分布式計算機控制系統(tǒng)DCS特點及在火電廠自動化控制中的應用

李選慧LI Xuan-hui

（國家能源集團諫壁發(fā)電廠，鎮(zhèn)江 212000）

0 引言

在國家經(jīng)濟的發(fā)展過程中，電力系統(tǒng)的作用是非常關鍵的。在科技的不斷進步背景下，火電廠對其控制系統(tǒng)的要求也越來越高，因此，其已經(jīng)不再是單純依靠一般的儀表來實現(xiàn)日常的生產(chǎn)與檢測就能實現(xiàn)的，并且在對電力系統(tǒng)進行調配與科學的管理進行有效完善方面也不再滿足。通過采用分布式計算機控制系統(tǒng)DCS可以解決上述問題。由于DCS的迅速發(fā)展，其應用得到迅速普及。

1 DCS的產(chǎn)生背景

1.1 計算機集中控制具有一定的弊端

由于計算機控制的集中性，成百上千個回路都需要被一個計算機控制，如計算機出現(xiàn)了一定的問題，系統(tǒng)的運行狀況就會受到阻礙，進而影響系統(tǒng)的運行，降低系統(tǒng)的可靠性。安全起見，運行中通過使用雙機的模式，可以將系統(tǒng)的可靠性予以提升，但是，這樣做會增加運行成本。在工業(yè)化高速發(fā)展的上世紀70年代，使得生產(chǎn)不斷壯大以及過程不斷復雜化，其中主要以石油化學工業(yè)為代表。但是這導致了發(fā)生事故的頻率加劇，采用集中控制的方式，在事故發(fā)生時可以使生產(chǎn)中斷，因此，在生產(chǎn)過程中，計算機控制系統(tǒng)的可靠性顯得尤為重要。

1.2 生產(chǎn)過程日益提高的要求

正常的模擬式調節(jié)儀表在進行生產(chǎn)過程的系統(tǒng)控制方面具有較多優(yōu)點，操作與維護比較方便，并且不需太高的成本投入，但是可靠性卻不是十分樂觀。在生產(chǎn)的不斷發(fā)展下，模擬式儀表的弊端日趨明顯，在進行多變量解耦控制的操作以及其他比較繁瑣的控制規(guī)律控制方面，其性能顯得不再合理。其控制精度已經(jīng)不符合生產(chǎn)要求，在生產(chǎn)工藝不斷優(yōu)化以及生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大的背景下，會增加較多的儀表控制系統(tǒng)，這樣控制室的儀表屏就會隨之增大，在進行系統(tǒng)的顯示與具體操作過程中，就會越來越困難。每個系統(tǒng)之間進行通信聯(lián)系也顯得比較困難，而且在出現(xiàn)變更生產(chǎn)工藝的需要時，儀表就要進行變更與調解。針對上述問題，通過使用計算機控制系統(tǒng)就可以解決，其不但可以解決控制規(guī)律比較復雜的情況，各個子系統(tǒng)之間進行通信的情況也能得到解決，而且有效提升了其控制精度，并且能夠實現(xiàn)集中顯示與操作。

2 DCS自動化控制的特點

分散控制系統(tǒng)，簡稱為DCS。從1975年發(fā)展開始，其發(fā)展歷程也是十分漫長的。它主要是通過計算機實現(xiàn)綜合控制。DCS控制系統(tǒng)是將“聚”與“散”相結合，主要包括對操作、監(jiān)視以及管理進行集中管理與控制，此外，還能實現(xiàn)以上內(nèi)容的分散控制。通過采用微型計算機，DCS系統(tǒng)在功能上分散化與階層化。隨著科學技術的推進，控制中心與各個子系統(tǒng)之間的聯(lián)系更加緊密，在動作與指令的執(zhí)行方面更加協(xié)調。

