DCS和PLC在電廠的聯(lián)合實際運用研究

王紅林

摘 要：文章基于電廠中DCS和PLC的發(fā)展本質(zhì)以及發(fā)展現(xiàn)狀，分析DCS和PLC在電廠中的特點以及發(fā)展趨勢，以供參考。

關(guān)鍵詞：DCS;PLC;電廠;聯(lián)合

1引言

在目前電廠規(guī)模和系統(tǒng)復(fù)雜程度在隨著我國社會用電負(fù)荷的增加而持續(xù)增加的同時，也增加了電廠系統(tǒng)的控制難度，尤其是增加了電廠中的熱工系統(tǒng)和電工系統(tǒng)對DCS的要求。因此就需要將DCS與其他先進(jìn)智能技術(shù)進(jìn)行融合來滿足上述發(fā)展趨勢下對DCS功能和性能的要求。比如可以將存在一定區(qū)別和聯(lián)系的DCS和PLC進(jìn)行聯(lián)合應(yīng)用來向用戶提供符合要求的控制系統(tǒng)。

2 DCS和PLC在電廠的發(fā)展本質(zhì)

電廠中的DCS是一個集中了計算機(jī)、通訊、顯示和控制技術(shù)為一體的多級計算機(jī)系統(tǒng)，通常由過程級、操作級和管理級組成，表現(xiàn)出具有分散控制、集中操作、分級管理以及配置靈活和組態(tài)方便等優(yōu)點。而PLC屬于可編程邏輯控制器，通過可編程存儲器的應(yīng)用來實現(xiàn)裝置的自動化控制，表現(xiàn)為只有一層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的特點。對二者的發(fā)展本質(zhì)進(jìn)行分析可知，前者是在傳統(tǒng)的儀表盤控制系統(tǒng)上發(fā)展而來的，主要想PID的算法和數(shù)量發(fā)展。而后者則是在傳統(tǒng)的繼電器基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，重點是開展邏輯運算。

3 DCS和PLC在電廠的現(xiàn)狀分析

在目前的電廠中，通常是通過DCS來對大型機(jī)組中的機(jī)組部分進(jìn)行控制，而通過PLC來控制輔助車間等公用部分，而在目前電力行業(yè)的市場競爭形勢更為激烈的發(fā)展趨勢下，電力企業(yè)想要提升自身市場競爭力水平就需要降低運營成本并提升效率來提升企業(yè)效益。為了滿足上述要求就需要通過集中監(jiān)控電廠自動控制系統(tǒng)的方式，也就是在DCS中將原本屬于輔網(wǎng)的一部分公用系統(tǒng)也納入其中，通過此種方式來減少人員需求數(shù)量和提升運行效率，同時也提升運行人員的控制水平，防止出現(xiàn)運行人員之間聯(lián)系不及時以及管理難度大等問題。

具體地說，在目前的大型機(jī)組中通常采取兩臺機(jī)組合用一個集中控制室的“兩機(jī)一控”控制方式，每臺機(jī)組中的主要控制系統(tǒng)為一套DCS，并且將一套公用系統(tǒng)設(shè)置在兩臺機(jī)組的DCS之間，使用網(wǎng)橋來保證所有DCS連通。比如通過機(jī)組的DCS控制方式來對空壓機(jī)、循環(huán)水泵房、燃油泵房、公用廠用電源系統(tǒng)等進(jìn)行控制，而通過PLC控制方式對全電廠的輔助車間進(jìn)行控制，也就是通過輔網(wǎng)BOP的方式在機(jī)組集控室中實現(xiàn)對這些輔助生產(chǎn)系統(tǒng)的集中監(jiān)控，也就是通過“PLC+上位機(jī)”的方式來實現(xiàn)輔助系統(tǒng)功能，保證獨立系統(tǒng)運行的安全性與可靠性。

在目前多數(shù)電廠采取上述控制方式的現(xiàn)狀下，主要是由于從國外引入的DCS成本比較高且技術(shù)不夠成熟。但是針對具有技術(shù)成熟特點的PLC來說，表現(xiàn)出型號比較多樣以及由于工作環(huán)境比較惡劣而存在較高故障率、較大維護(hù)量、需要較多數(shù)量的備品備件等特點，這也導(dǎo)致電廠運行成本的增加。而如果通過集中控制或者直接一體化控制的方式對輔助系統(tǒng)進(jìn)行控制可以實現(xiàn)全廠控制的一體化網(wǎng)絡(luò)，在減少運行檢修工作量和所需工作人員的同時，也減少檢修工作中所需要的備品備件數(shù)量，實現(xiàn)了運行檢修成本的降低和效率的提升。但是在目前DCS逐漸國產(chǎn)化的過程中，也表現(xiàn)出技術(shù)更加成熟以及成本更低的特點，這就可以通過統(tǒng)一品牌的DCS來進(jìn)行新建機(jī)組中主機(jī)和外圍輔助系統(tǒng)的統(tǒng)一控制，通過此控制系統(tǒng)中軟硬件一致的方式來實現(xiàn)全廠控制系統(tǒng)的一體化。

