diào)整以及異常與事故工況的處理。

2.DCS系統(tǒng)應(yīng)用及常見問題

2.1 DCS系統(tǒng)整體方案

該火電機(jī)組DCS控制系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）、模擬量控制系統(tǒng)（MCS）、旁路控制系統(tǒng)（BPS）、爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)（FSSS）、順序控制系統(tǒng)（SCS）、電氣量監(jiān)視控制系統(tǒng)（ECS）構(gòu)成，其中旁路控制系統(tǒng)（BPS）納入MCS控制范圍。汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)（DEH）、給水泵用小汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)（MEH）與DCS采用相同的硬件設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)配置和操作員站采用一體化設(shè)計(jì)。系統(tǒng)采用工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)，#1機(jī)組、#2機(jī)組、公用系統(tǒng)分別設(shè)置不同的網(wǎng)段。總體而言，主要包括硬件和軟件兩個(gè)部分。該機(jī)組DCS系統(tǒng)硬件主要包括工程師站、運(yùn)行員操作站、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、控制處理機(jī)以及I/O卡件。系統(tǒng)的軟件部分是本文研究的重點(diǎn)，在此主要以模擬量控制系統(tǒng)（MCS）為例進(jìn)行軟件的實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用分析。

首先，火電廠熱工控制信號主要包括壓力、液位、流量、溫度和少量化學(xué)分析參數(shù)。MCS系統(tǒng)中，對于最重要的參數(shù)信號，如功率、主汽壓力、汽機(jī)第一級壓力、爐膛壓力、給水流量等，一般要設(shè)計(jì)有3個(gè)測量信號。對于這些信號的物理位置安排上，盡可能將它們分配到3塊模擬量輸入卡件上;在信號選擇上采用三選中算法。注意在流量差壓信號處理時(shí)，考慮小信號切除問題，小信號切除范圍定為1%。

其次，火電廠MCS系統(tǒng)中，有一些典型的多控制輸出系統(tǒng)，它采用兩個(gè)或兩個(gè)以上的控制驅(qū)動裝置控制一個(gè)變量，而調(diào)節(jié)器是共用的，如送風(fēng)控制、爐膛壓力控制、一次風(fēng)壓控制、燃料控制、給水控制都是典型的多控制輸出系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)多個(gè)控制驅(qū)動裝置投自動時(shí)的無擾，在控制總量一定的情況下，一路控制輸出變化時(shí)其余控制輸出能自動調(diào)整以保證控制總量的不變，多控制輸出系統(tǒng)為達(dá)到優(yōu)良的控制品質(zhì)需要有滿足要求的多輸出平衡回路，根據(jù)以往類似工程經(jīng)驗(yàn)，利用DCS系統(tǒng)平臺設(shè)計(jì)了較完善的平衡回路，較好地滿足了這些要求。

再次，MCS系統(tǒng)中的超馳控制功能實(shí)現(xiàn)在特殊的情況下，切斷調(diào)節(jié)器的正常輸出，自動將控制輸出切換到預(yù)設(shè)值，而調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)為跟蹤狀態(tài)，當(dāng)超馳控制消失時(shí)，調(diào)節(jié)器恢復(fù)正常工作。因此，超馳控制功能是必不可缺的，對于安全保護(hù)的超馳控制，要求優(yōu)先級高于正常自動和手動操作。在該機(jī)組MCS系統(tǒng)中，考慮工藝系統(tǒng)這方面的需要，實(shí)現(xiàn)超馳控制功能。

2.2 DCS系統(tǒng)存在問題

該電廠在應(yīng)用上述DCS系統(tǒng)后，在現(xiàn)場調(diào)試過程中，組態(tài)工具曾發(fā)生三次無法打開的問題，現(xiàn)在的解決辦法是重裝工程師站，但重裝后必須要把所有的控制器CP初始化，并斷電重啟，還要把所有的組態(tài)重新下載，這個(gè)過程要用一定的時(shí)間。這個(gè)問題對于調(diào)試來說，是十分嚴(yán)重的。在真正啟動調(diào)試的過程中，是不可能重裝工程師站的。可以看出，DCS系統(tǒng)應(yīng)用過程中，會出現(xiàn)各種問題，這需要及時(shí)加以解決。筆者在這個(gè)項(xiàng)目的實(shí)施過程中，工總結(jié)出了以下行之有效的問題判別及解決方法。

（1）操作站死機(jī)

當(dāng)發(fā)現(xiàn)某個(gè)操作站死機(jī)，監(jiān)控畫面數(shù)據(jù)不刷新，調(diào)節(jié)畫面不起作用，查看右上方系統(tǒng)報(bào)警指示燈是否正常，并檢查其他操作站是否工作正常，若正常，則僅該操作站有問題，維修即可。若其他操作站數(shù)據(jù)也不變，則為系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障，需檢查網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的運(yùn)行情況，進(jìn)行修復(fù)。

（2）操作站斷電

若部分操作站突然無顯示，則說明UPS或市電斷電，若有電的操作站可正常監(jiān)控，此時(shí)不會影響控制系統(tǒng)的正常調(diào)節(jié)。

（3）控制站全部斷電

由于所有控制站設(shè)備均為雙路供電，一路UPS，一路市電，所以這種情況的發(fā)生幾率很小。當(dāng)控制站全部斷電后，監(jiān)控畫面上兩個(gè)系統(tǒng)報(bào)警紅燈亮，通訊中斷，數(shù)據(jù)全部不刷新，所有自調(diào)系統(tǒng)完全失控，調(diào)節(jié)閥將恢復(fù)到初始狀態(tài)，氣開閥全關(guān)，氣關(guān)閥全開。此時(shí)，應(yīng)立即緊急處理或停車，同時(shí)到現(xiàn)場進(jìn)行操作。

（4）操作站全部斷電

此時(shí)，查看控制站電源指示燈是否正常，卡件診斷指示燈有無故障紅燈，綠燈表示卡件正常工作，若以上都正常，則可以確定控制站工作正常，自調(diào)系統(tǒng)工作正常，只是操作工暫時(shí)看不到監(jiān)控畫面，且不能對現(xiàn)場進(jìn)行遙控操作，立即通知微機(jī)維修人員進(jìn)行維修，并到現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)控。

（5）調(diào)節(jié)閥儀表氣源壓力低或儀表空氣全部斷氣

當(dāng)發(fā)現(xiàn)多個(gè)自調(diào)系統(tǒng)失靈，監(jiān)控畫面上自調(diào)閥閥位在全開或全關(guān)位置，立即檢查儀表氣源壓力，若氣源壓力小于0.4MPa，則不正常，檢查氣源管道有無堵塞或漏氣現(xiàn)象;若氣源壓力小于0.2MPa，立即進(jìn)行緊急停車。

3.結(jié)語

DCS的應(yīng)用是一個(gè)系統(tǒng)性的過程，雖然目前市場上有諸多較為成熟的DCS系統(tǒng)，但若將其應(yīng)用于火電廠，還需考慮諸多方面的問題，不僅僅是系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，還涉及系統(tǒng)的調(diào)試和維護(hù)，是一個(gè)基于電廠運(yùn)行的全過程，這就要求基于經(jīng)濟(jì)性、安全性、穩(wěn)定性出發(fā)應(yīng)用DCS系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

[1]曹冬梅.DCS系統(tǒng)在通遼電廠4號機(jī)組中的應(yīng)用及改造[D].華北電力大學(xué)，2012.