DCS是微型的應用處理器，將計算機控制系統(tǒng)中的計算機技術、通信、控制以及網(wǎng)絡技術集中于一體。其主要組成部分為操作站、通信網(wǎng)絡以及控制站，操作站的主要作用是對現(xiàn)場的參數(shù)實現(xiàn)監(jiān)視，而且在授權的情況下還可以使工程師站得以實現(xiàn)，并且實現(xiàn)系統(tǒng)的維護與組態(tài)等功能；通信網(wǎng)絡的作用是保障系統(tǒng)的運行，確保網(wǎng)絡更加真實可靠，并且具有可擴充性。DCS主要以控制站為依托，如果出現(xiàn)無網(wǎng)絡的情況，可以對企業(yè)的生產(chǎn)實現(xiàn)控制，確保生產(chǎn)的有序進行。其特點總結如下：

①可以實現(xiàn)對系統(tǒng)優(yōu)化后的人工智能、自動適應、推理預測以及專家系統(tǒng)等要求，并且能夠實現(xiàn)智能化的發(fā)展目標。

②由于之前的系統(tǒng)構成比較簡單，在生產(chǎn)需求的不斷擴大下，可以實現(xiàn)集管理與控制于一體的綜合系統(tǒng)，從而保障DCS的現(xiàn)場與系統(tǒng)通信之間實時準確以及全面的契合。

③DCS系統(tǒng)能實現(xiàn)與數(shù)字視頻技術、無線網(wǎng)絡技術以及容錯以太網(wǎng)相結合，這樣在現(xiàn)場中出現(xiàn)故障的時候可以進行直接操作處理，并且可對操作進行實時監(jiān)控，以及校驗儀表，在進行操作與維護過程中，銜接更加順暢。

④采用無底版模塊結構的技術，從而確?？刂普靖影踩煽颗c穩(wěn)定。

3 火電廠自動控制系統(tǒng)簡介

3.1 軟件設計

為了便于用戶操作，在工藝流程圖中需要實時顯示監(jiān)控畫面，包括分爐分倉計量與煤量位置煤位等，并且在出現(xiàn)系統(tǒng)故障報警時能夠對警報進行實時顯示，并可以生成報表，查詢歷史數(shù)據(jù)，同時實現(xiàn)選擇工藝流程的一些功能，在對火電廠自動控制系統(tǒng)軟件進行設計的過程中，設計方法為組態(tài)式，編程語言為高級（C++、VB、VC）而且全面利用Win-dows視窗技術，通過圖形的方式使用戶在操作與管理過程中更加便捷，通過選線棒對工藝流程進行甄選，也就是從對煤源的選擇開始，到運輸路徑，最后到目的地的方式，確保操作與管理方面更加便捷，以及取得最佳的視覺效果。其特點如下：操作可靠，在選擇流程、開放式操作以及應對故障、配煤環(huán)節(jié)中更加方便靈活；將整個工藝流程的畫面呈現(xiàn)得更加直觀，并且能夠隨時查看或者打印系統(tǒng)的運行狀況，使得管理更加方便快捷。系統(tǒng)框架圖見圖1，其系統(tǒng)構成見圖2。

圖1 火電廠自動化控制系統(tǒng)設計框架圖

圖2 DCS系統(tǒng)構成

3.2 自動控制內(nèi)容

火電廠在進行發(fā)電作業(yè)中，自動控制主要有以下幾點：

自動檢測：對一些物理與化學參量實現(xiàn)自動檢查與測量，并且對生產(chǎn)設備中反應出的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)實現(xiàn)自動檢測，以上數(shù)據(jù)能夠實時體現(xiàn)生產(chǎn)過程中的具體狀態(tài)，并將這些數(shù)據(jù)作為生產(chǎn)中的狀態(tài)正常與否以及發(fā)展趨勢的依據(jù)，從而對后期生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的狀況進行科學調整，確保正常生產(chǎn)。

