熱工控制DCS系統(tǒng)設(shè)計(jì)與運(yùn)用

任江波

摘 要：為了適應(yīng)電廠熱工自動(dòng)化發(fā)展的要求，DCS 系統(tǒng)被廣泛運(yùn)用于熱工控制領(lǐng)域。DCS系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化帶來(lái)了有力的硬件和軟件平臺(tái)，其設(shè)計(jì)的功能也更加全面。對(duì)熱工控制DCS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)用進(jìn)行分析、探討。

關(guān)鍵詞：熱工控制；DCS；設(shè)計(jì)；運(yùn)用

中圖分類號(hào)：TM621.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）11-0060-02

隨著科學(xué)技術(shù)在各行各業(yè)中的廣泛應(yīng)用，熱工控制DCS系統(tǒng)也被廣泛應(yīng)用。作為一個(gè)優(yōu)化系統(tǒng)，熱工控制DCS系統(tǒng)對(duì)電廠機(jī)組的正常運(yùn)行有重要的作用，對(duì)電廠和能源的發(fā)展有積極的意義，極大地提高了工作效率，提升了工作質(zhì)量和安全，降低了成本，真正實(shí)現(xiàn)了熱工控制系統(tǒng)的自動(dòng)化和智能化，為經(jīng)濟(jì)發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)。

1 熱工控制DCS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與構(gòu)成

熱工控制DCS系統(tǒng)可以被叫作集散控制系統(tǒng)，它區(qū)別于傳統(tǒng)的集中型控制，是新型的控制系統(tǒng)。它是在傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，結(jié)合微型計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)技術(shù)，將局域網(wǎng)作為紐帶，針對(duì)傳統(tǒng)控制在使用中的缺陷和優(yōu)勢(shì)所孕育出來(lái)的，也被稱為4C技術(shù)。與傳統(tǒng)型系統(tǒng)相比，其更加安全、高效。該系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)、通訊器、顯示器和控制器構(gòu)成，有過(guò)程控制級(jí)和過(guò)程監(jiān)控級(jí)。按照功能設(shè)計(jì)，熱工控制DCS 系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）、模擬量控制系統(tǒng)（MCS）、順序控制系統(tǒng)（SCS）、數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)（DEH）和鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)（FSSS）。在我國(guó)，熱工控制都是自動(dòng)化控制。DCS系統(tǒng)是我國(guó)自主編制的，相較于國(guó)外成熟的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，這樣自主開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)在熱工控制方面有時(shí)還存在一些不足。發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)DCS的研制要早于我國(guó)，所以，其比較完善，我國(guó)部分機(jī)組目前還是依賴于進(jìn)口。雖然如此，DCS系統(tǒng)在我國(guó)已經(jīng)得到了比較廣泛的使用。

DAS即數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，又被稱為計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。它的基本功能是在線檢測(cè)整個(gè)機(jī)組的生產(chǎn)過(guò)程并產(chǎn)生參數(shù)，把這一過(guò)程經(jīng)過(guò)相關(guān)的運(yùn)算處理，然后用 CRT 的畫(huà)面形式把結(jié)果和過(guò)程提供給工作人員。在這個(gè)過(guò)程中，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警并將制表打印出來(lái)，對(duì)相關(guān)的性能指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，這些功能對(duì)提高操作的準(zhǔn)確性有所幫助。

MCS即模擬量控制系統(tǒng)。它可以把鍋爐和汽機(jī)合成一個(gè)整體，進(jìn)行整體性控制，其主要任務(wù)是控制生產(chǎn)過(guò)程中的水、風(fēng)等系統(tǒng)的主要變量，并調(diào)節(jié)汽輪發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷狀況。這個(gè)控制系統(tǒng)可以分為爐側(cè)模擬量控制系統(tǒng)和機(jī)側(cè)模擬量控制系統(tǒng)。在爐側(cè)MCS系統(tǒng)中，機(jī)爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)、蒸汽溫度控制系統(tǒng)、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、引風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)、儲(chǔ)水箱水位控制系統(tǒng)、啟動(dòng)分離器是重要的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。在機(jī)側(cè) MCS 系統(tǒng)中，鍋爐給水系統(tǒng)全程調(diào)節(jié)和除氧器水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)是串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，除了這兩者之外，所有的調(diào)節(jié)系統(tǒng)都是單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中包括了水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)、除氧器壓力、閉式水箱水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)和凝汽器水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

