基于DCS的大中型火電廠電氣控制系統(tǒng)的改造及應(yīng)用

廖曉東++朱瀟宇

【摘 要】 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，大中型火電廠的電氣控制系統(tǒng)也開始向著高度自動(dòng)化的方向發(fā)展。就目前來看，越來越多的火電廠開始進(jìn)行電氣控制系統(tǒng)的改造，從而通過將系統(tǒng)納入到DCS中提升系統(tǒng)自動(dòng)控制水平?；谶@種認(rèn)識(shí)，本文對(duì)基于DCS的大中型火電廠電氣控制系統(tǒng)的改造及應(yīng)用問題展開了探討，從而為關(guān)注這一話題的人們提供參考。

【關(guān)鍵詞】 DCS 大中型火電廠 電氣控制系統(tǒng) 改造

從系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)和設(shè)備組成上來看，大中型火電廠的電氣控制系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)擁有一定的相似性。但是，DCS控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)調(diào)度和管理，所以擁有更多的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。因此，有必要通過將火電廠電氣控制系統(tǒng)納入DCS實(shí)現(xiàn)原有系統(tǒng)的改造，從而更好的促進(jìn)火電事業(yè)的發(fā)展。

1 大中型火電廠的電氣控制系統(tǒng)分析

從結(jié)構(gòu)組成上來看，大中型火電廠的電氣控制系統(tǒng)由發(fā)電機(jī)-變壓器組、廠用電和升壓站三個(gè)部分構(gòu)成。按照層次結(jié)構(gòu)劃分，可以將系統(tǒng)劃分為控制層、間隔層和通信層。其中，通信層負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)控制層和間隔層的通信，為系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)資源。而系統(tǒng)間隔層為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備裝置，控制層由各類監(jiān)控站組成。目前，該系統(tǒng)仍然為采用常規(guī)方式或相對(duì)獨(dú)立方式運(yùn)行的控制系統(tǒng)，無法實(shí)現(xiàn)一體化的控制管理，所以給火電廠爐、機(jī)、電的集中控制運(yùn)行的實(shí)現(xiàn)帶來了阻礙。

2 基于DCS的大中型火電廠電氣控制系統(tǒng)的改造及應(yīng)用

2.1 DCS的結(jié)構(gòu)組成

所謂的DCS，其實(shí)就是分散控制系統(tǒng)的英文簡(jiǎn)稱。從結(jié)構(gòu)上來看，大中型火電廠的DCS由現(xiàn)場(chǎng)層、控制層和監(jiān)控層組成，其中監(jiān)控層和控制層的通信需要利用數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，所以可以被稱之為網(wǎng)絡(luò)層。在系統(tǒng)控制方面，DCS具有良好的實(shí)時(shí)性和較高的運(yùn)算速度，并且控制周期較短，能夠?qū)崿F(xiàn)大型機(jī)組的爐、機(jī)、電的一體化和綜合自動(dòng)化管理[1]。由于DCS與電氣控制系統(tǒng)的層次結(jié)果基本相同，使用的設(shè)備類型也較為接近，所以可以用于進(jìn)行電氣控制系統(tǒng)改造。

2.2 電氣控制系統(tǒng)的改造

2.2.1 現(xiàn)場(chǎng)層的改造

在將電氣控制系統(tǒng)納入DCS時(shí)，可以直接將系統(tǒng)原有的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備當(dāng)成是DCS現(xiàn)場(chǎng)層設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)層的改造。為進(jìn)行各獨(dú)立裝置的管理，需要按照不同電壓等級(jí)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的劃分，然后將各裝置動(dòng)作信號(hào)和位置狀態(tài)等開關(guān)量當(dāng)成是輸入量送至DCS系統(tǒng)。而采取硬接線方式進(jìn)行各電氣設(shè)備和DCS系統(tǒng)的連接，并且使用電纜將設(shè)備電氣量信號(hào)傳送至系統(tǒng)I/O柜上，則可以利用DCS的控制命令進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)所有電氣設(shè)備的運(yùn)行控制。針對(duì)通信層單元，則需要采取高速現(xiàn)場(chǎng)總線或以太網(wǎng)通信接入DCS，然后由系統(tǒng)過程控制站與監(jiān)控級(jí)通信。

