基于DCS的電廠自動(dòng)化設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

楊廣東

（徐州華美坑口環(huán)保熱電有限公司，江蘇 徐州 221141）

一、引言

電廠生產(chǎn)環(huán)境惡劣，工藝復(fù)雜，如果操作不當(dāng)很容易形成生產(chǎn)事故。而隨著科技的進(jìn)步，自動(dòng)化生產(chǎn)以及運(yùn)營技術(shù)受到了廣泛的青睞。在這樣的背景下，電廠紛紛進(jìn)行一體化與自動(dòng)化改造，而其中DCS作為一種先進(jìn)的手段而被廣泛使用。DCS系統(tǒng)作為集散處理器計(jì)算機(jī)模式能夠?qū)唧w的運(yùn)營控制實(shí)現(xiàn)多級(jí)管理，并隨著網(wǎng)絡(luò)體系的建立而形成網(wǎng)絡(luò)化管理體系，保障電廠體系的合理化運(yùn)營。本文以電廠為研究對(duì)象，以DCS為構(gòu)建手段，對(duì)電廠自動(dòng)化建設(shè)過程中的DCS系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)提供必要的理論基礎(chǔ)與實(shí)踐指導(dǎo)。在具體的研究過程中主要對(duì)電廠自動(dòng)化的根本目標(biāo)進(jìn)行總結(jié)，來為后續(xù)的實(shí)際建設(shè)提供必要的目標(biāo)基礎(chǔ)，也為實(shí)現(xiàn)過程中的途徑提供了必要的基礎(chǔ)；并為后續(xù)的實(shí)際自動(dòng)化設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，按照模塊分析的方式對(duì)其功能進(jìn)行規(guī)劃，同時(shí)總結(jié)在具體構(gòu)建以及實(shí)現(xiàn)的過程中可能存在的注意要點(diǎn)。希望通過本文的研究能夠?yàn)榻窈蟮南嚓P(guān)體系建設(shè)以及電廠自動(dòng)化的具體構(gòu)建步驟來提供必要的理論基礎(chǔ)與實(shí)踐指導(dǎo)。

二、電廠自動(dòng)化設(shè)計(jì)目標(biāo)

電廠自動(dòng)化設(shè)計(jì)是其后續(xù)改造的必然，也是其實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)與安全運(yùn)營的必要條件。在這樣的背景下，我們有理由對(duì)電廠自動(dòng)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)來進(jìn)行分析，進(jìn)而使得后續(xù)基于目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)更為嚴(yán)謹(jǐn)，也更為具有方向性。從其根本目標(biāo)而言主要可以分為如下幾個(gè)方面：

第一，監(jiān)控目標(biāo)。電廠自動(dòng)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)是對(duì)于各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)以及設(shè)備運(yùn)營狀態(tài)的掌握，只有在掌握的基礎(chǔ)上才能夠做到對(duì)于各個(gè)環(huán)節(jié)的綜合控制。因此，控制目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)是電廠自動(dòng)化的根本目標(biāo)，也是后續(xù)自動(dòng)化建設(shè)體系中的必然。就電廠自動(dòng)化建設(shè)的實(shí)踐我們發(fā)現(xiàn)，電廠監(jiān)控的自動(dòng)化主要通過兩種方式來進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。一方面是通過數(shù)據(jù)化建設(shè)將各項(xiàng)設(shè)備的運(yùn)行指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)化建設(shè)，并通過數(shù)據(jù)化對(duì)其進(jìn)行表征。另一方面，是采用視頻系統(tǒng)對(duì)具體的運(yùn)作狀態(tài)進(jìn)行表征。二者相互協(xié)同，相互互補(bǔ)，形成完整的監(jiān)控體系。

第二，控制目標(biāo)?？刂颇繕?biāo)是電廠自動(dòng)化設(shè)計(jì)的根本也是要完成的根本任務(wù)。通過對(duì)不同設(shè)備的遠(yuǎn)程控制來達(dá)到對(duì)電廠整體控制的效果。在具體的控制層面則可以分為兩個(gè)部分，一方面是對(duì)下級(jí)機(jī)的控制，通過人機(jī)互動(dòng)界面對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，而不同的工序環(huán)節(jié)涉及到不同的下級(jí)機(jī)，只有完成對(duì)下級(jí)機(jī)的通訊控制才能夠完成從控制終端到設(shè)備終端的轉(zhuǎn)化。另一方面是對(duì)終端設(shè)備的控制，利用二級(jí)機(jī)內(nèi)的集成程序?qū)ο嚓P(guān)的參數(shù)設(shè)備控制來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理體系。具體則可以根據(jù)設(shè)備原理與設(shè)定參數(shù)為主。

