提高分散控制系統(tǒng)運行可靠性 降低控制單元負荷率

摘要：本文主要闡述大唐琿春發(fā)電廠DCS系統(tǒng)如何解決部分單元控制器負荷率較高現(xiàn)象，通過合理調整控制功能模塊的掃描周期和相位，刪除不必要的引用點，特別是垮站引用點，優(yōu)化協(xié)調系統(tǒng)邏輯等方法，解決了單元控制器負荷率高的問題。達到系統(tǒng)優(yōu)、控制優(yōu)。

關鍵詞：分散控制系統(tǒng)單元控制器周期相位

1 概述

分散控制系統(tǒng)（DCS）已在火力發(fā)電廠得到了普遍應用，從我國資質研發(fā)和深藏的DCS成功應用于60萬千瓦、100萬千瓦超超臨界機組，到首臺最大容量60萬千瓦超臨界循環(huán)流化床機組DCS的突破，再到被稱為核電站“神經中樞”的核電站全數字化儀控系統(tǒng)實現(xiàn)自主研發(fā)，近年來我國DCS實現(xiàn)了跨越式發(fā)展。因此DCS系統(tǒng)的安全性和可靠性對機組的安全運行愈來愈重要。對于DCS系統(tǒng)來說，系統(tǒng)設計的完善是保證機組安全運行的關鍵，網絡通信負荷率必須控制在合理的范圍（保證在高負荷運行下不出現(xiàn)“瓶頸”現(xiàn)象）之內，其接口設備（板件）應穩(wěn)定可靠。

大唐琿春發(fā)電廠（以下簡稱我廠）部分工作站CP（控制處理器）存在負荷率高的現(xiàn)象，負荷率高會導致CP故障，引起相應控制系統(tǒng)失靈。如果更加嚴重會導致系統(tǒng)死機，甚至系統(tǒng)崩潰，這樣會對現(xiàn)場設備的正常運行造成威脅。提高系統(tǒng)可靠性，需要負荷利用率進行優(yōu)化。

2 優(yōu)化前實際狀況

20世紀末，DCS 在國內燃煤機組上應用時，其監(jiān)控功能覆蓋范圍還僅限于DAS、MCS、FSSS和SCS四項。及時在2004年發(fā)布的Q/DG1-K401-2004《火力發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)（DCS）技術規(guī)范書》中，DCS應用的主要功能子系統(tǒng)仍還是以上四項。有專家分析認為，目前隨著自動化控制技術的發(fā)展，火力發(fā)電系統(tǒng)的自動化程度越來越高，在火電系統(tǒng)中DCS應用雖然說不是國內最早，但絕對是最廣泛的。在火電的發(fā)展過程中，隨著社會對電力資源需求越來越高，以往較為粗放式的發(fā)電已經行不通了，需要更精細化的發(fā)電，以達到資源的最大利用率。而這種控制都需要靠自動化技術來實現(xiàn)，單純的人工是達不到這種效果的。作為國家基礎建設的重中之重，電力系統(tǒng)只能盡可能選用國產控制系統(tǒng)來提高安全率。

目前，主機控制和輔網控制采用DCS一體化的項目越來越多，即在控制系統(tǒng)的高精尖上不斷突破，在控制的范圍上不斷擴大，且國產化市場占有率增加勢頭也較猛，特別是在老機組DCS改造方面。近期我廠也拿到了DCS改造項目，為后續(xù)老機組DCS改造的國產化開了個好頭。具體改造措施如下：

