淺談DCS系統(tǒng)在火電廠電氣控制方面的應(yīng)用

陳金偉，田忠玉，張宇翼

中國華能集團有限公司，北京 100031

0 引言

隨著通信技術(shù)及技術(shù)機技術(shù)的發(fā)展以及大型火電廠對管理及控制的要求的不斷提高，電力控制系統(tǒng)已經(jīng)集中式的系統(tǒng)向開放式系統(tǒng)發(fā)展。集中式的系統(tǒng)在現(xiàn)場設(shè)備不斷增加的情況下，缺點就明顯的表露出來，如布線非常復(fù)雜、大幅提高成本、擴展性差、易受干擾等。但通過DCS系統(tǒng)對火電廠電力系統(tǒng)的控制，大幅度提高了電廠的安全運行系數(shù)，給火電廠創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟財富。在我國，目前超過300MW的機組都使用了DCS來控制單元控制室管轄的機爐，所以在應(yīng)用與運行方面，我國已經(jīng)形成了堅實的基礎(chǔ)及豐富的實踐經(jīng)驗。

1 DCS系統(tǒng)論述

1.1 DCS在電力系統(tǒng)的作用

（1）完善和提高電氣系統(tǒng)的運行監(jiān)控能力和水平，整臺發(fā)電機組都采用現(xiàn)代化工具和手段實現(xiàn)高水平和完善的監(jiān)控，更有利于實現(xiàn)整個發(fā)電機組的綜合自動化，提高管理水平。目前，電氣系統(tǒng)重要的運行參數(shù)和狀態(tài)顯示及操作已進(jìn)入DCS，實現(xiàn)了DCS對電氣系統(tǒng)的監(jiān)視與控制，很好地實現(xiàn)了整個機組（機、爐、電）的綜合自動化和廠級運行管理。

（2）提高電氣控制的可靠性。一是由于DCS自身具有很高的可靠性，而且可以通過配置冗余等形式的控制系統(tǒng)替代原有的固態(tài)邏輯和繼電器，提高控制的可靠性;二是可以省去大量操作終端，避免如硬接線、開關(guān)、按鈕等引起的故障;三是由于內(nèi)部構(gòu)成大量的聯(lián)動邏輯，設(shè)置了操作閉鎖和操作準(zhǔn)許檢查邏輯，減少了人為誤操作的可能性。

（3）DCS控制系統(tǒng)的系統(tǒng)邏輯在計算機內(nèi)部的控制運行和過程可靠性相對比較要高，為整個電氣控制系統(tǒng)提供保證了該系統(tǒng)控制運行的邏輯方式也可以說通過采用控制的冗余聯(lián)動邏輯形式來進(jìn)行控制實現(xiàn)，避免了由以往系統(tǒng)冗余動作過多，所產(chǎn)生導(dǎo)致的系統(tǒng)終端的操作控制損失概率上的明顯降低，真正實現(xiàn)了操作的集中控制。

1.2 DCS系統(tǒng)在火電廠電氣控制對象

（1）機變系統(tǒng)：發(fā)電機主變油溫，發(fā)變組出口斷路器，無功功率，有功功率，功率因數(shù)，負(fù)序電流，中性點電流，定子電壓、電流，頻率，氫氣純度和露點，主變繞組溫度，機變系統(tǒng)異常告警和故障，自動同期裝置。