2.2.2 控制層的改造

在進(jìn)行系統(tǒng)控制層改造時(shí)，需要配置與其他過程控制單元相適應(yīng)的控制柜，并且按照面向?qū)ο蟮姆绞綄⒖刂乒癞?dāng)成是該層級(jí)的電氣控制單元。在此基礎(chǔ)上，可以將原有電氣控制系統(tǒng)間隔層的智能前端二次設(shè)備當(dāng)成是機(jī)柜內(nèi)的主要設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)測(cè)試控制?？紤]到電氣系統(tǒng)控制對(duì)數(shù)據(jù)采集和處理有著較高的要求，還要使用性能較高的主控單元進(jìn)行控制器改造。

2.2.3 網(wǎng)絡(luò)層的改造

在原來的電氣控制系統(tǒng)中，存在有基于現(xiàn)場(chǎng)總線和基于快速以太網(wǎng)的通信網(wǎng)絡(luò)。而DCE系統(tǒng)為基于快速以太網(wǎng)的系統(tǒng)，所以可以直接進(jìn)行基于快速以太網(wǎng)的通信網(wǎng)絡(luò)的移植，但是卻法無法進(jìn)行基于現(xiàn)場(chǎng)總線的通信網(wǎng)絡(luò)的直接移植。針對(duì)該問題，還要使用網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換。具體來講，就是為了實(shí)現(xiàn)保護(hù)設(shè)備與整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)接口能夠有效連接，需要將現(xiàn)場(chǎng)總線接口轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)接口，然后利用站內(nèi)通信規(guī)約進(jìn)行設(shè)備與接口通信的實(shí)現(xiàn)。利用該種網(wǎng)絡(luò)改造方式，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)通信，還能夠完成專用網(wǎng)關(guān)設(shè)備的開發(fā)。

2.2.4 監(jiān)控層的改造

從監(jiān)控設(shè)備組成上來看，電氣控制系統(tǒng)和DCS使用的主要監(jiān)控設(shè)備為PC機(jī)。在進(jìn)行監(jiān)控層改造時(shí)，可以使用以太網(wǎng)接口進(jìn)行設(shè)備連接，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的移植和轉(zhuǎn)化。而在監(jiān)控軟件改造方面，由于DCS中涵蓋原有電氣控制系統(tǒng)的面向邏輯控制的控制策略，并且兼有模擬量控制的功能塊圖，所以可以直接使用原有的軟件組態(tài)[2]。此外，也可以使用系統(tǒng)原有的人機(jī)界面軟件作為監(jiān)控層人機(jī)界面。而采取該種方式進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)控層的改造和轉(zhuǎn)化，則能夠使系統(tǒng)改造得到一定程度的簡(jiǎn)化。

2.3 改造后系統(tǒng)的應(yīng)用

利用DCS完成系統(tǒng)改造后，系統(tǒng)將具有基于冗余技術(shù)的高可靠性，即系統(tǒng)每個(gè)層次都將配置必要的冗余。此外，改造后的系統(tǒng)還能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)組自啟停過程的順序控制。具體來講，就是在機(jī)組正常啟動(dòng)后，系統(tǒng)將利用DPU主控模件邏輯運(yùn)算進(jìn)行啟動(dòng)是否位于控制層的判斷[3]。當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓達(dá)到一定值后，主控模塊將完成自動(dòng)周期裝置的啟停狀態(tài)的判斷。當(dāng)機(jī)組停機(jī)后，系統(tǒng)會(huì)將高壓廠用電切換到備用變壓器上，并直至機(jī)組負(fù)荷為零。而系統(tǒng)控制層根據(jù)控制邏輯可以進(jìn)行控制指令的發(fā)出，從而使發(fā)電機(jī)滅磁。

3 結(jié)語

總之，將大中型火電廠的電氣控制系統(tǒng)納入到DCS中進(jìn)行改造，將能實(shí)現(xiàn)爐、機(jī)、電的一體化控制，所以能夠使發(fā)電廠的自動(dòng)控制水平得到提升，從而為發(fā)電廠帶來更多的經(jīng)濟(jì)效益。因此，相信隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，基于DCS的電氣控制系統(tǒng)也將在火電廠中得到廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]于永杰，李康，徐磊.火電廠分布式控制系統(tǒng)（DCS）技改工程對(duì)電氣控制系統(tǒng)的影響[J].科技與企業(yè)，2012，19：327.

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[3]佘丹寧.火電廠ECS電氣監(jiān)控系統(tǒng)納入DCS監(jiān)控的應(yīng)用分析[J].電氣傳動(dòng)自動(dòng)化，2013，03：39-43.