試論電廠DCS系統(tǒng)的應(yīng)用

葉錦林

摘 要：電廠發(fā)電機(jī)組控制中應(yīng)用DCS系統(tǒng)已經(jīng)有20多年的歷程，對(duì)電廠熱力系統(tǒng)的保護(hù)控制與參數(shù)調(diào)節(jié)等起著重要的作用。DCS系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，是在計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，把局域網(wǎng)變成一個(gè)實(shí)時(shí)、可靠的網(wǎng)絡(luò)型控制系統(tǒng)，運(yùn)用于過程控制領(lǐng)域。討論了DCS系統(tǒng)在電廠的應(yīng)用現(xiàn)狀，并分析了DCS系統(tǒng)的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：DCS系統(tǒng)；發(fā)電機(jī)組；監(jiān)控設(shè)備；控制系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TM621.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.10.121

自進(jìn)入21世紀(jì)以來，DCS系統(tǒng)在通信和信息管理技術(shù)、集成電路技術(shù)的進(jìn)步和工藝設(shè)備大型化的影響下，在節(jié)能環(huán)保和提高生產(chǎn)效率的需求下，形成新一代的DCS，在電廠里的應(yīng)用更加高效和全面。

1 DCS概述

DCS系統(tǒng)在國內(nèi)一般被習(xí)慣稱為“集散控制系統(tǒng)”。它是一個(gè)由過程控制級(jí)和過程監(jiān)控級(jí)組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為樞紐的多級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，與當(dāng)代先進(jìn)的微處理技術(shù)、CRT圖形顯示技術(shù)、高速通信技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展緊密相關(guān)。它對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行集中監(jiān)控與管理，大大節(jié)省了人力勞動(dòng)，尤其在某些危險(xiǎn)的生產(chǎn)地方，DCS系統(tǒng)的應(yīng)用替代了工人的現(xiàn)場監(jiān)控與管理，改善工人們的勞動(dòng)環(huán)境。

第一代儀表主要是以機(jī)械式和電子管元件生產(chǎn)的就地式儀表，第二代為DDZ電動(dòng)單元儀表，第三代為DCS過程控制系統(tǒng)，到現(xiàn)在第四代發(fā)展為智能控制系統(tǒng)。DCS控制系統(tǒng)主要由操作員站、現(xiàn)場控制站、工程師站和系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)組成。除了以上四個(gè)最基本的組成部分外，現(xiàn)在的集散控制系統(tǒng)中還融入一些具有特殊功能的站，添加信息管理網(wǎng)絡(luò)，完善現(xiàn)場的生產(chǎn)管理和數(shù)據(jù)的監(jiān)控技術(shù)。

與常規(guī)儀表控制系統(tǒng)相比，DCS系統(tǒng)功能強(qiáng)大、運(yùn)算能力強(qiáng)、智能程度高，便于現(xiàn)場生產(chǎn)管理和數(shù)據(jù)采集監(jiān)控以及后期的數(shù)據(jù)處理。不僅提高了生產(chǎn)效率，改善操作員的工作環(huán)境，還便于改善生產(chǎn)管理，提高了生產(chǎn)效率。

與集中控制系統(tǒng)相比，DCS系統(tǒng)將各個(gè)不同的工作站的生產(chǎn)管理和數(shù)據(jù)采集監(jiān)控分開處理，加強(qiáng)整個(gè)系統(tǒng)的安全性，不會(huì)因?yàn)閭€(gè)別工作站系統(tǒng)出現(xiàn)故障就導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的故障而影響整體生產(chǎn)。分散式的監(jiān)控和管理使得各個(gè)工作站的工作相對(duì)簡單和獨(dú)立，這樣大大提高了各個(gè)工作站的工作效率。

2 DCS系統(tǒng)在電廠的應(yīng)用

在電廠的DCS系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、安全與監(jiān)控系統(tǒng)、模擬量控制系統(tǒng)、順序控制系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)和數(shù)字電調(diào)系統(tǒng)等一系列的采集控制系統(tǒng)。DCS系統(tǒng)很早就應(yīng)用于電廠，由于電力行業(yè)對(duì)自動(dòng)化控制水平要求很高，所以電力產(chǎn)業(yè)對(duì)自動(dòng)化控制技術(shù)的研究很重視。1992年，國內(nèi)電力行業(yè)第一次引進(jìn)DCS系統(tǒng)，之前的電廠采用的都是以前的儀表控制系統(tǒng)。DCS系統(tǒng)的安全性能高、處理效率高、自動(dòng)化智能化程度高等諸多優(yōu)點(diǎn)逐漸表現(xiàn)出來后，國內(nèi)的電力行業(yè)開始廣泛應(yīng)用DCS系統(tǒng)。DCS系統(tǒng)的組成如圖1所示。

