電廠熱工控制DCS系統(tǒng)設(shè)計(jì)與運(yùn)用探討

胡海杰

摘 要：隨著電廠熱工控制技術(shù)的不斷完善，DCS系統(tǒng)成為了其重要的組成部分，不僅可以提高機(jī)組運(yùn)行的可靠性，還可以提升效率，實(shí)現(xiàn)智能化和自動(dòng)化。對(duì)電廠熱工控制中的DCS系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析，并在此基礎(chǔ)上闡述了其應(yīng)用方法，僅供參考。

關(guān)鍵詞：DCS系統(tǒng)；電廠熱工；鍋爐；電氣系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TM621.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.22.141

DCS系統(tǒng)作為一種集散型控制系統(tǒng)，相比于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，主要是以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)作為基礎(chǔ)的，可以有效改善系統(tǒng)軟件的運(yùn)行環(huán)境，可對(duì)鍋爐系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)組發(fā)送相關(guān)控制指令，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐、汽機(jī)以及電氣系統(tǒng)的有效控制。

1 DCS系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 DAS

DAS又稱監(jiān)控系統(tǒng)，主要功能是在線檢測(cè)機(jī)組生產(chǎn)過程中的相關(guān)參數(shù)，經(jīng)處理運(yùn)算，最終以CRT形式發(fā)送給操作人員。在該系統(tǒng)應(yīng)用的過程中，具有自動(dòng)報(bào)警功能，且可以制表、打印，大大提高了操作的及時(shí)性和準(zhǔn)確性。

1.2 MCS

模擬量控制系統(tǒng)將發(fā)電機(jī)組中的汽機(jī)、鍋爐作為整體進(jìn)行控制，又可以分為爐側(cè)、機(jī)側(cè)模擬量管控系統(tǒng)。對(duì)于機(jī)側(cè)MCS而言，除了鍋爐給水系統(tǒng)調(diào)節(jié)、除氧器水位調(diào)節(jié)為串級(jí)調(diào)節(jié)外，其余均為單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)。比如，除氧器壓力系統(tǒng)、凝汽器和閉式水箱水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)。在實(shí)踐中可以看到，MCS的功能主要體現(xiàn)在生產(chǎn)中水、風(fēng)燃料等過程中變量的自動(dòng)調(diào)節(jié)，還包括單元制汽輪發(fā)電機(jī)組荷載控制。

1.3 SCS

對(duì)于順序控制系統(tǒng)而言，又稱為程序控制系統(tǒng)，可將機(jī)組的操作根據(jù)熱力系統(tǒng)進(jìn)行劃分，且其可以劃分成一些子系統(tǒng)。根據(jù)事先預(yù)定的順序，基于對(duì)設(shè)備狀態(tài)邏輯的判斷，可及時(shí)發(fā)出操作指令，并按順序啟動(dòng)機(jī)組中的各部分設(shè)備，從而達(dá)到順序管控的目的。該系統(tǒng)的主要任務(wù)是電廠主機(jī)的自動(dòng)啟停、監(jiān)視參數(shù)和聯(lián)鎖保護(hù)。對(duì)于SCS系統(tǒng)而言，其指令優(yōu)先級(jí)即分層設(shè)計(jì)，爐側(cè)順序管控范圍包含送風(fēng)機(jī)、爐膛吹灰以及引風(fēng)機(jī)等系統(tǒng)，機(jī)側(cè)順序系統(tǒng)包含汽機(jī)潤(rùn)滑油、內(nèi)冷水和膠球清洗等系統(tǒng)。

1.4 DEH

對(duì)于數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)而言，其作為電廠發(fā)電機(jī)組的主要構(gòu)成部分，功能作用體現(xiàn)在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)解，同時(shí)，還能對(duì)功率以及控制壓力進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)電廠機(jī)組的自動(dòng)啟停。

1.5 FSSS

就爐膛安監(jiān)系統(tǒng)而言，通常又稱為BMS，即鍋爐燃燒器管理系統(tǒng)，其可在鍋爐運(yùn)行、啟停過程中，密切、連續(xù)地監(jiān)視燃燒系統(tǒng)的狀態(tài)和參數(shù)，通過邏輯判斷以及運(yùn)算，在必要時(shí)將動(dòng)作指令發(fā)出來，結(jié)合順序控制和連鎖設(shè)備設(shè)計(jì)，從而使燃燒系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備按邏輯順序被控制，或?qū)ξ此焓鹿蔬M(jìn)行處理，以確保鍋爐運(yùn)行的安全性和可靠性。

2 DCS系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)踐

基于以上對(duì)當(dāng)前電廠熱工系統(tǒng)中的DCS結(jié)構(gòu)的分析，對(duì)該系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)踐分析如下。

