DCS在電廠熱工控制系統(tǒng)中的應用分析

遼寧大唐國際阜新煤制天然氣有限責任公司 王渤添

1 DCS 的特點及其在電廠熱工控制系統(tǒng)中的應用優(yōu)勢分析

1.1 DCS 及其特點分析

DCS 的最早應用開始于上世紀八十年代的美國，并在工業(yè)技術發(fā)展中得到不斷創(chuàng)新和優(yōu)化。隨著DCS 系統(tǒng)的應用與不斷優(yōu)化和完善，使其在各項應用實踐中的經(jīng)驗積累也越來越豐富，同時開始向其他應用領域不斷的拓展和深化。如，火電廠鍋爐以及汽輪機熱工控制、發(fā)電機機組發(fā)電與配電、供電中均有對DCS 的應用。當前我國對DCS 系統(tǒng)的研究和應用中，逐漸實現(xiàn)了對DCS 控制系統(tǒng)成套應用方法的把握，并為DCS 控制系統(tǒng)的不斷優(yōu)化與完善提供了良好支持。由于DCS系統(tǒng)本身具有較高可靠性，其系統(tǒng)的監(jiān)督功能與拓寬性較突出，在實際應用中進行編程設計的便利性也十分顯著，系統(tǒng)維護方便，因此十分受歡迎。

可靠性顯著。DCS 系統(tǒng)是以DCS 結構為基礎，以系統(tǒng)的可靠性為目標進行設計和開發(fā)的系統(tǒng)工程，其構造需通過DCS 系統(tǒng)的功能及DCS 系統(tǒng)的結構等因素進行表現(xiàn)，該系統(tǒng)在具體運轉過程中，即使有效設備存在故障情況，其他設備也能維持正常運轉，從而實現(xiàn)對DCS 系統(tǒng)運行的可靠性保障[1]。此外其系統(tǒng)中的一些關鍵設備還進行冗余配置設計，通過在系統(tǒng)的控制器及通訊設備、電源等結構中進行冗余設備配置應用，為系統(tǒng)運行的可靠性提供更加完善的支持。在系統(tǒng)運轉過程中一旦主要設備發(fā)生故障，就能通過備用設備進行替換并堅持穩(wěn)定運行，從而對整個系統(tǒng)運行的連續(xù)性及其系統(tǒng)運行應用效率的提升提供保障。

監(jiān)督功能與拓寬性表現(xiàn)較好。DCS 系統(tǒng)中，通過良好的人機交互界面設置，在系統(tǒng)運行與現(xiàn)場操作過程中可通過高智能操作員站進行實現(xiàn)，并利用人機交互界面對全部操作進行直觀監(jiān)測，以達到良好的系統(tǒng)控制和運行效果。此外，DCS 系統(tǒng)中的遞階數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡系統(tǒng)是由集成化程度較高的硬件以及相關模塊化設備接口、具有較高靈活性與標準化特征的系統(tǒng)等組成，在系統(tǒng)設計中實現(xiàn)了通訊結構的分層化，因此，對DCS 系統(tǒng)的拓寬功能表現(xiàn)創(chuàng)造了更加有利的條件和支持。

維護方便、編程操作較為簡單。DCS 系統(tǒng)在具體應用中，能夠通過自動生成文件的功能碼控制組態(tài)以及控制圖形界面進行有效編輯和修改操作，因此其編程操作相對簡單，且編程設計的質量也十分可靠。此外DCS 系統(tǒng)的處理結構中還具有自我診斷功能，在系統(tǒng)運轉過程中，其自我診斷程序也會隨之運轉，這種功能設計與作用效果，使DCS 系統(tǒng)的維護操作更加便利，在系統(tǒng)運行中進行維護的時間也相對較短。