第三，統(tǒng)計(jì)目標(biāo)。在實(shí)現(xiàn)了對(duì)電廠的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控與設(shè)備控制的基礎(chǔ)上，我們還應(yīng)該對(duì)電廠的運(yùn)營數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析。通過對(duì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的調(diào)用與具體分析能夠掌握電廠的運(yùn)行參數(shù)以及運(yùn)行效率，為后續(xù)的電廠技術(shù)改造以及運(yùn)營管理提供必要的基礎(chǔ)與決策依據(jù)。

三、基于DCS電廠自動(dòng)化設(shè)計(jì)方案

為了達(dá)到上述目的，電廠自動(dòng)化設(shè)計(jì)方案采用基于DCS的設(shè)計(jì)思路來對(duì)其進(jìn)行構(gòu)建。其具體構(gòu)建為為模塊分類的設(shè)計(jì)原則并制定必要的技術(shù)流程，在具體的設(shè)計(jì)過程中可以分為如下兩個(gè)層面：

第一，通訊構(gòu)建。通訊體系的構(gòu)建是自動(dòng)化設(shè)計(jì)體系能夠順利運(yùn)行的根本，也是整體設(shè)計(jì)有效性的基礎(chǔ)保障。在具體設(shè)計(jì)的過程中我們需要保障便捷性、安全性以及有效性等三個(gè)方面。在便捷性的保障層面需要各個(gè)固定IP連接過程中采用無損與0延遲傳輸，即數(shù)據(jù)搜集與非處理環(huán)節(jié)之間的數(shù)據(jù)同步率達(dá)到最高；同時(shí)為了增加整體系統(tǒng)的調(diào)用范圍，在該系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過程中可以匹配一定數(shù)量的移動(dòng)終端，便于設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)檢修過程中的數(shù)據(jù)支持；在安全性方面則主要是對(duì)數(shù)據(jù)傳輸過程中的安全性進(jìn)行保障。一方面數(shù)據(jù)傳輸采用固定線路，非聯(lián)網(wǎng)的傳輸方式，及保障了數(shù)據(jù)安全與可靠，同時(shí)也防止數(shù)據(jù)外泄與交換過程中的不遵從現(xiàn)象而產(chǎn)生的危害；另一方面在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中可以基于協(xié)同協(xié)議的方式建立獨(dú)特的密碼體系，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的加密，在不影響傳輸效率的同時(shí)提高數(shù)據(jù)的安全性；在數(shù)據(jù)的有效性方面：我們應(yīng)該避免單DCS控制多個(gè)生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)現(xiàn)象的產(chǎn)生，在具體的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)采用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)備用管理，此種模式能夠有效的防止由于單一設(shè)備的故障而導(dǎo)致大范圍的停產(chǎn)與生產(chǎn)安全隱患。

第二，模塊構(gòu)建。模塊構(gòu)建是指在具體的功能目的下通過不同的模塊來加以實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)方法。此種設(shè)計(jì)方法與原則能夠較好的支持特定功能的實(shí)現(xiàn)，并便于軟件的整體編輯。在具體的模塊設(shè)計(jì)過程中根據(jù)電廠自動(dòng)化設(shè)計(jì)體系的要求與目的主要可以分為如下幾個(gè)方面：（1）數(shù)據(jù)采集模塊：通過不同類型的傳感器以及視頻采集系統(tǒng)獲得電廠內(nèi)各個(gè)設(shè)備運(yùn)行的基本數(shù)據(jù)，并采用集中傳輸?shù)哪Ｊ较蚋骷?jí)處理器匯總。（2）數(shù)據(jù)處理模塊：對(duì)于可以直接調(diào)取的數(shù)據(jù)則存檔等待上級(jí)機(jī)調(diào)用，對(duì)于需要處理的數(shù)據(jù)則采用下級(jí)機(jī)中預(yù)制的函數(shù)來進(jìn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)處理與計(jì)算，供上級(jí)機(jī)的直接調(diào)用；（3）可視化人機(jī)模塊：在該模塊的設(shè)計(jì)過程中主要以便捷性與可操作性為主要的設(shè)計(jì)依據(jù)。建立完善的模擬電廠或者3D電廠模型，并將各個(gè)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況以工序圖的方式進(jìn)行表征。該模塊的此種設(shè)計(jì)思路能夠方便操作人員對(duì)于相關(guān)數(shù)據(jù)的監(jiān)控與管理。同時(shí)，在可操作模塊的規(guī)劃過程中可以通過參數(shù)按鈕設(shè)置等方式來提供一鍵式控制范式，進(jìn)一步提高電廠自動(dòng)化建設(shè)水平；（4）分級(jí)控制模塊：在電廠的控制體系中，我們對(duì)各個(gè)設(shè)備應(yīng)該采用分級(jí)控制的理念來進(jìn)行設(shè)計(jì)。下級(jí)機(jī)負(fù)責(zé)對(duì)相關(guān)具體的開關(guān)、繼電、電流等設(shè)備的具體控制；中級(jí)機(jī)負(fù)責(zé)對(duì)單個(gè)設(shè)備的整體調(diào)節(jié)；上級(jí)機(jī)負(fù)責(zé)對(duì)電廠整體生產(chǎn)與運(yùn)行工序的控制。在分級(jí)管理的思想下，構(gòu)建整體的自動(dòng)化管控體系。