2.1 硬件管護(hù)及其應(yīng)用

在普通條件下，DCS系統(tǒng)中的輸入模塊和輸出模塊發(fā)生故障問題時(shí)，均可通過自我修復(fù)來解決。在普通的生產(chǎn)條件下，輸入模塊與輸出模塊產(chǎn)生的故障多出現(xiàn)在實(shí)際運(yùn)行、調(diào)試等階段。在此過程中，要求生產(chǎn)廠家對(duì)模塊整體維修、集中處理。目前，DCS控制系統(tǒng)中已經(jīng)應(yīng)用了遠(yuǎn)程智能I/O，其智能前端屬于測(cè)控裝置，主要在現(xiàn)場(chǎng)施工安裝，不僅可以合理變換和準(zhǔn)確測(cè)量電熱組，而且還能實(shí)現(xiàn)AD與DA的轉(zhuǎn)換操作。作為獨(dú)立系統(tǒng)，通訊適配器主要是對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行協(xié)調(diào)、統(tǒng)一、綜合管理，能實(shí)現(xiàn)與主控系統(tǒng)間的信息轉(zhuǎn)換；現(xiàn)場(chǎng)通訊總線選用的是全數(shù)字串行通訊方式，其支持主體與廣播式、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的工作方式，與目前廣泛使用的現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品基本一致。經(jīng)過大量實(shí)踐證明，遠(yuǎn)程智能I/O不僅可以有效提高系統(tǒng)的安全性，還兼具很多現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)勢(shì)。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)總布線

對(duì)于DCS系統(tǒng)而言，現(xiàn)場(chǎng)總布線對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生的影響不可小覷，在應(yīng)用實(shí)踐中應(yīng)予以高度重視。在現(xiàn)場(chǎng)總布線中，應(yīng)從主從架構(gòu)以及多點(diǎn)數(shù)字通信的特點(diǎn)著手，形成完整的數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)物理層、應(yīng)用層的協(xié)議棧，比如CAN等?；谏鲜鎏幚?，可以將控制系統(tǒng)與智能設(shè)備有機(jī)地連接起來，從而形成局域通信網(wǎng)絡(luò)。DCS系統(tǒng)相比于現(xiàn)場(chǎng)總布線，其維護(hù)成本相對(duì)較高，且接口位置的兼容性相對(duì)較差。在實(shí)際應(yīng)用的過程中，在DCS系統(tǒng)中應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總部線技術(shù)可以優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)局部控制架構(gòu)，這對(duì)確保電廠系統(tǒng)的正常運(yùn)行具有非常重要的作用。從國(guó)內(nèi)多個(gè)電廠的熱工控制實(shí)況看，熱工系統(tǒng)中的鍋爐系統(tǒng)以及汽輪機(jī)系的控制都是相對(duì)獨(dú)立的。在這種情況下，為可確保原電廠熱工控制系統(tǒng)能有效地改造成相對(duì)比較獨(dú)立的系統(tǒng)（DCS），在實(shí)際操作過程中應(yīng)以標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)總線通過協(xié)議為中心，在DCS中融入獨(dú)立系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，需要在現(xiàn)場(chǎng)布線時(shí)預(yù)留汽輪機(jī)、鍋爐等系統(tǒng)的安裝接口，保證DCS系統(tǒng)可對(duì)上述相關(guān)設(shè)備進(jìn)行有效控制，這也是DCS系統(tǒng)的通用化體現(xiàn)。

2.3 高速網(wǎng)絡(luò)通信

DCS系統(tǒng)的核心是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。在系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)踐中，應(yīng)用高速網(wǎng)絡(luò)通信手段有利于改進(jìn)和提高DCS技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，確保網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院头€(wěn)定性。電廠集散系統(tǒng)中的以太網(wǎng)延遲存在嚴(yán)重的不確定性、網(wǎng)卡溢出和網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴等問題，對(duì)集散控制數(shù)據(jù)信息的傳輸產(chǎn)生了較大的影響。隨著電廠系統(tǒng)的不斷發(fā)展和生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，上述問題所產(chǎn)生的影響更加明顯。對(duì)于這一現(xiàn)象，在DCS系統(tǒng)的應(yīng)用過程中，建議采取以下解決措施：①在原有以太網(wǎng)基礎(chǔ)之上，基于對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量的控制和技術(shù)應(yīng)用，收集網(wǎng)絡(luò)流量信息數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)信息內(nèi)容進(jìn)行綜合分析，建立對(duì)應(yīng)的流量模型，以便于對(duì)整個(gè)局域網(wǎng)信息數(shù)據(jù)流量的準(zhǔn)確把握；根據(jù)DCS的運(yùn)行情況和要求，不可影響計(jì)算系統(tǒng)的正常運(yùn)行，并對(duì)數(shù)據(jù)信息資料進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。②通信網(wǎng)絡(luò)升級(jí)。將事件觸發(fā)基礎(chǔ)上的TCP/IP升級(jí)成時(shí)間觸發(fā)基礎(chǔ)上的TTE計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。

3 結(jié)束語

綜上所述，DCS系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)非常明顯，使其在各行業(yè)和領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用，且為各行業(yè)和領(lǐng)域帶來了新的、更加優(yōu)質(zhì)的科技信息。在當(dāng)前電廠熱工控制系統(tǒng)中，利用DCS系統(tǒng)取得了一定的成效，一方面可以有效保障電廠發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行；另一方面，可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)、外設(shè)施進(jìn)行自動(dòng)化控制，大大降低了生產(chǎn)成本，提高了社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

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〔編輯：張思楠〕