SCS即順序控制系統(tǒng)，也可以將其稱作程序控制。它能夠?qū)C(jī)組部分按照熱力系統(tǒng)區(qū)分為幾個(gè)局部性質(zhì)的子系統(tǒng)。根據(jù)規(guī)定好的順序、原則，對(duì)各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行邏輯性判斷，然后發(fā)出操作命令，讓機(jī)組各個(gè)部分按照一定的順序啟動(dòng)，最終完成順序控制的要求。SCS系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)的是廠房?jī)?nèi)的主機(jī)和輔機(jī)，自動(dòng)進(jìn)行主機(jī)或輔機(jī)的開(kāi)機(jī)或停止，并對(duì)這些操作的參數(shù)進(jìn)行監(jiān)視和聯(lián)鎖保護(hù)。因?yàn)樵赟CS 系統(tǒng)中有分層設(shè)計(jì)指令的優(yōu)先級(jí)順序，所以，在爐側(cè)方面，控制順序的范圍包括送風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)、爐膛吹灰系統(tǒng)等；在機(jī)側(cè)中，順序控制系統(tǒng)包括汽機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)、內(nèi)冷水系統(tǒng)和膠球清洗系統(tǒng)等。相對(duì)來(lái)說(shuō)，SCS 系統(tǒng)的內(nèi)容比較龐雜，但是控制邏輯相對(duì)簡(jiǎn)單。然而，當(dāng)聯(lián)鎖保護(hù)邏輯成為其重要內(nèi)容時(shí)，就需要與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)際情況相結(jié)合才能完成設(shè)計(jì)任務(wù)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性既能夠影響輔機(jī)的安全，在很大程度上也關(guān)系著主設(shè)備的安全性和可靠性。

DEH即數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)，它是汽輪發(fā)電機(jī)組中重要的組成部分，能夠控制汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速、功率，并且能夠控制汽輪機(jī)的壓力，在機(jī)組啟停過(guò)程中和發(fā)生故障時(shí)，能夠進(jìn)行有效的控制和保護(hù)。

FSSS即鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)，是燃燒器管理系統(tǒng)。它能夠在鍋爐工作中和各種運(yùn)行方式下，不間斷地監(jiān)視燃燒系統(tǒng)所產(chǎn)生參數(shù)和狀態(tài)，并不斷地進(jìn)行判斷和運(yùn)算，在必要的時(shí)候發(fā)出動(dòng)作指令。它能夠結(jié)合各種順序控制，配合聯(lián)鎖裝置的設(shè)計(jì)情況，按照特定順序操作燃燒系統(tǒng)的設(shè)備，預(yù)測(cè)可能發(fā)生的事故，把事故扼制在搖籃中，從而更好地保護(hù)鍋爐的安全。

2 熱工控制DCS系統(tǒng)的運(yùn)用要點(diǎn)

熱工控制DCS系統(tǒng)的兼容性很好。當(dāng)前電廠熱工控制的機(jī)組比較龐大、數(shù)量比較多、比較復(fù)雜時(shí)，熱工控制需要有很好的技術(shù)水平才能完成這一工作。由于DCS系統(tǒng)的兼容性很好，能夠比較好地控制多個(gè)對(duì)象，提高自動(dòng)化運(yùn)行的效率。同時(shí)，DCS系統(tǒng)能夠很好地保障機(jī)組的運(yùn)行安全，系統(tǒng)中的顯示功能將通過(guò)大屏幕把機(jī)組運(yùn)行的狀況呈現(xiàn)給操作人員，優(yōu)化人機(jī)操作，使操作變得簡(jiǎn)單、方便。相對(duì)簡(jiǎn)單的操作和可視的運(yùn)行狀況減少了事故發(fā)生的概率，降低了生產(chǎn)成本。熱工控制DCS系統(tǒng)的主要功能是采集信息并處理、模擬量控制、順序控制和鍋爐爐膛安全檢測(cè)。DCS系統(tǒng)具有的能動(dòng)作用加快了機(jī)組安裝、調(diào)試的進(jìn)程。在運(yùn)行時(shí)，DCS系統(tǒng)的主要作用就是讓機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。

