淺析電廠分散控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

黃建龍

【摘要】分散控制系統(tǒng)是電廠中不可或缺的一部分。隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展進(jìn)步，分散控制系統(tǒng)的技術(shù)也取得了日新月異的變化。本文就電廠分散控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)做簡要的論述。

【關(guān)鍵詞】電廠；分散控制系統(tǒng)；設(shè)計(jì)；實(shí)現(xiàn)

一、前言

這幾年來，我國的電廠分散控制系統(tǒng)處在不斷的研究的發(fā)展階段，經(jīng)過不斷的鉆研，刻苦努力，國產(chǎn)分散控制系統(tǒng)已經(jīng)達(dá)到了國際上的領(lǐng)先水平。

二、電廠分散控制系統(tǒng)概述

電廠分散控制系統(tǒng)是由多個以微處理器為重要組件的過程，控制采集站作為基礎(chǔ)，分別分散的對各部分工藝流程進(jìn)行工藝信息采集以及掌控的體系。這個體系通過分散控制和數(shù)據(jù)通信的功能，不但要和中央控制室的監(jiān)控操作實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，還要對整個的生產(chǎn)過程進(jìn)行集中監(jiān)視和控制。分散控制系統(tǒng)也就是我們常說的DSC系統(tǒng)，在DCS的出現(xiàn)早期，DSC被人們當(dāng)作是一種儀表系統(tǒng)，1983年DSC系統(tǒng)有了自己新的定義：廣大的儀器儀表中的一種，它可以輕松的完成指定的控制功能，還允許將控制測量和運(yùn)行信息在具有通信鏈路的、可由用戶指定的一個或多個地點(diǎn)之間相互傳遞信息。按照這個定義來說，人們完全可以將DSC當(dāng)作成一種儀表控制系統(tǒng)，這樣原因是它具有通訊能力“從實(shí)質(zhì)上，DSC與儀表控制系統(tǒng)完全就是風(fēng)牛馬不相及”首先，DSC是全部采用的數(shù)字技術(shù)，只有在現(xiàn)場的變送器和執(zhí)行單元沒有采用數(shù)字技術(shù)，其余的其他的處理程序也都是運(yùn)用了數(shù)字方式“而且，DCS的計(jì)算單元是將許多個控制回路集中在一起，幾種由一個現(xiàn)場控制站來完成這些不同的控制回路的計(jì)算功能”，而不是針對每一個控制回路設(shè)置一個計(jì)算單元，而從功能上講，由一個現(xiàn)場控制站來控制多個控制回路的計(jì)算和控制功能，在模擬儀表系統(tǒng)中這個能力是根本就沒有辦法實(shí)現(xiàn)的，這樣的安排也能夠便于不同的控制回路之間的協(xié)調(diào)，“具有傳統(tǒng)模擬儀表所沒有的通信功能是DCS的最大特點(diǎn)，它可以讓整個系統(tǒng)的功能分成若干臺不同的計(jì)算機(jī)去完成，各個計(jì)算機(jī)之間，可以通過網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)彼此之間互相的協(xié)調(diào)以及系統(tǒng)的集成”而且，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)完善的控制功能，并利于數(shù)據(jù)的處理。在多年的應(yīng)用中取得了良好的效果。分散控制系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了電廠安全運(yùn)行的最終目的。在現(xiàn)代現(xiàn)場總線技術(shù)快速發(fā)展與應(yīng)用的今天，電廠分散控制系統(tǒng)也面臨著改革與發(fā)展。筆者通過對電廠分散控制系統(tǒng)相關(guān)文獻(xiàn)的收集整理結(jié)合自身的工作經(jīng)驗(yàn)對電廠分線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了簡要論述。

分散控制系統(tǒng)發(fā)展的主要可分為三個階段習(xí)1：第一階段的產(chǎn)品有HnoeywleTDC一020和德國西門子公司的eTlePrem一M控制系統(tǒng)等；第二階段的產(chǎn)品IHAcs一3000系統(tǒng)是日本日立（IHATcH）公司于1985年推出的分散控制系統(tǒng)；第三階段的產(chǎn)品，INIF一90系統(tǒng)是貝利控制公司B（ailyeContrlosCO.）1978年推出的新型分散控制系。

