DCS在電力系統中的應用

郭啟山，王興全

青海金瑞礦業發展股份有限公司，青海 海西 817000

0 引言

DCS（分散控制系統，Distributed Control System）是在計算放大器的基礎上利用計算機的模擬運算功能代替原有的模擬計算而開發的控制系統。因綜合計算機、通訊、顯示和控制等技術而組成的一種多級計算機系統以其分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活和組態方便的獨特優勢在工業控制領域取得了廣泛的應用，特別是在電力系統應用的工業生產中[1]。

目前，DCS特別在300mw及以上容量組的電力系統的應用中發揮著主導優勢，在電力系統中，無論是其調度還是管理都需要強大的綜合管理和優化控制的功能。這些無不要求電力系統在運行過程中的安全可靠、實時有效和靈活組態、合理配置、保護措施完善，從這些要求來看，DCS控制系統能夠很好的滿足這些應用要求。因此，研究DCS在控制系統中的應用是非常必要的。

1 DCS控制系統

DCS系統結構主要分為四層結構，即管理層，系統控制層，現場控制層和設備層。

一般制造商生產出的DCS系統會提供除管理層外的其它三層的功能，而通過提供開放的數據庫接口連接如ERP、CRM、SCM等第三方管理軟件的管理層功能[2]，如圖1所示。

圖1 DCS系統示意圖

管理層主要設備有操作員站和工程師站，與分散性的控制系統交互信息的人機接口設備及監測系統中各部分的運行情況?？刂茖又饕邮宅F場設備發送過來的信號，按照設定的控制策略算出控制量并送回現場設備中?，F場設備層一般位于被控生產過程的附近，是將生產過程中的各種采集物理信號轉化為適合傳輸的電信號。

DCS系統集成了控制和管理功能，并且集成了信息管理功能。信息和集成描述了DCS系統正在發生的變化情況。操作員采集整個設備層的信息數據，這些數據可以以合適的方式在DCS系統中得到體現并幫助操作員清晰方便地幫助決策，得到需要的需求數據。DCS系統已不能完全體現在信息化的控制功能上，而充當了一個發揮信息管理功能的綜合信息管理平臺。提供整個工業系統工作過程中的信息通道，充分體現了系統的全面性、準確性、實時性和系統性的特點。DCS系統已集成了可編程邏輯控制器（PLC）、采集發送器（RTU）、FCS、回路調節器和各種采集或控制單元等。

2 DCS在電力系統應用功能分析

目前，大型的電力系統機組中大都選用DCS系統。DCS系統在電力系統中的應用中有悠久的歷史和廣泛的應用。

由于電力系統運行的特殊機理及在目前國民經濟發展中的特殊地位。需要一種可靠性的對于大容量、高參數的控制系統，DCS系統完成了這一系列功能，并在電力系統的控制系統的各個領域中得到廣泛應用，并且有著擴大的趨勢[3]。具體DCS系統在電力系統應用時的結構圖示如圖2所示。

圖2 DCS在電力系統應用圖示

在電力系統中，DCS系統應用時通過傳感器、變送器將處于設備層中的設備的狀態、電量和非電量信號等信息收集到服務器，上傳至管理層中的控制計算機上，然后按照預先設定的數學模型進行運算、判斷，最后向被控的設備發送控制命令。

DCS系統相當于一種計算機(或微機)控制系統，過程控制專家們利用計算機局域網的技術將局域網變為一個實時性和可靠性的運用于過程控制領域的網絡型控制系統。這樣的控制系統在電力系統中應用時主要帶來如下這些優勢[4]:

1）故障分散。DCS系統主要解決集中控制系統中故障集中的致命弱點。在實際電力系統中，DCS出現故障而導致的停運故障等時有發生，其微處理器或多功能控制器所承擔的控制任務從地域上越分散，越能做到故障分散，提高了可靠性；

2）降低成本。DCS系統的主要設備都是安裝在電子設備室中的，只有現場信號需通過電纜傳輸到電子設備室。這就減少了電纜的使用量，降低了安裝成本?？s小控制室尺寸或控制表盤的長度；

3）減少了體積和種類。DCS對于控制室的體積和表盤尺寸做到了大大的縮減，并且減少了控制系統所需設備的種類數量；

4）開放性。DCS采用軟硬件的開放模式及標準化、模塊化的設計方式，使其具有方便靈活的特點，可以適應不同的用戶需求；

5）協調性。DCS系統中的信息可以共享，采用統一管理、統一調度的模式，提高了工作的效率；

6）可靠性。DCS系統中采用一定的容錯機制，硬件采用雙重模式，軟件采用分段模塊化的設計思想。在工作過程中，如果某一單元出現故障，仍能夠保持整個系統的完整性，保證整個系統的可靠運行；

7）多功能性。DCS系統實現過程中提供實時參數和歷史數據信息的管理，提供性能計算，設備壽命計算等多種功能。

3 結論

綜上所述，DCS系統能夠解決電力系統工業生產中過程控制傳統的傳統儀表控制系統難以解決的問題。與傳統工業生產中儀表控制系統和計算機集成系統來說，DCS系統相對集中控制的計算機集成系統來說故障分散的，這在許多實際應用生產中具有獨特的優勢。當然，實際生產中可能還會存在一些實際問題，這需要研究者對于DCS系統進行不斷的研究和改進。

[1]陳俊林.計算機在火電廠中的應用[M].北京:中國電力出版社，1996.

[2]侯華發.DCS與PLC的區別及DCS在電力領域的應用[J].工程與建設，2006，20(1):79-80.

[3]常慧玲.現代工業過程控制系統——DCS和FCS[J].科技情報開發與經濟，2000(10).

[4]王錦標，方崇智.過程計算機控制[M].北京:清華大學出版社，1992.