熱工控制DCS系統(tǒng)有遠(yuǎn)程控制輸入和輸出裝置，能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程輸入或輸出操作，這一點(diǎn)也漸漸地被工程人員所重視。這種自動(dòng)系統(tǒng)主要分為三部分：①智能前端。也可以將智能前端看作是現(xiàn)場(chǎng)總線部分，它能夠?qū)/D 互相轉(zhuǎn)換進(jìn)行PID 控制，并且支持熱電阻的轉(zhuǎn)變等。②現(xiàn)場(chǎng)通訊總線。通訊總線的表現(xiàn)方式是數(shù)字串行，它能夠支持多種多樣的運(yùn)行方式。③通訊適配器。通訊適配器主要負(fù)責(zé)的是對(duì)整個(gè)信息區(qū)域進(jìn)行控制和協(xié)調(diào)，并使主控系統(tǒng)的信息可以互相交換。熱工控制 DCS系統(tǒng)具有的遠(yuǎn)程控制輸出、輸入功能，能夠有效提高企業(yè)操作控制的安全系數(shù)。

DCS系統(tǒng)能夠?qū)﹄姀S熱工控制系統(tǒng)進(jìn)行日常維護(hù)和控制管理，涉及的主要部分有設(shè)備、設(shè)施的維護(hù)、控制，內(nèi)部軟件的檢測(cè)和監(jiān)控。對(duì)于輸出、輸入部分，DCS系統(tǒng)可以通過(guò)系統(tǒng)檢測(cè)進(jìn)行檢驗(yàn)、維護(hù)。如果發(fā)生故障的話，一般情況下會(huì)更換模塊，由操作人員人工對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部構(gòu)造進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)查是由什么原因?qū)е碌墓收?。如果工程人員的專業(yè)技能達(dá)不到一定水平，就難以查出原因。為了減少由人為不當(dāng)操作造成的機(jī)組故障，企業(yè)需要對(duì)技術(shù)人員進(jìn)行專業(yè)操作培訓(xùn)，以減少故障發(fā)生的概率。工作人員要定期備份和保存內(nèi)部應(yīng)用軟件的信息，詳細(xì)記錄信息的變化。工作人員也要及時(shí)保存數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的信息和信息的變化，防止數(shù)據(jù)丟失帶來(lái)的損失。要分門別類地對(duì)軟件進(jìn)行檢驗(yàn)，詳細(xì)、認(rèn)真地檢查軟件的級(jí)別、權(quán)限、功能，同時(shí)，要做好軟件的更新、控制和完善管理等工作。在此過(guò)程中，要保證系統(tǒng)軟件的運(yùn)行安全，一旦發(fā)生故障，工作人員要馬上進(jìn)行維護(hù)，排查故障，確保其可以繼續(xù)安全工作，必要時(shí)還可以立刻采取有效措施，例如機(jī)組停止運(yùn)行，排查并解除系統(tǒng)故障。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著科技的發(fā)展，DCS控制系統(tǒng)在各行各業(yè)中得到了廣泛的運(yùn)用，為各領(lǐng)域提供了更高水平的信息控制系統(tǒng)。熱工控制DCS系統(tǒng)的兼容性很強(qiáng)，在保證機(jī)組安全運(yùn)行的同時(shí)，還可以對(duì)外部設(shè)施和內(nèi)部系統(tǒng)進(jìn)行了很好的維護(hù)和管理。由此可見(jiàn)，DCS控制系統(tǒng)在我國(guó)電廠熱工控制中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

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〔編輯：白潔〕