自動保護：一旦出現(xiàn)事故，系統(tǒng)將會自動啟動保護系統(tǒng)。這樣能夠有效避免事故出現(xiàn)進一步蔓延的情況，從而對生產(chǎn)設備起到了一定的保護作用，使其破壞程度得到有效降低，保障系統(tǒng)運行更加安全可靠。

順序控制：對系統(tǒng)的程序與運行條件進行提前設定，在滿足預設好的運行條件與運行程序后，系統(tǒng)將會自動操作設備，確保系統(tǒng)運行的準確性，并且從根本上降低了人力操作。

自動控制：也被稱之為自動調節(jié)，功能在于如果出現(xiàn)生產(chǎn)過程脫離所設計好的程序后，系統(tǒng)將會自動對運行情況進行調整。

火電廠自動控制系統(tǒng)比較復雜，并且需要龐大的數(shù)據(jù)支撐，想要實現(xiàn)同步控制主機與輔助設備，所使用的控制方式也有一定的差異，并且系統(tǒng)的內(nèi)容與結構也不盡相同。因此需要具體分析與研究控制系統(tǒng)各個模塊的組成，從而實現(xiàn)單獨控制的目的。

4 火電廠DCS自動化控制設備的應用

4.1 安裝環(huán)境的選取

對DCS安裝環(huán)境的科學控制，是火電廠實現(xiàn)自動化控制的先要條件，因設備使用周期會受到安裝環(huán)境的影響，設備是否運轉良好以及發(fā)揮情況如何，將受環(huán)境的直接影響。如果安裝環(huán)境不能達到標準，DCS自動化控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障的頻率就更高，影響火電廠的發(fā)電效率，所以，在進行安裝過程中，DCS設備一定要確保其安全與穩(wěn)定性，安裝環(huán)境顯得尤為重要。

我國大多數(shù)的火電廠都為原料導向型，也就是說與原材料產(chǎn)地比較近，設備的運轉過程中，會受到火電廠生產(chǎn)環(huán)境的影響，同時，DCS自動化控制系統(tǒng)與相關設備的安全與穩(wěn)定行都會受到一定的影響。因此，在進行安裝過程中，在安裝環(huán)境的選擇方面，應盡量做到科學合理，還需要對安裝環(huán)境進行必要的優(yōu)化與完善。具體為，在安裝設計前，應根據(jù)環(huán)境中的土建工作進行合理規(guī)劃，以保證土建與環(huán)境相協(xié)調，確保相關的土建工作以及廠房的建設已經(jīng)完成，方可進行設備的安裝。對自動化控制設備進行安裝的過程中，由于空氣中可能有粉塵的存在，其將對設備信號產(chǎn)生干擾，需要對空氣中出現(xiàn)的粉塵進行有效處理，盡量將粉塵含量降至最低。在相關的實踐可以看出，如果設備的安裝與土建工程同時進行，雖然縮短了施工工期，但是，設備運行的故障將會更多，對火電廠的安全性造成一定的影響，并且大大縮短了設備的壽命周期。在安裝DCS設備時可以憑借越來越高新的除塵技術，將空氣中的粉塵對設備的干擾降到最低。最后，在進行安裝工作中，還要合理選擇安裝的位置，防止因位置原因而干擾設備的正常運轉。

4.2 硬件環(huán)境安裝的選擇

DCS自動化控制系統(tǒng)具有較強的綜合性，因此在進行安裝與調試過程中，其硬件的選擇是非常重要的，這是確保具有較強的信息化與智能化的前提。因所需的硬件需要完全匹配于系統(tǒng)中，所以涉及到的電子設備要求精密度比較高，并且在應用環(huán)境中也要求達到一定的標準。強磁場、環(huán)境的濕度與溫度也會影響DCS控制系統(tǒng)，并且會對系統(tǒng)的使用壽命造成嚴重的影響，降低系統(tǒng)運行的效率。綜合以上因素，在安裝系統(tǒng)過程中，應該選擇防潮除塵的環(huán)境，還要求在50m范圍內(nèi)不得安裝具有較強電磁設備的位置，防止因強電磁對系統(tǒng)運行造成不良影響。完成硬件安裝工作后，對設備的各個部分進行調試，確保后期設備運轉更加流暢，進而實現(xiàn)系統(tǒng)間自動化控制。