（2）發(fā)電機勵磁系統(tǒng)：電壓、勵磁電流、變壓器繞組溫度。

（3）直流系統(tǒng)：電流、電壓，直流系統(tǒng)故障和異常告警，直流通信通道。

（4）UPS不間斷電源及保安系統(tǒng)：UPS母線上電壓，保安段母線電壓。

（5）廠用電源快切裝置：快切故障和異常告警，快切開關(guān)電流、電壓。

（6）6KV母線工作及備用進(jìn)線斷路器：斷路器電流、電壓，斷路器分合狀態(tài)。

（7）6KV母線各個機爐負(fù)荷斷路器：斷路器電流、電壓，斷路器分合狀態(tài)。

（8）6Kv母線各個變壓器(如低壓變，公用變，除塵變。輸煤變)高壓側(cè)斷路器：斷路器分合狀態(tài)，斷路器電壓、電流。

1.3 電氣控制系統(tǒng)與DCS關(guān)系

目前，許多大火電廠主要電氣控制系統(tǒng)設(shè)備的所有重要設(shè)備運行系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定和報警狀態(tài)記錄已經(jīng)可以進(jìn)入計算機或DCS控制系統(tǒng)，可真正做到CRT屏幕自動提示、報警、記錄自動打印記錄和報警輸出，已建立完成了控制四個大型電氣系統(tǒng)安全運行參數(shù)的一套基本安全操作系統(tǒng)。然而，許多單元操作儀表參數(shù)或被檢查元件數(shù)量上，仍多采用模擬儀表或數(shù)字儀表和信號燈等顯示方式托盤，使系統(tǒng)的能夠和運行時間依賴性還不強，因此，接入DCS監(jiān)控系統(tǒng)實際上是系統(tǒng)為了全面提高整體運行與監(jiān)控系統(tǒng)能力，使系統(tǒng)之運行成為了一個整體來實現(xiàn)全面準(zhǔn)確掌握對系統(tǒng)各系統(tǒng)單元操作的綜合操作，彌補了對傳統(tǒng)的電氣系統(tǒng)需要由專人負(fù)責(zé)操作系統(tǒng)的不足的認(rèn)識不足，使整體運行的及時感增強，誤差感減少，DCS系統(tǒng)自動連續(xù)運行可靠才能可靠性得到最大保證首先，DCS自動化系統(tǒng)控制器本身必須具有相對很高水平的安全可靠性，可以考慮配置冗余控制系統(tǒng)該控制器系統(tǒng)取代使用了許多原有控制器的固態(tài)邏輯器件和可編程繼電器，提高保證了控制器系統(tǒng)持續(xù)運行工作的高可靠性。

2 DCS控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

2.1 數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)

DCS使用的現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸通信網(wǎng)絡(luò)是建立一個現(xiàn)場實時網(wǎng)絡(luò)，即根據(jù)需要或者根據(jù)現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的現(xiàn)場實時性要求而進(jìn)行實時現(xiàn)場的通信。在所規(guī)定好的工作時間周期內(nèi)自動完成實時信息資料的自動傳輸?，F(xiàn)場的I/O網(wǎng)絡(luò)控制生產(chǎn)現(xiàn)場站、操作員站、工程師站三者通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)實時通信的網(wǎng)絡(luò)來相互建立連接聯(lián)系和及時交換數(shù)據(jù)信息。工作系統(tǒng)的其他各個工作方面，共同用來完成一個DCS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的所有整體功能。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。有星型，公共汽車型和環(huán)型三種。 目前，分散控制系統(tǒng)主要采用環(huán)路和總線網(wǎng)絡(luò)，兩種模式。任意相鄰的任何兩個傳輸通信節(jié)點與其連接端口之間要進(jìn)行的信息傳輸及通信交換，均可以通過彼此直接與其相連端口的該兩個節(jié)點互相連接，并相互通過一個消息網(wǎng)絡(luò)相連而進(jìn)行，即都是所有連接的兩節(jié)點間，均要共享并有其相同的數(shù)量的信息傳輸和通信接口質(zhì)量。為了要便于用戶實現(xiàn)對傳輸?shù)男畔⒚襟w資源數(shù)據(jù)的及時有效地共享，實現(xiàn)用戶對通過多節(jié)絡(luò)點進(jìn)行共同實時傳輸信息的輸入和信息資源數(shù)據(jù)的實時傳輸?shù)恼埱?，也是必須并且要求?shù)據(jù)傳輸是分時地進(jìn)行傳輸?shù)?，避免?shù)據(jù)在實時使用時和消息網(wǎng)絡(luò)連接傳輸上而造成數(shù)據(jù)的信息交叉與沖突。DCS控制系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)場自動化和工業(yè)I/O集中控制站自動化，都是一種面向受控過程的控制生產(chǎn)和活動全過程的信息化的過程。現(xiàn)場總線完成I/O總線連接的處理，實現(xiàn)能夠直接訪問數(shù)據(jù)存儲器的DDC（Value control）網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。它可實現(xiàn)的一個最基本的功能是有了以下幾個最主要的方面，即流量、壓力、電平、溫度、電流、電壓、功率和各種狀態(tài)數(shù)量等，并可同時將以上所有的這些狀態(tài)數(shù)量都存儲在整個系統(tǒng)內(nèi)存中，使Form～1與現(xiàn)場的總處理量一致[3]。