三、SimaticPCS系統(tǒng)是一種和現(xiàn)代化接軌的新型系統(tǒng)

SimaticPCS7是德國Siemens公司近年推出的一種新型分散控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，開放性好，抗干擾能力強(qiáng)，模件對環(huán)境的溫度、濕度等條件要求低，實(shí)現(xiàn)了分散控制系統(tǒng)的分散布置。

1.工業(yè)以太網(wǎng)

工業(yè)以太網(wǎng)是工業(yè)環(huán)境中最有效的一種子網(wǎng)。它既適合于管理級又適用于單元級。工業(yè)以太網(wǎng)使得許多站點(diǎn)之間長距離傳送大量數(shù)據(jù)成為可能。工業(yè)以太網(wǎng)是一種符合IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)的開放式通訊網(wǎng)絡(luò)，它可以經(jīng)濟(jì)地解決工業(yè)環(huán)境中所要求的通訊任務(wù)。其主要優(yōu)點(diǎn)是速度快、費(fèi)用低、簡單的擴(kuò)展性和開放性以及高利用率與全球分布性。工業(yè)以太網(wǎng)使用CSMA/CD（帶沖突檢測的載波偵聽多路訪問）訪問方式。在發(fā)送消息之前，每個通訊站必須檢測總線是否暢通。如果總線暢通，則該站可以立刻發(fā)送消息。如果2個通訊站同時開始發(fā)送消息，則會出現(xiàn)沖突。要等待選擇一段時間后，嘗試重新發(fā)送。工業(yè)以太網(wǎng)可以設(shè)計(jì)為光纖或電子網(wǎng)絡(luò)，也可以采用光纖和電子網(wǎng)絡(luò)組成的混合結(jié)構(gòu)。電子工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)可以使用三同軸電纜（AUI）或工業(yè)雙絞線電纜（ITP）。光纖網(wǎng)絡(luò)可以設(shè)計(jì)為線型、環(huán)型或星型結(jié)構(gòu)，但只能使用玻璃光纖作為傳送媒體。SimaticPCS7系統(tǒng)中，控制器間、操作員站間均可以用工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)信息的傳輸。

2.與第三方通訊網(wǎng)絡(luò)及接口

SimaticPCS7系統(tǒng)與第三方通訊主要有3種方式：

第1種是通過以太網(wǎng)和標(biāo)準(zhǔn)的OPC或DDE接口，利用人機(jī)界面軟件與第三方設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。OPC（用于過程控制的OLE）是一種用于自動化領(lǐng)域內(nèi)組件的新通訊標(biāo)準(zhǔn)。其將辦公應(yīng)用、人機(jī)界面系統(tǒng)、PLC和現(xiàn)場設(shè)備集為一體。OPC為開放式接口標(biāo)準(zhǔn)，其最少組件配置應(yīng)包括1臺OPC服務(wù)器和1臺OPC客戶機(jī)。應(yīng)用OPC服務(wù)器可使數(shù)據(jù)用于OPC客戶機(jī)，OPC客戶機(jī)取回這些數(shù)據(jù)并做進(jìn)一步的處理。

第2種是通過PROFIBUS現(xiàn)場總線，將符合該標(biāo)準(zhǔn)的第三方組件直接掛接在PROFIBUS現(xiàn)場總線上，完成數(shù)據(jù)的交換。

