實(shí)現(xiàn)一種面向DCS控制下的工業(yè)電氣監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

伍時穎

實(shí)現(xiàn)一種面向DCS控制下的工業(yè)電氣監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

伍時穎

（江門市壹泰機(jī)電科技有限公司，廣東 江門 529000）

隨著中國電力電氣技術(shù)的迅猛發(fā)展，不同類型的電氣設(shè)備數(shù)量在工業(yè)現(xiàn)場中逐日增加，對設(shè)備的實(shí)行實(shí)時監(jiān)測成為一個難題。DCS分布式控制系統(tǒng)在電氣行業(yè)的應(yīng)用，使監(jiān)控難的問題迎刃而解。大量的應(yīng)用實(shí)踐證明，在未來的電氣行業(yè)發(fā)展中，DCS將成為工業(yè)電氣監(jiān)控系統(tǒng)的核心技術(shù)。對DCS系統(tǒng)在工業(yè)電氣監(jiān)控中的應(yīng)用進(jìn)行了論述，提出了電氣監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計的整體思路，以期對今后電氣監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計提供有價值的參考。

工業(yè)電氣監(jiān)控系統(tǒng)；DCS控制；系統(tǒng)設(shè)計；自動化監(jiān)控水平

DCS控制系統(tǒng)是集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)于一體的綜合控制系統(tǒng)。對存在的危險進(jìn)行分散、對控制程序?qū)嵤﹥?yōu)化是該系統(tǒng)的典型特點(diǎn)。DCS控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)是網(wǎng)絡(luò)通信，廣泛應(yīng)用在工業(yè)系統(tǒng)的監(jiān)控過程中，具備很強(qiáng)的開放性和計算機(jī)的多級性，應(yīng)用的具體領(lǐng)域包括公共顯示儀表計算機(jī)、分布式控制、公共控制、集中管理等。本文以火電廠的電力生產(chǎn)為例，詳細(xì)分析基于DCS控制的電氣監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用以及設(shè)計思路。

1 DCS在電氣監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

1.1 DCS提升自動化能力的應(yīng)用

近年，在火電站的電力生產(chǎn)中DCS控制系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)很普遍，幾乎所有的電力生產(chǎn)企業(yè)都安裝了基于DCS控制的電氣監(jiān)控系統(tǒng)。因?yàn)镈CS系統(tǒng)的特殊功能，電力企業(yè)“自動化孤島”的現(xiàn)象已經(jīng)大幅度減少，同時也縮減了配套設(shè)備的采購數(shù)量和種類，自動化控制水平大大提升，企業(yè)效益穩(wěn)步提高。DCS系統(tǒng)在不斷升級，已經(jīng)具備完善的集成功能，包括DAS、MCS、FSSS、SCS等，還包含汽機(jī)緊急跳閘、電氣控制系統(tǒng)、汽機(jī)數(shù)字電液控制以及輔助進(jìn)行車間控制等諸多功能，這些功能完全可以保證復(fù)雜條件下生產(chǎn)運(yùn)行中設(shè)備和機(jī)組的穩(wěn)定和安全。目前，一些新的火電站在采購設(shè)備時，汽輪機(jī)的固定配套設(shè)備的首選是DEH，而與PLC形式進(jìn)行配置的是對獨(dú)立性和速動性很高的ETS。這種現(xiàn)象表明，DCS在應(yīng)用過程中會產(chǎn)生和相關(guān)分系統(tǒng)軟硬件的不協(xié)調(diào)的現(xiàn)象。因?yàn)榭刂葡到y(tǒng)不一樣的采購渠道，設(shè)備的性能和接口存在不一致的問題，由此產(chǎn)生的“自動化孤島現(xiàn)象”，會嚴(yán)重影響DCS系統(tǒng)性能的提升。在傳統(tǒng)的電氣控制中必須具備很多的監(jiān)控運(yùn)行節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)之間經(jīng)常聯(lián)系不暢通，數(shù)據(jù)交換不及時，同時設(shè)備檢修過程中需要的配件種類和數(shù)量繁雜，不僅在管理上相對困難，更會產(chǎn)生很高的維護(hù)成本。所以，DCS技術(shù)的應(yīng)用可以解決上述問題。