2.1 DCS系統(tǒng)的功能分析

現(xiàn)在電廠里機(jī)組的儀表控制系統(tǒng)一般都采用DCS系統(tǒng)。DCS系統(tǒng)在火電廠的應(yīng)用已有20多年的歷史。隨著這些年自動(dòng)化控制技術(shù)的飛快發(fā)展，DCS系統(tǒng)也得到越來越多的應(yīng)用。DCS系統(tǒng)是通過把局域網(wǎng)變成一個(gè)實(shí)時(shí)性、安全性很好的控制系統(tǒng)，這樣的控制系統(tǒng)在過程監(jiān)控領(lǐng)域就有很大的應(yīng)用價(jià)值。

故障分散是DCS系統(tǒng)的最大特點(diǎn)，DCS系統(tǒng)的推出就是為了克服集中控制系統(tǒng)故障集中的缺陷。故障分散，顧名思義，就是分散監(jiān)控處理各個(gè)工作站的工況，采用大量的處理器，分區(qū)處理各自范圍內(nèi)的工作，不是將所有的工況集中放在一起處理。這樣就有效地避免了因?yàn)槟程幍南到y(tǒng)故障導(dǎo)致整體系統(tǒng)的不能正常運(yùn)行，在很大地程度上提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。

DCS系統(tǒng)的功能主要有以下幾點(diǎn)。

2.1.1 減小了監(jiān)控設(shè)備的尺寸

由于采用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和微處理器，在占地和自身的尺寸上比之前的各種儀表和管道都小，這在設(shè)備安裝和廠房建設(shè)等方面都帶來了很大的便利。

2.1.2 減少設(shè)備種類和數(shù)量

運(yùn)用DCS系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行監(jiān)控和管理，由于計(jì)算機(jī)的運(yùn)算和處理能力較強(qiáng)，代替了諸多不同種類的儀表設(shè)備，一臺(tái)計(jì)算機(jī)能做多種多臺(tái)傳統(tǒng)儀表控制器的工作，DCS系統(tǒng)能監(jiān)控到很大范圍的生產(chǎn)環(huán)境，從而大大減少了傳統(tǒng)儀器設(shè)備的運(yùn)用。

2.1.3 提高自動(dòng)化控制系統(tǒng)的智能性

DCS系統(tǒng)不僅能為電廠的生產(chǎn)監(jiān)控和管理等工作節(jié)省大量人力，提高工作效率，監(jiān)控實(shí)時(shí)工況，及時(shí)、迅速地對(duì)突發(fā)故障作出相應(yīng)的調(diào)整管理，還解決了很多傳統(tǒng)儀表控制系統(tǒng)難以解決的問題，通過對(duì)歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的對(duì)比，得出更加優(yōu)化的管理措施。這些都是自動(dòng)化控制帶來的更高水準(zhǔn)的變革。

2.2 DCS系統(tǒng)在電廠的應(yīng)用實(shí)例

為了使得煙氣排放達(dá)到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，華能山西榆社發(fā)電廠為300 MW燃煤機(jī)組安裝了FGD煙氣脫硫系統(tǒng)。此系統(tǒng)采用世界上應(yīng)用最為廣泛、最可靠的石灰石—石膏濕法脫硫工藝。FGD系統(tǒng)的自控系統(tǒng)采用的是西門子PCS7系統(tǒng)，PCS7是西門子的DCS系統(tǒng)，基于過程自動(dòng)化，從傳感器、執(zhí)行元件到控制單元，最后到上位機(jī)，從下而上組成完整的全集成自動(dòng)化構(gòu)架。此DCS系統(tǒng)設(shè)置了一個(gè)操作室、兩個(gè)操作員站和一個(gè)工程師站，工程師站控制兩個(gè)機(jī)組，每個(gè)機(jī)組都有一個(gè)操作員站，但各個(gè)操作員站都可以獨(dú)立監(jiān)控兩個(gè)機(jī)組，不會(huì)在出現(xiàn)故障時(shí)導(dǎo)致不能正常監(jiān)控機(jī)組。通過應(yīng)用DCS系統(tǒng)，操作人員可更加方便地監(jiān)控各個(gè)機(jī)組的參數(shù)，確保了機(jī)組的穩(wěn)定、高效運(yùn)行。