1.2 DCS 在電廠熱工控制系統(tǒng)中的應用優(yōu)勢

DCS 系統(tǒng)的結構設置是以局部控制獨立運行的工作站模式為主，且各工作站間的信息通訊與連接是通過局部網(wǎng)絡通訊進行支持，而在系統(tǒng)功能設置方面是以分層遞階控制作為主要控制模式，在具體控制和運行中能夠和更上一級的計算機以及網(wǎng)絡系統(tǒng)進行通訊和連接，因此，將DCS 應用于電廠熱工控制系統(tǒng)中，對電廠發(fā)電機組的數(shù)據(jù)采集以及數(shù)據(jù)處理、生產(chǎn)過程與邏輯控制、生產(chǎn)監(jiān)督與報警、設備聯(lián)鎖與保護實現(xiàn)、電廠員工的操作管理能力等，均實現(xiàn)了優(yōu)化和提升，被作為現(xiàn)階段我國電廠熱工控制系統(tǒng)的主要方式進行應用，取得了較為顯著的作用效果。對DCS 在電廠熱工控制系統(tǒng)中的應用優(yōu)勢，可通過以下方面進行分析。

強大的兼容性。電廠熱工控制系統(tǒng)中，大型的火電廠發(fā)電機組運行中需要控制對象數(shù)量相對較多，具體情況也十分復雜，具有較為突出的控制對象延遲性大以及干擾源多、非線性、控制參數(shù)較多且存在相互干擾等特點，導致電廠熱工控制系統(tǒng)的具體設計難度較高。而DCS 技術在電廠熱工控制系統(tǒng)中應用，能通過DCS 的特征優(yōu)勢發(fā)揮實現(xiàn)一些更為高級和復雜的控制設計，其中包含自適應控制以及模糊控制、預估控制、非線性控制、神經(jīng)元控制等，對整個電廠發(fā)電機組的自動控制得到優(yōu)化和提升。

全程化監(jiān)控模式。多項實踐驗證，DCS 在電廠熱工控制系統(tǒng)中應用，能對其系統(tǒng)運行的安全性與可靠性進行保障?，F(xiàn)階段我國電廠的熱工控制系統(tǒng)設計中，由于多數(shù)后備監(jiān)控設備的取消，只少數(shù)能夠進行緊急停機的開關保留，從而使未來的火電廠發(fā)電機組運行中逐漸向著廣泛接受和應用全CRT 監(jiān)控技術方向發(fā)展；另一方面，隨著DCS 系統(tǒng)中大屏幕顯示技術的應用，促進了DCS 技術支持的電廠熱工控制系統(tǒng)人機交互界面及其功能改善，同時實現(xiàn)了熱工控制系統(tǒng)的簡化，使其監(jiān)控人員數(shù)量明顯減少，系統(tǒng)建設的投入成本得到控制，但電廠運行安全性以及經(jīng)濟性明顯提升。

能實現(xiàn)輔機DCS 控制。隨著DCS 技術的應用與研究發(fā)展，當前已逐漸實現(xiàn)在大機組上進行DCS應用的技術和條件，如，在電廠熱工控制系統(tǒng)的輔助系統(tǒng)中，像運輸煤、除灰、除渣、化學水處理集中控制等系統(tǒng)結構，在具體設計中就通過不同的技術方案應用使輔助系統(tǒng)和主機DCS 相互連接，采用較為集中的技術方案進行設計和應用。此外，在DCS 系統(tǒng)與輔助系統(tǒng)的相對集中設計基礎上，通過進行主機DCS 與SIS 連接設置，也能起到較好的輔助系統(tǒng)DCS 應用，以及整個系統(tǒng)控制的技術水平提升等成效。

遠程智能I/O 功能?，F(xiàn)階段，在電廠熱工控制系統(tǒng)中，通過對DCS 技術應用能借助DCS 技術產(chǎn)品的遠程智能I/O 裝置，滿足熱工控制系統(tǒng)運行的有關功能作用和需求。其中，DCS 技術產(chǎn)品中的遠程智能I/O 裝置在具體設計中是作為一種獨立的系統(tǒng)裝置，通過智能前端以及現(xiàn)場通訊總線、計算機適配器等不同結構組成，智能前端在遠程智能I/O裝置中，是作為一種測控裝置在生產(chǎn)現(xiàn)場進行安放與設置應用，在DCS 控制系統(tǒng)運行中具有A/D 與D/A 轉換支持以及濾波、熱電偶、熱電阻測量與變換、PID 控制等功能作用，實際上也是一種現(xiàn)場總線產(chǎn)品[2]。