1.2 DCS分布式控制系統(tǒng)的功能分析

現(xiàn)今，電力企業(yè)的電工專業(yè)對DCS的應(yīng)用已經(jīng)很成熟，完全可以實(shí)現(xiàn)電氣、機(jī)械和鍋爐一體化以及全流程的控制功能，為集中監(jiān)控奠定了硬件基礎(chǔ)。分布式控制系統(tǒng)已經(jīng)突破傳統(tǒng)的另一個表現(xiàn)是，電力企業(yè)重要控制系統(tǒng)軟件和硬件集成已經(jīng)在DCS中實(shí)現(xiàn)。以往的模式中，在采購汽輪機(jī)時，廠商在提供相應(yīng)的硬件時還附帶一套獨(dú)立的DEH控制系統(tǒng)。但基于電力企業(yè)內(nèi)設(shè)備增加，要想真正把不同設(shè)備之間通信成本降下來，應(yīng)該考慮控制的集約化。很多大型電力生產(chǎn)企業(yè)曾嘗試用DCS與DEH系統(tǒng)實(shí)施集成管理軟件和硬件。但由于種種因素，項(xiàng)目的實(shí)施并不順利。直到2010年后，一些汽輪機(jī)廠商才推出了DCS與DEH兼容的控制系統(tǒng)，解決了困擾電力系統(tǒng)多年的問題。如今，DCS系統(tǒng)已經(jīng)完全將發(fā)電機(jī)變壓器組和輔助電源、DEH和ETS系統(tǒng)集成到自己的系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了對電氣監(jiān)控系統(tǒng)的全方位控制。

1.3 DCS在脫硫和脫硝系統(tǒng)中的應(yīng)用

隨著越來越高的環(huán)保要求標(biāo)準(zhǔn)施行，環(huán)境部門對火電廠為主的電力企業(yè)提出了更高的煙氣排放要求，由此，一些電力企業(yè)在安裝脫硫設(shè)備時，也自覺地安裝了煙氣脫硝設(shè)施，以最大限度地減少廢氣中的硝化物的含量。在脫硫過程中，與DCS系統(tǒng)的兼容程度還不夠，從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，不管是干法和濕法脫硫，還沒有和DCS進(jìn)行系統(tǒng)兼容，但兩者之間的關(guān)聯(lián)是一個電氣接口。而在電力生產(chǎn)過程中有兩種電煙氣脫硝技術(shù)，即有選擇性的催化和非催化還原法。另外，并沒有在脫硝裝置中安裝檢修旁路，在專業(yè)分工上，熱工值班人員負(fù)責(zé)脫硝裝置的監(jiān)控與維護(hù)。至于怎樣探索DCS與脫硝裝置實(shí)施結(jié)合，關(guān)鍵取決于以下兩方面的原因：脫硝設(shè)施的結(jié)構(gòu)與控制措施和脫硫裝置存在很大的差異性；DCS的服務(wù)供應(yīng)商沒有開通脫硝裝置的業(yè)務(wù)，而且項(xiàng)目集成經(jīng)驗(yàn)嚴(yán)重缺乏，雖然部分供應(yīng)者具備一些經(jīng)驗(yàn)，但也很難實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)合并任務(wù)。所以，要想實(shí)現(xiàn)脫硝裝置和DCS的控制兼容，還需要進(jìn)行很多升級改造。但從未來的角度思考，為了創(chuàng)造電氣設(shè)備集中監(jiān)控的方便條件，就算脫硝設(shè)備依舊是一套自己的控制體系，但也必須增設(shè)I/O接口，真正實(shí)現(xiàn)和DCS系統(tǒng)的工作聯(lián)通，DCS的技術(shù)員對脫硝裝置直接監(jiān)控。