4 DCS和PLC在電廠的應(yīng)用特點

對于目前電廠中所常用的DCS，通常在過程級所應(yīng)用的通訊協(xié)議存在一定的差異，但是同時采用了基于以外網(wǎng)為網(wǎng)絡(luò)平臺的操作級，在此網(wǎng)絡(luò)平臺中主要應(yīng)用TCP/IP協(xié)議，因此便于對其進(jìn)行擴(kuò)展。也就是在將控制器作為節(jié)點的基礎(chǔ)上對其數(shù)量和位置進(jìn)行改變，并保證其在網(wǎng)絡(luò)控制的范圍之內(nèi)。但是針對PLC系統(tǒng)來說則具有相對較少的擴(kuò)展需求，以及具有較少的兼容性需求。同時PLC的控制任務(wù)也比較簡單，其結(jié)構(gòu)也為單層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通常不需要使用以太網(wǎng)。此外，其中所用的DCS還會提供一個統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫，通過此數(shù)據(jù)庫可以隨時引用其中的數(shù)據(jù)，并且將其應(yīng)用于組態(tài)軟件或監(jiān)控軟件中，以及應(yīng)用于趨勢圖和報表中。但是PLC系統(tǒng)在運行中所應(yīng)用的數(shù)據(jù)庫則比較獨立，上述各個部分都具有各自的數(shù)據(jù)庫，無法實現(xiàn)統(tǒng)一。最后就是電廠中所應(yīng)用的DCS還表現(xiàn)出任務(wù)周期可以設(shè)定的特點，但是PLC程序則需要在一次性執(zhí)行完成之后才能進(jìn)行循環(huán)執(zhí)行，無法合理的按照需求對控制器的資源進(jìn)行協(xié)調(diào)。

5一體化趨勢

在目前電廠中聯(lián)合使用DCS和PLC的過程中，也表現(xiàn)出主輔一體化的發(fā)展趨勢，也就是在機(jī)組DCS中包括單元制的輔助系統(tǒng)以及通過公用DCS實現(xiàn)全廠公用的輔助系統(tǒng)，從而實現(xiàn)全廠一體化來提升全廠控制系統(tǒng)的維護(hù)效率，實現(xiàn)維護(hù)工作量和維護(hù)成本的降低。還可以對設(shè)備和備品備件等進(jìn)行統(tǒng)一采購，實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置，并且實現(xiàn)全廠數(shù)據(jù)共享。但是在上述發(fā)展趨勢下也大大增加了DCS的負(fù)荷并影響電廠運行的安全性，表現(xiàn)出對此系統(tǒng)運行中的數(shù)據(jù)傳輸和運算以及信號處理造成影響的問題。而且在上述全廠一體化設(shè)計中也容易在其中的輔助系統(tǒng)DCS出現(xiàn)故障時而導(dǎo)致全廠控制系統(tǒng)故障的發(fā)生。

此外，在上述全廠控制系統(tǒng)一體化的發(fā)展趨勢下，也表現(xiàn)出DCS和PLC在概念界限上的逐漸淡化和融合的趨勢，同時也推進(jìn)具有復(fù)雜接線工作和信號傳輸不夠可靠特點的DCS向FCS方向發(fā)展，在現(xiàn)場儀表中逐漸實現(xiàn)模擬量控制，減少了儀表和控制系統(tǒng)中電纜的連接。同時也可以應(yīng)用PLC來處理模擬量，提升DCS系統(tǒng)的邏輯處理能力。尤其是在目前電廠規(guī)模在不斷擴(kuò)大的同時，電廠DCS操作難度也隨之增加，對人機(jī)交互性也提出較高的啊喲球，需要具有良好人機(jī)交互性能的系統(tǒng)來提升電廠狀態(tài)監(jiān)控操作的準(zhǔn)確性。雖然通過DCS中自帶的組態(tài)軟件可以為操作人員提供HMI，但是仍然在組態(tài)生產(chǎn)和點數(shù)據(jù)庫的人機(jī)交互性能方面表現(xiàn)出顯著的不足，需要持續(xù)發(fā)展虛擬現(xiàn)實、虛擬儀表以及觸控技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)。

6結(jié)語

電廠中目前所應(yīng)用的DCS和PLC具有相對獨立但是又有一定聯(lián)系的特點，可以通過二者的有效聯(lián)合來實現(xiàn)電廠控制系統(tǒng)的一體化，發(fā)揮二者的優(yōu)勢來為用戶提供滿足其需求的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對資源的優(yōu)化配置，為創(chuàng)建綠色電廠提供技術(shù)支持。

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