第3種是通過通訊模件，以串行通訊方式，如RS232C、RS422/485、TTY20等與其它系統(tǒng)的控制器或計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊。電廠建成以后，單元機(jī)組的控制一般是采用1個主值班員和2個助手配合的運(yùn)行方式，這樣的方式為實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理做了很好的鋪墊，同時也對我們的運(yùn)行人員提出了更高的素質(zhì)要求，要能夠?qū)t、機(jī)、電的控制操作統(tǒng)一進(jìn)行，在對其進(jìn)行設(shè)計(jì)的時候，要充分考慮最大可能的統(tǒng)一操作手段，將運(yùn)行人員的掌握的方式進(jìn)一步的簡化，來適當(dāng)?shù)慕档瓦\(yùn)行人員的工作量。爐、機(jī)控制在采用DcS，以CRT和鍵盤監(jiān)控為中心后，廣大運(yùn)行人員的工作已大大簡化，但電氣控制仍采用常規(guī)控制，以常規(guī)控制盤臺為監(jiān)控中心，在同--控制室內(nèi)有2個不同的監(jiān)控中12，容易讓人理解錯誤。在這個方面上來講，也要求控制系統(tǒng)必須要采取統(tǒng)一操作方式。就現(xiàn)在來看，在每項(xiàng)大型單元機(jī)組控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)圖紙中，都將電氣控制放到分散控制系統(tǒng)的工程試點(diǎn)上，在原則上來講，一定要將發(fā)電機(jī)一變壓器組以及廠用電源的操控納人DCS系統(tǒng)，使電氣控制和鍋爐以及汽機(jī)等熱工控制的方式以及水平達(dá)到協(xié)調(diào)一致的目的。

四、電廠分散控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1.強(qiáng)化電廠基礎(chǔ)信息調(diào)研以及需求分析

電廠分散控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的重點(diǎn)在進(jìn)行電廠分散控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)明確的基礎(chǔ)上，分散控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)前還要對電廠基礎(chǔ)信息進(jìn)行調(diào)研、對電廠需求進(jìn)行分析。了解電廠的地理分布情況、了解不同功能機(jī)組的設(shè)計(jì)安裝情況，以此為分散控制系的布線奠定基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上還需要對電廠分散控制系統(tǒng)的需求進(jìn)行分析與論證，根據(jù)電廠實(shí)際需求進(jìn)行分散控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并預(yù)留發(fā)展與擴(kuò)展空間。綜合考慮電廠分散控制需求以此提高電廠分散控制系統(tǒng)的投資經(jīng)濟(jì)性。

2.根據(jù)電廠需求進(jìn)行分散控制系統(tǒng)的配置

在電廠分散控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)根據(jù)電廠的實(shí)際需求以及實(shí)際情況進(jìn)行分散控制系統(tǒng)的配置。首先，需要對總體配置以及控制器配置進(jìn)行分析。根據(jù)《火力發(fā)電廠熱工自動化系統(tǒng)安全技術(shù)指南》的具體要求進(jìn)行分散控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以此確保分散控制系統(tǒng)的安全性。在實(shí)際的設(shè)計(jì)與配置過程中，需要特別注重DCS控制器的配置。在分散控制系統(tǒng)中任何一個控制器出現(xiàn)故障都將影響整個機(jī)組的運(yùn)行。對DCS來說，即使冗余設(shè)備（尤其送引風(fēng)，一次風(fēng)，給水泵，凝結(jié)泵等）配置在不同的控制器，但故障的控制器可能會讓設(shè)備發(fā)出的錯誤的信號，進(jìn)而聯(lián)帶影響正常的控制器發(fā)出錯誤的保護(hù)聯(lián)鎖等動作，因?yàn)槿哂嘣O(shè)備之間不是純粹孤立的，而是存在有機(jī)聯(lián)系的。在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中除根據(jù)相應(yīng)規(guī)范進(jìn)行配置與設(shè)計(jì)外，還要根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況分析配置的利弊，并結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)綜合理論基礎(chǔ)，以此實(shí)現(xiàn)電廠分散控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理化。

五、結(jié)論

電廠分散控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)需要設(shè)計(jì)人員積極引入現(xiàn)場總線技術(shù)以及智能化設(shè)備提高分散系統(tǒng)的工作效率、提高系統(tǒng)安全性。完成我們分散控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的最終藍(lán)圖。

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