2 DCS控制下的工業(yè)電氣監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計

2.1 軟件結(jié)構(gòu)的設(shè)計

2.1.1 子系統(tǒng)的人機(jī)界面

線上和線下是該系統(tǒng)的兩個組成部分。線上的實(shí)際功能為對現(xiàn)場電氣設(shè)施實(shí)時監(jiān)控，對系統(tǒng)的控制信息和其他實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行及時顯示，確保監(jiān)控技術(shù)人員通過顯示屏監(jiān)控現(xiàn)場設(shè)備的工作狀態(tài)。線下部分特殊功能是對監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)施組建配置以及繪制圖形，從而科學(xué)配置自定義的界面。

2.1.2 子系統(tǒng)的實(shí)時操功能

該系統(tǒng)負(fù)責(zé)對電氣監(jiān)控系統(tǒng)和工作站的實(shí)時通信的狀況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，其詳細(xì)操作包括屬于基礎(chǔ)服務(wù)范疇的維護(hù)信息、檢測數(shù)據(jù)、信息分析及控制指令等。

2.1.3 子系統(tǒng)的報表管理

該系統(tǒng)具備控制與管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的功能，工作內(nèi)容是對繁雜數(shù)據(jù)的輸入輸出，同時對顧客需要的數(shù)據(jù)統(tǒng)計報表進(jìn)行制作。

2.1.4 子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫配置

該系統(tǒng)是電氣監(jiān)控系統(tǒng)的核心構(gòu)造，主要功能是把基礎(chǔ)運(yùn)行數(shù)據(jù)提供給實(shí)時監(jiān)控功系統(tǒng)，并且以數(shù)字化的方式清晰記錄站內(nèi)眾多模擬量，有針對性地進(jìn)行儲存，方便技術(shù)人員查閱。

2.1.5 子系統(tǒng)的高級應(yīng)用

該系統(tǒng)是以網(wǎng)絡(luò)化為基礎(chǔ)的電氣監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，主要是構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化的監(jiān)控系統(tǒng)，促使主站的很多功能都可以在電氣監(jiān)控系統(tǒng)中合理應(yīng)用。軟件結(jié)構(gòu)中的幾個重要功能模塊如圖1所示。

圖1 軟件結(jié)構(gòu)

2.2 硬件結(jié)構(gòu)的設(shè)計

電氣監(jiān)控系統(tǒng)的硬件由4個層級構(gòu)成，如圖2所示。測控層在最底層，該層次包括被監(jiān)測的現(xiàn)場電氣設(shè)備。而前置機(jī)在測控層的上面，其主要功能是對測控層的相應(yīng)電氣設(shè)備進(jìn)行有效的保護(hù)，并且準(zhǔn)確分析處理與測控層之間的數(shù)據(jù)信息。管理層可以通過ＲS485總線接收該信息，然后管理層可通過工以太網(wǎng)與電氣主站進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

圖2 基于DCS控制下的工業(yè)電氣監(jiān)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

3 結(jié)束語

顯而易見，隨著現(xiàn)代電力電氣技術(shù)的整體發(fā)展，電力工業(yè)的電氣無論是數(shù)量還是種類都在顯著增加，但從整體狀況看，在發(fā)電站的電力生產(chǎn)過程中自動化監(jiān)控水平還有待提高，工業(yè)現(xiàn)場無論是軟件還是硬件設(shè)施都存在不協(xié)調(diào)的現(xiàn)象，對管理水平和生產(chǎn)效率都有不良的影響。而DCS系統(tǒng)在工業(yè)電氣監(jiān)控系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，基本解決了電氣系統(tǒng)監(jiān)控不到位的難題。并且可以預(yù)見，在未來的電力電氣發(fā)展中，DCS控制下的工業(yè)電氣監(jiān)控系通過更科學(xué)合理的設(shè)計，為工業(yè)生產(chǎn)作出貢獻(xiàn)。

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TM727.3

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.08.052

2095－6835（2020）08－0120－02

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