2.2 操作員站

操作臺主要面向系統(tǒng)操作工，用其移動來處理系統(tǒng)一切的各種與系統(tǒng)HMI功能直接相關(guān)聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點上的各種線路運行操作。它具有的一種主要使用的功能主要是用來為整個系統(tǒng)所有的網(wǎng)絡(luò)操作管理人員提供一種人機界面。操作者隨時可直接通過網(wǎng)絡(luò)操作管理站，及時地了解網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場各項操作運行情況進(jìn)行狀態(tài)、各種系統(tǒng)運行管理參數(shù)的當(dāng)前值、異常的工作情況的發(fā)生了等。并能夠通過計算機輸入設(shè)備對進(jìn)入生產(chǎn)過程了解，及時進(jìn)行生產(chǎn)線自動控制操作和參數(shù)調(diào)整，確保進(jìn)入生產(chǎn)作業(yè)過程系統(tǒng)的整體安全性和高可靠性，做到高效率，高品質(zhì)。操作臺的設(shè)計主要針對人機界面設(shè)備的輸入以及計算機輸入和系統(tǒng)輸出設(shè)計工作中存在的一些協(xié)調(diào)和解決問題。我們的輸出方面一般是彩色CRT，在計算機上的輸入設(shè)備方面通常是通過：工作控制器和光標(biāo)的控制指示裝置（鼠標(biāo)或軌跡球）組成。除了人機界面功能外，操作臺上還必須具有日歷功能及歷史趨勢數(shù)據(jù)處理的功能，主要可用于快速生成運行的報表和繪制歷史趨勢曲線，直接決定相關(guān)控制的部門到了后期的運行的狀態(tài)，所以我們在整個設(shè)計制造階段，應(yīng)該去全面系統(tǒng)地考慮下這個核心問題[4]。為了過渡到設(shè)計的階段，基本都是首先由熱電氣專業(yè)人員列出，然后再由熱電控制的專業(yè)裝置，本設(shè)計在實際應(yīng)用中提高了系統(tǒng)性能性能不夠全面，影響系統(tǒng)的實際運行。為了達(dá)到使整個系統(tǒng)都能夠較快能適應(yīng)于實際的演出的要求戲劇系統(tǒng)在最初設(shè)計的階段，應(yīng)由有兩名和以上知識的相關(guān)專業(yè)人員負(fù)責(zé)進(jìn)行設(shè)計工作。為了快速完成整套系統(tǒng)，容量、大小和功能的合理分配，計算應(yīng)該盡可能詳細(xì)對于有實際工作的抱負(fù)者要對系統(tǒng)DCS的總量進(jìn)行做了比較詳細(xì)的計算，對于其在戲劇實際應(yīng)用中的實際應(yīng)用還要做好在國際舞臺操作演示中所需要的展示系統(tǒng)的各種功能，以及計算機軟硬件的配置要求等才能能夠確保戲劇系統(tǒng)正常的和高效運行。電氣系統(tǒng)控制各功能系統(tǒng)的空間分布。在一些實際復(fù)雜的電氣操作與操作裝置中，由于這些系統(tǒng)運行的各種控制的方法，各種功能參數(shù)系統(tǒng)的工作邏輯要求和功能設(shè)置方式，都是必須經(jīng)過系統(tǒng)科學(xué)分析計算的，還需要預(yù)先加以調(diào)整修正得經(jīng)過長期反復(fù)地試驗，系統(tǒng)復(fù)雜的控制運行邏輯模式一旦初步形成，長期不工作將再次改變。如果要想改變控制系統(tǒng)中的其他任何控制邏輯，首先需要先進(jìn)入工控站再進(jìn)行碼表傳輸，且目前由于很多DCS工控系統(tǒng)本身不具備數(shù)據(jù)在線自動傳輸控制功能等，所以數(shù)據(jù)在自動傳輸控制過程中，可能會由此導(dǎo)致很多其他工控程序產(chǎn)生誤操作，也因此，在電氣自動化控制功能模塊的數(shù)據(jù)分配使用過程中也一定要多注意避免這一現(xiàn)象。

3 火電廠中分散控制系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1 自動信號系統(tǒng)的應(yīng)用

該自動信號系統(tǒng)能用于連續(xù)或定時連續(xù)采集傳輸信息，并實時自動采集處理的所有重要的以及與反映整個機組工況和有關(guān)的信息，相關(guān)的所有的重要設(shè)備的觀測點信號及各相關(guān)設(shè)備狀態(tài)信號。以便控制系統(tǒng)能夠及時和準(zhǔn)確地向各系統(tǒng)，各運行單元調(diào)度管理人員提供系統(tǒng)設(shè)備有關(guān)的工況變化的動態(tài)信息，實現(xiàn)統(tǒng)全機纖維的安全與有效地經(jīng)濟的穩(wěn)定連續(xù)運行，它提供系統(tǒng)中的以下各種具體的業(yè)務(wù)功能：系統(tǒng)操作運行參數(shù)狀態(tài)顯示、成組信號顯示、俸狀圖動態(tài)信息狀態(tài)顯示、報警系統(tǒng)狀態(tài)的顯示等功能等[5]。