此外，DCS 系統(tǒng)中，現(xiàn)場通訊總線是以全數(shù)字串行作為通訊的主要方式，能夠實現(xiàn)點對點以及點對多點等工作方式支持，并能夠實現(xiàn)廣播式與主從式工作支持，和現(xiàn)階段在通訊系統(tǒng)與工程領域中應用較為廣泛的現(xiàn)場總線產(chǎn)品相類似。DCS 遠程智能I/O 的通訊適配器結構模塊，在系統(tǒng)運行與遠程智能I/O 功能支持中，對整個系統(tǒng)網(wǎng)絡具有統(tǒng)一協(xié)調與管理作用，能夠實現(xiàn)和主控系統(tǒng)之間的信息交換。有多項應用實踐驗證顯示，DCS 遠程智能I/O 裝置的設置和應用，對DCS 系統(tǒng)的安全性與可靠性提升不僅具有較為突出的作用和影響，而且使其具備了現(xiàn)場總線的更多特征和優(yōu)勢。

2 DCS 在電廠熱工控制系統(tǒng)中的應用研究

2.1 電廠熱工控制系統(tǒng)中DCS 應用的目的分析

電廠運行中，通過確保電廠的日常工作運行狀況與社會經(jīng)濟發(fā)展需求相互適應，并實現(xiàn)電廠的各電氣技術系統(tǒng)優(yōu)化升級，不僅能對電廠運行的安全性、穩(wěn)定性與可靠性進行提升，而且有利于促進電廠電氣系統(tǒng)的正常運行。對電廠熱工控制系統(tǒng)中DCS 技術的應用及其主要目的，可從以下方面進行分析。

有利于促進電廠電氣系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性提升。電廠電氣系統(tǒng)運行中，通過對DCS 技術應用來實現(xiàn)其系統(tǒng)的升級和改造，從而對電廠電氣系統(tǒng)運行的安全性和穩(wěn)定性進行優(yōu)化提升。此外，DCS 技術在電廠電氣系統(tǒng)中應用，能夠使工作人員通過終端操作對電廠電氣系統(tǒng)的較為復雜操作環(huán)節(jié)進行控制實現(xiàn)，并在智能化終端支持下實現(xiàn)整個電氣系統(tǒng)運行的有效控制，達到較好的電廠電氣系統(tǒng)運行和控制目的[3]。

有利于實現(xiàn)電廠電氣系統(tǒng)操作的復雜性簡化，減小其對電廠電氣系統(tǒng)運行效率提升的不利影響。由于電廠的電氣系統(tǒng)操作本身具有一定的復雜性，導致其在具體運行和應用中的工作效率相對較低。而DCS 系統(tǒng)在電廠熱工控制系統(tǒng)中應用，能促進其計算機智能控制范圍強化，從而在整體控制的操作和支持下，對電廠電氣系統(tǒng)的集控運行目標實現(xiàn)進行支持。此外，利用DCS 系統(tǒng)還能實現(xiàn)電廠電氣系統(tǒng)中的原有系統(tǒng)操作集中化與系統(tǒng)化設置，從而有效減少工作人員的工作量，使其通過計算機遠端操作完成電廠熱工控制系統(tǒng)控制。

有利于促進電廠電氣自動化操作實現(xiàn)和控制水平提升。電廠電氣自動化操作中，是以DCS 系統(tǒng)作為一種有效途徑。在電廠電氣自動化操作與控制中，通過DCS 技術應用所提供的監(jiān)控模式，不僅能促進電氣系統(tǒng)各運行環(huán)節(jié)的監(jiān)督和控制水平提升，且有利于促進電廠電氣自動化操作的進一步完善，具有十分顯著的積極作用和優(yōu)勢。因此DCS 技術在電廠熱工控制系統(tǒng)中應用，具有十分突出的必要性和重要意義。

2.2 DCS 在電廠熱工控制系統(tǒng)中的具體應用

對DCS 在電廠熱工控制系統(tǒng)中的應用分析，需從電廠熱工控制系統(tǒng)的硬件管理與維護以及系統(tǒng)的現(xiàn)場總線布置設計、高速網(wǎng)絡通信技術應用、火災自動報警系統(tǒng)與防排煙設施配電線路的防火設計等方面進行分析。