4.3 順序控制系統(tǒng)

操作系統(tǒng)的程序通過順序控制得到了一定的簡化，運行人員在進行操作時，不需要浪費太多的時間，就可以通過對幾個按鈕，甚至一個按鈕，來實現(xiàn)整個系統(tǒng)的運行或者停止。在條件滿足運轉的情況下，通過系統(tǒng)的自動化判斷，對系統(tǒng)實現(xiàn)自動啟停與轉換的操作，操作人員通過簡單的按鈕就可以實現(xiàn)控制與轉換，并且對系統(tǒng)顯示信息進行選擇，比如故障或者報警信息；程序自檢，可以實現(xiàn)在一定時期內(nèi)對程序進行自動檢測，判斷其當前狀態(tài)的正確與否；程序保護，在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，可以實現(xiàn)自動中斷功能，并且在系統(tǒng)恢復正常后，可實現(xiàn)系統(tǒng)的自動恢復（見圖3）。

圖3 火電廠順序控制系統(tǒng)流程圖

4.4 電纜敷設

由于DCS自動控制系統(tǒng)運行功率較高，所以加重了電纜的載荷，所以，在系統(tǒng)安裝前，需要對電纜方面進行高度關注，確保所設計與敷設的電纜確保日后自動化控制系統(tǒng)高效運行。首先，應該對是否為系統(tǒng)屏蔽信號進行判斷，確保DCS系統(tǒng)信號源不被無信號源干擾。其次，對電纜進行敷設時，應確保一致性，對強電纜與弱電纜進行有效區(qū)分，在進行敷設時也要分開實施，防止二者之間出現(xiàn)交叉搭設而造成不良后果的情況發(fā)生。最后，在對電纜進行敷設時，應按照由強到弱的順序進行，即使磁場環(huán)境不是較強，也要確保導線具有良好的絕緣效果，連接處不得涉及潮濕與遇水的情況。

4.5 對接地的要求

接地在火電廠DCS系統(tǒng)運行中起到了極其重要的作用，因此應確保接地規(guī)范，結合大地零基準帶壓點與設備的實際情況，正確選擇接地模式。因DCS控制系統(tǒng)在運行中的電流較大，所以在接地過程中需要單獨使用，這樣系統(tǒng)就會更加獨立，電流在進行傳導過程中的速度就會更快，防止了電流載荷較大的情況，從而有效將風險予以降低。將接地系統(tǒng)單獨進行，在連接過程中，可有效實現(xiàn)屏蔽的情況，從而對DCS系統(tǒng)起到保護作用，在對干擾信號進行屏蔽以及抵抗的能力方面能夠得到有效提升，從而確保系統(tǒng)安全與穩(wěn)定的運行。

5 DCS自動控制系統(tǒng)的未來展望

在科技的不斷進步下，新產(chǎn)品層出不窮，軟件的功能也出現(xiàn)日新月異的變化，其表現(xiàn)得更加靈活而且更加強大，因此在工業(yè)自動化的背景下，DCS需要進行不斷升級與完善，并且其不斷向各個行業(yè)進行擴大，因此，設計方案與系統(tǒng)的功能就會受到越來越高的要求，使其更具優(yōu)勢，在各個行業(yè)的廣大用戶的不同需求下，變得更加專業(yè)。這樣成為日后DCS廠家的發(fā)展方向與競爭目標，此外，也是其從中獲利的主要動力。

6 結語

在不斷的發(fā)展與優(yōu)化下，DCS系統(tǒng)在結構與功能方面越來越完善，但是后期隨著科技的進步與生產(chǎn)的需求，DCS還要不斷進步，從而成為火電廠自動化控制系統(tǒng)中的核心。