大唐國際潮州電廠一、二期機(jī)組采用日立公司H5000M分散型控制系統(tǒng)，系統(tǒng)中各控制器CPU均采用雙CPU的冗余配置，所有控制器通過雙路高速光纖網(wǎng)絡(luò)和各操作員站（POC）、工程師站（EWS）、歷史站（HIST）、通訊接口站（CIS）、監(jiān)控系統(tǒng)站（SIS）形成雙路環(huán)網(wǎng)，站點(diǎn)配置包括6臺(tái)POC站、1臺(tái)主EWS站、1臺(tái)從EWS站、1臺(tái)HIST站、1臺(tái)CIS站和1臺(tái)SIS站，監(jiān)控人員可通過每臺(tái)POC站進(jìn)行獨(dú)立的參數(shù)監(jiān)視與操作，保證操作的及時(shí)性與可靠性。歷史站可保存長達(dá)兩三年以上的歷史數(shù)據(jù)，滿足歷史數(shù)據(jù)查詢和環(huán)保數(shù)據(jù)記錄要求。DCS系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示與高效操作響應(yīng)，大大減輕了操作人員的工作量，便于操作員的記錄、分析和診斷，提高了工作效率。

3 DCS系統(tǒng)的常見問題及其處理

近些年來，DCS系統(tǒng)在電廠中得到廣泛的應(yīng)用，根據(jù)使用情況，DCS系統(tǒng)的常見問題主要有以下幾類。

3.1 通信網(wǎng)絡(luò)類故障

通信網(wǎng)絡(luò)類故障易發(fā)生在節(jié)點(diǎn)總線、就地總線處，有些是因地址標(biāo)識(shí)錯(cuò)誤造成的。節(jié)點(diǎn)總線的傳送一般為同軸電纜，當(dāng)總線的干線有一處中斷時(shí)，會(huì)導(dǎo)致該總線上所有站設(shè)備通信故障。目前防止此類故障的方法是采用雙路冗余配置的方式，這樣能避免因一路總線出現(xiàn)問題而導(dǎo)致整個(gè)DCS系統(tǒng)的癱瘓。就地總線由于其連接的是控制設(shè)備，工作環(huán)境惡劣，發(fā)生故障的概率很高，容易受到人為的操作失誤導(dǎo)致生產(chǎn)故障。處理這種故障要將就地總線和就地設(shè)備的連接點(diǎn)進(jìn)行妥善處理，拆裝設(shè)備時(shí)，不應(yīng)該影響總線的運(yùn)行。

3.2 硬件故障

硬件故障主要包括人機(jī)接口故障和過程通道故障。人機(jī)接口有多個(gè)功能相同的工作站組成，當(dāng)其中一臺(tái)發(fā)生故障，只要處理及時(shí)，一般不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。但過程通道故障發(fā)生在就地總線時(shí)，會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)控。這就需要工作人員在操作運(yùn)行時(shí)小心認(rèn)真，并經(jīng)常檢查維護(hù)系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行。

4 DCS系統(tǒng)的應(yīng)用發(fā)展趨勢

隨著計(jì)算機(jī)通訊技術(shù)的飛速發(fā)展，DCS系統(tǒng)也在不斷地升級(jí)中。微處理器的技術(shù)不斷提高，運(yùn)算能力越來越強(qiáng)，儲(chǔ)存空間越來越大，控制系統(tǒng)軟件不斷豐富升級(jí)，這些都將帶動(dòng)DCS系統(tǒng)性能的大幅度提高。在將來，DCS系統(tǒng)會(huì)向著更快、更高效的方向發(fā)展，同時(shí)處理的工作也將更加豐富多樣。隨著通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的提高，系統(tǒng)的監(jiān)控向著范圍更廣的方向發(fā)展。傳感技術(shù)的提高，現(xiàn)場總線技術(shù)的進(jìn)步，會(huì)使系統(tǒng)的監(jiān)測更精確。

5 結(jié)束語

隨著電力技術(shù)的發(fā)展，電廠應(yīng)用全數(shù)字化DCS控制系統(tǒng)已經(jīng)成為必然。由于電廠的安全性和經(jīng)濟(jì)性要求很高，使用環(huán)境比較特殊，對(duì)DCS系統(tǒng)的要求就相應(yīng)的比較高。目前國內(nèi)的DCS系統(tǒng)的開發(fā)和使用還有很大的提升空間，特別是在完善人機(jī)接口畫面的設(shè)計(jì)和控制模板功能的開發(fā)等方面。

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〔編輯：王霞〕