3.2 DCS功能覆蓋一體化的應(yīng)用

目前，許多大火電廠主要電氣控制系統(tǒng)設(shè)備的重要設(shè)備運行系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定和報警狀態(tài)記錄，已經(jīng)可以進(jìn)入計算機或DCS控制系統(tǒng)，可真正做到CRT屏幕自動提示、報警、記錄自動打印記錄和報警輸出，建立完成了控制四個大型電氣系統(tǒng)安全運行參數(shù)的一套基本安全操作系統(tǒng)。然而，許多單元操作儀表參數(shù)或被檢查元件數(shù)量上仍多采用模擬儀表或數(shù)字儀表和信號燈等顯示方式托盤，使系統(tǒng)的能夠和運行時間依賴性還不甚強，因此，接入DCS監(jiān)控系統(tǒng)實際上是系統(tǒng)為了全面提高整體運行與監(jiān)控系統(tǒng)能力，使系統(tǒng)之運行成為了一個整體來實現(xiàn)全面的綜合操作系統(tǒng)，彌補了對傳統(tǒng)的電氣系統(tǒng)不足，使整體運行的及時感增強，誤差感減少，DCS系統(tǒng)自動連續(xù)運行可靠性得到最大保證首先，DCS自動化系統(tǒng)控制器本身必須具有相對很高水平的安全可靠性，可以考慮配置冗余控制系統(tǒng)該控制器系統(tǒng)取代使用了許多原有控制器，提高保證了控制器系統(tǒng)持續(xù)運行工作的高可靠性。此外，由于許多故障操作終端都可以自動省略，可以自動通過硬件接線、開關(guān)、按鈕等方式移除人為操作故障而使整個系統(tǒng)正常運行而更加靈活穩(wěn)定和安全。 您也還可以直接在系統(tǒng)內(nèi)自動設(shè)置相關(guān)的檢查邏輯，使人為錯誤操作大大得到減少，從而大幅提高了整個系統(tǒng)可靠性的高。DCS的系統(tǒng)的應(yīng)用方案的綜合開放性能力和整體靈活性均非常地高，因此，對于整個的電氣系統(tǒng)來說都是可以實時掌握整個系統(tǒng)的狀態(tài)運行過程和進(jìn)行監(jiān)控，實現(xiàn)對整個機組運行的跟蹤聯(lián)動一個終端就能把對整個系統(tǒng)運行的操作人變成了一個主人，這樣對于整個的DCS的系統(tǒng)也就基本可以說實現(xiàn)到了可以完全地集中操作。

3.3 實現(xiàn)輔機DCS應(yīng)用

DCS控制器在近年來我國大中型火電廠主機控制系統(tǒng)生產(chǎn)中已經(jīng)得到了較為廣泛和應(yīng)用，達(dá)到了多項國際同類先進(jìn)控制水平。但各種輔助系統(tǒng)的控制手段不同，根據(jù)全國目前的各主要電廠各自配置各自的相應(yīng)輔助的系統(tǒng)與控制輔助設(shè)備，一些較為主要電廠的大型輔助自動化系統(tǒng)，如鍋爐灰、渣、煤、化學(xué)水處理控制系統(tǒng)多由一臺PLC系統(tǒng)和一套上位機組配置成，另一些規(guī)模相對較小電廠的自動控制系統(tǒng)雖然近年來也有逐漸多采用了小型的PLC控制器進(jìn)行自動控制，但由于在操作技術(shù)方法和組織管理技術(shù)上還是存在以下許多具體問題：分散運行的各控制室不容易組織管理；每個工業(yè)控制系統(tǒng)必須使用許多不同功能的輔助硬件設(shè)施和管理軟件。備品備件的管理、人員技能培訓(xùn)周期長和設(shè)備維護(hù)相對困難[6]。但現(xiàn)在如果計算機能完全實現(xiàn)對輔助系統(tǒng)設(shè)備的全程DCS遠(yuǎn)程控制，就能輕松解決掉這些現(xiàn)實問題。隨著當(dāng)前DCS、網(wǎng)絡(luò)、計算機、大屏幕顯示和數(shù)字PLC可編程控制設(shè)備技術(shù)等的運用日益趨向成熟。

4 結(jié)語

本文經(jīng)過一系列嚴(yán)格深入的實地調(diào)研，對整套DCS控制系統(tǒng)設(shè)備的安裝應(yīng)用維護(hù)全工作過程進(jìn)行了詳細(xì)的測試分析，從而進(jìn)一步使該系統(tǒng)產(chǎn)品的質(zhì)量可靠性水平得到有效提高，使得在各種電氣控制系統(tǒng)產(chǎn)品中控制系統(tǒng)的綜合應(yīng)用技術(shù)更加科學(xué)，大大提高了現(xiàn)場電氣智能控制裝置綜合運行監(jiān)督控制的能力等級和精度水平，使整個電氣系統(tǒng)安全運行的可靠性能力和設(shè)備安全性水平能夠真正得到有力保證。在如此激烈復(fù)雜的勞動力市場競爭中，要想盡快提高勞動力企業(yè)生產(chǎn)的運行效率，就必須首先保證法律制度體系相對良好的穩(wěn)定運行狀態(tài)，對于促進(jìn)火電廠的發(fā)展和能源的可持續(xù)利用也有很大的作用。