四、自動(dòng)化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)分析及其技術(shù)要點(diǎn)

上文對(duì)電廠自動(dòng)化體系的設(shè)計(jì)進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，探討了包括通訊體系以及功能體系的具體設(shè)計(jì)目的與原則，而在實(shí)際的實(shí)現(xiàn)過程中我們還需要對(duì)具體的實(shí)現(xiàn)過程加以注意，來保障電廠自動(dòng)化整體的有效性。在具體的實(shí)現(xiàn)技術(shù)要點(diǎn)方面則可以從如下幾個(gè)方面來加以注意：

第一，構(gòu)建模式的選擇問題。在電廠自動(dòng)化體系設(shè)計(jì)與構(gòu)建的過程中有多種模式，其中基于DCS的構(gòu)建模式是當(dāng)下較為先進(jìn)的模式之一，其采用分散集中處理器對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分級(jí)處理，能夠有效的提高運(yùn)算速率，并降低上級(jí)機(jī)的負(fù)荷。同樣，此種模式也會(huì)帶來一定的數(shù)據(jù)傳輸延遲與隱患，在具體的工程中應(yīng)該通過適當(dāng)?shù)氖侄斡枰员苊狻?/p>

第二，電氣施工質(zhì)量問題。任何施工均需要從各個(gè)方面保障其質(zhì)量，才能夠在后續(xù)的應(yīng)用過程中更為合規(guī)。在電廠自動(dòng)化體系建設(shè)的過程中，電氣施工質(zhì)量是必不可少的環(huán)節(jié)。其中需要注意如下幾點(diǎn)：首先，電氣設(shè)備的供電需要進(jìn)行保障，電子元件尤其是基于計(jì)算機(jī)的電子元件對(duì)于電壓較為敏感，在其電氣供電支持體系的施工過程中應(yīng)該加裝穩(wěn)壓器；其次，在自動(dòng)化構(gòu)建體系過程中，包括計(jì)算機(jī)、通訊通道等在內(nèi)的硬件設(shè)施的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該通過嚴(yán)格的測(cè)試。以避免由于后續(xù)維修而產(chǎn)生的施工損耗；最后，電氣施工的布線體系應(yīng)該合理并科學(xué)。在實(shí)際的施工過程中電廠自動(dòng)化建設(shè)體系需要的電氣配套多種多樣，布線的合理決定了后續(xù)設(shè)備維護(hù)與檢修的便捷度，此方面內(nèi)容在設(shè)計(jì)的過程中應(yīng)該有所涉及。

第三，物資質(zhì)量問題。要做到工程質(zhì)量的保障，我們需要從物資質(zhì)量方面下手。電廠在電氣設(shè)備進(jìn)場(chǎng)的過程中應(yīng)該嚴(yán)格檢驗(yàn)流程、明確檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)、評(píng)價(jià)檢驗(yàn)結(jié)果。通過一系列質(zhì)量保障體系來獲取較高的施工質(zhì)量。同時(shí)，根據(jù)電廠的實(shí)際情況盡量避免第三方外包工程的參與，或者在外包的過程中采用材料統(tǒng)一采買的方式來保障物資的質(zhì)量，為后續(xù)的自動(dòng)化管理體系提供必要的保障。

結(jié)語

電廠自動(dòng)化建設(shè)是現(xiàn)階段電廠技術(shù)改造的必然，也是保障生產(chǎn)與安全運(yùn)營的基礎(chǔ)。本文以DCS為核心技術(shù)，討論了其在具體的電廠自動(dòng)化建設(shè)過程中的意義與要求，并對(duì)具體的目的實(shí)現(xiàn)模塊以及實(shí)現(xiàn)過程中的注意事項(xiàng)進(jìn)行了討論，旨在為后續(xù)的電廠自動(dòng)化設(shè)計(jì)以及施工提供必要的理論基礎(chǔ)與實(shí)踐指導(dǎo)。

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