2.1 我廠部分CP負荷率相對較高，其中CP01此種現(xiàn)象比較嚴重。負荷使用率達到70%以上。

2.2 降低控制器的負荷率，需要對DCS系統(tǒng)控制單元組態(tài)優(yōu)化。優(yōu)化原則：①將各個控制功能分散，每個子系統(tǒng)都應該采用獨立的控制器。②合理分配分散控制單元的I/O點數，考察其控制器的負荷率應滿足DCS技術規(guī)范的要求(如控制器負荷率不大于40%)。③合理配置控制單元內每個模塊的處理周期和相位。使模塊在每個時間段的運行數量平均，避免數據擁堵而造成有些模塊沒有掃描到的現(xiàn)象，同時可以降低負荷率。④在一個單元控制器內應盡可能完整實現(xiàn)一個控制功能，避免過多地交叉引用數據。這樣一方面能夠有效地降低通信網絡的負荷，另一方面能夠盡可能地縮短控制策略和I/O信號的處理周期，有利于提高控制品質。

2.3 我廠CP01負荷率相對較高的主要原因有以下幾點：①CP01所配置的監(jiān)視參數和組態(tài)邏輯較多，配置有1號、2號制粉系統(tǒng)；AA層、BB層燃油控制系統(tǒng)；協(xié)調、AGC、RB控制系統(tǒng)。這樣就造成了CP處理信息量較大。②在協(xié)調控制邏輯中組態(tài)有許多沒有用的中間變量和重復的數據采集。③各個組態(tài)模塊的處理周期和相位分配不合理。④協(xié)調控制系統(tǒng)控制策略有優(yōu)化的空間。

3 優(yōu)化方法

3.1 關閉功能塊

機組投產以來，在協(xié)調控制邏輯中組態(tài)有許多沒有用的中間變量和重復的數據采集。如果把所有的數據檢查一遍，存在很大困難（FOXBORO系統(tǒng)組態(tài)不是很直觀），故將原有AGC控制及協(xié)調控制系統(tǒng)的組態(tài)邏輯關閉，重新組態(tài)。

3.2 重新建立組態(tài)

在原有協(xié)調控制理念的基礎上，優(yōu)化控制功能，適應我廠實際情況。優(yōu)化后的組態(tài)，直觀明了，便于維護。

由于我廠煤質變化大，原控制邏輯在機組投入AGC控制時，負荷變動較快，協(xié)調控制功能不能及時反應，負荷變化率只能達到6MW/m，有時需要AGC控制切除后，手動才能快速加減負荷。

優(yōu)化后的邏輯，做了一個煤量修正，以提高協(xié)調的控制能力。

原協(xié)調控制有4個功能組，共有178個功能塊，重新組態(tài)了兩個功能組，共有89個功能塊，大大減少了CP的處理信息量。

3.3 調整模塊的處理周期和相位

①周期：處理周期。功能組的處理周期必須小于或等于它所包含的所有模塊中的最小處理周期，以使所有模塊都能得到處理。

②相位：相位號，指定該組合模塊的運行時間是否要延遲幾個基本處理周期，以均衡控制處理機的負荷。相位的個數等于以秒為單位的處理周期乘以2，假如處理周期為5秒，則有0～9 共10個相位。

③處理周期與相位的關系如表1：

■

④統(tǒng)計結果：原有功能塊的周期和相位的設置存在相對集中的現(xiàn)象。這會造成控制器處理數據困難，導致負荷率上升。重新調整，將重要信號的周期和相位調整的相對較小，例如協(xié)調控制、保護功能；將普通的信號調整的相對較大，例如燃油控制等。使功能塊的處理周期和相位分布比較均勻，減小了同一時期CP處理器工作量大的現(xiàn)象。

4 優(yōu)化結果

優(yōu)化后CP01的負荷率明顯下降，由原來的74%，下降到60%。

5 結束語

DCS控制處理器是DCS系統(tǒng)的核心部分之一，其負荷率的高低，關系到系統(tǒng)的安全性、可靠性和控制品質。提高單元控制器的可靠性就是保障DCS系統(tǒng)的安全運行。

現(xiàn)階段我廠整個DCS控制系統(tǒng)的運行狀況發(fā)生了質的提高。協(xié)調控制品質和設備運行基本穩(wěn)定，基本達到100%自動投入率。CP負荷率明顯降低，使系統(tǒng)更加合理化，穩(wěn)定性更強，降低了整個DCS系統(tǒng)的全年故障率。

參考文獻：

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