電廠DCS 系統(tǒng)硬件管理與維護分析。電廠DCS系統(tǒng)運行中，其系統(tǒng)輸入與輸出模塊故障等，均是利用系統(tǒng)的自我診斷功能模塊得以發(fā)現(xiàn)，在系統(tǒng)硬件故障情況下進行模塊更換即可完成故障處理。但在實際應用中，由于電廠DCS 系統(tǒng)的一般工作人員對有關電氣儀表的最新技術掌握不足，從而在系統(tǒng)運行與維護管理時，不能對其內部元器件老化等導致熱工控制模塊故障及時發(fā)現(xiàn)與處理，而多數(shù)情況下電廠DCS 系統(tǒng)運行中，其輸入輸出模塊的故障問題多發(fā)生在運行和調試階段，因此在具體維護中需針對整個模塊進行維修和處理[4]。此外，在電廠DCS 系統(tǒng)的現(xiàn)場設備故障維護中，一旦發(fā)現(xiàn)設備故障，不僅需在第一時間對其故障進行排查，還要根據(jù)故障排查報告開展有效的系統(tǒng)維修和處理。

現(xiàn)場總線布置設計與DCS 應用分析?，F(xiàn)場總線布置設計在電廠熱工控制系統(tǒng)中具有十分重要的作用和影響[5]?，F(xiàn)場總線布置中，應從主從架構及多點數(shù)字通信特征等因素層面，進行一套從數(shù)據(jù)鏈路層至網(wǎng)絡物理層、應用層的整體通信協(xié)議建立，以實現(xiàn)控制系統(tǒng)和現(xiàn)場智能設備的有效連接，構成局域工業(yè)控制通信網(wǎng)絡。DCS 系統(tǒng)和現(xiàn)場總線布置相比，不僅維護成本較高，且存在接口的兼容性較差等缺陷，需在具體設計和應用中引起重視。

高速網(wǎng)絡通信技術的應用。DCS 系統(tǒng)是以互聯(lián)網(wǎng)技術為系統(tǒng)建設的核心支持，通過對高速網(wǎng)絡通信技術應用進行DCS 系統(tǒng)建立，不僅能促進其網(wǎng)絡質量改善，且有利于保障其網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。如，電廠集散系統(tǒng)運行中，受以太網(wǎng)延遲的不確定性及網(wǎng)卡溢出、網(wǎng)絡風暴等問題影響，導致其集散系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸與運行質量也明顯降低，尤其是隨著電廠的生產(chǎn)規(guī)模擴大及集散系統(tǒng)控制情況日益復雜，上述問題及影響也會越來越突出。因此，采用DCS 系統(tǒng)進行電廠熱工控制系統(tǒng)設計中，就可在原有的以太網(wǎng)基礎上，利用網(wǎng)絡流量控制技術進行網(wǎng)絡流量數(shù)據(jù)收集和分析，從而實現(xiàn)相互適應的流量模型建立，以有效分析和掌握其局域網(wǎng)數(shù)據(jù)流量變化，結合DCS 系統(tǒng)的運行需求，對數(shù)據(jù)資料進行實時采集和實現(xiàn)計算機系統(tǒng)運行流暢性保障。

3 結語

總之，對DCS 在電廠熱工控制系統(tǒng)中的應用進行研究，有利于促進對DCS 特點及其應用優(yōu)勢的充分了解和掌握，從而在電廠熱工控制系統(tǒng)設計中進行合理應用，有效滿足電廠熱工控制系統(tǒng)的運行要求，提高其系統(tǒng)運行控制的精度與操作價值。需注意的是，以DCS 技術為支持的電廠熱工控制系統(tǒng)在具體操作中，不僅需要有關人員結合電廠管理的實際要求對其應用策略進行不斷優(yōu)化和完善，而且需通過對其應用要點的準確把握與控制，促進DCS 系統(tǒng)及其在熱工電廠控制中的應用優(yōu)勢和運行能力提升，推動我國電力事業(yè)的健康與持續(xù)發(fā)展。