電廠熱工控制DCS系統的設計與研究

艾 磊

神華陜西國華錦界能源有限責任公司，陜西榆林 719319

DCS系統是在對計算機局域網的研究基礎上發展、演變起來的，是把局域網變成一個實時性、可靠性要求很高的網絡型控制系統。相對于集中控制系統而言，DCS系統為分散控制系統。作為電廠中樞神經的DCS系統直接關系到整個機組試運能否順利完成以及投運后的正常運作，因此在對其進行設計時，需要著重考慮其系統功能上的設計。

1 我國電廠DCS系統的發展現狀

DCS系統已在我國電廠中廣泛運用了十多年，機組主要的熱工自動化系統也宜采用分散控制系統。目前，我國電廠中幾乎所有的機組都采用了DCS系統，其功能主要包括數據采集和處理功能、模擬量控制功能、順序控制功能和鍋爐爐膛安全監控功能。對于機組部分試運行和整機啟動調試過程中，DCS的能動作用加速了機組安裝調試的進程；而且機組正式移交生產時，保護和控制系統的主要功能的投入使用，確保機組的安全經濟的運作。

隨著我國科技技術的不斷提高，已經能夠獨立承擔DCS系統組態及應用軟件的設計、現場調試和相關的培訓工作，開始改變完全依賴國外進口的局勢。但是，對于當前我國DCS系統運行和維護工作量較大的問題，在對其進行實際設計時需要加強系統功能性的設計，以提高系統運行的工作效率。

2 我國電廠熱工控制的現狀分析

以自動調節系統的角度來看，我國電廠熱工控制的現實情況具體表現在以下兩個方面。

1）機組監控的相關軟件來源于國外進口。由于國外的自動調節系統發展成熟，各種儀表和執行機構運行的可靠性強，各種設計參數合理，致使國內的機組、DCS系統等相關軟件都采用進口的知名設備；

2）DCS系統程序的編制由國內自己執行。雖然在系統程序的編制工作上，采用國內自動調節系統程序編制的專業人士，但是在其系統編程和調試階段，在其技術上無法做到相應精細程度，從而導致整個系統的運作存在一些問題。

3 電廠DCS系統的網絡設計分析

DCS系統的網絡設計是整個DCS系統設計的基礎和核心，對DCS整個系統的實時性、可靠性及擴充性起著決定性的作用。

由于系統網絡的實時性是衡量系統網絡性能的指標，因此，DCS系統的網絡設計必須滿足實時性的要求，即在確定的時間限度內完成信息的傳送。

系統網絡的設計還必須具有良好的可靠性，保證網絡通信一直處于良好的聯通狀態，可以通過采用雙總線、環形或雙重星形的網絡拓撲結構來實現。

4 電廠DCS系統的功能設計研究

根據我國當前電廠DCS系統的發展狀況，結合電廠的現實情況，對電廠DCS系統的功能設計主要包括數據采集系統（DAS）、模擬量控制系統（MCS）、順序控制系統（SCS）、數字電液調節系統（DEH）和鍋爐爐膛安全監控系統（FSSS）。

4.1 數據采集系統（DAS）

數據采集系統（DAS）又被稱為計算機監控系統，其基本功能就是對機組整個生產過程的參數進行在線檢測，經過相關的處理運算后以CRT的畫面形式提供給操作員。在此系統中，可以實現自動報警、制表打印和性能指標的計算等功能，以提高操作員實際操作的準確性。

4.2 模擬量控制系統（MCS）

模擬量控制系統（MCS）是將汽輪發電機組的鍋爐和汽機當作一個整體來進行控制，分為爐側、機側模擬量控制系統兩部分。其中，爐側MCS系統包含了幾個重要調節系統,機爐協調控制系統、汽溫調節系統、送、引風調節系統、啟動分離器儲水箱水位控制系統及蒸汽溫度控制系統；而機側MCS系統除了鍋爐給水系統全程調節和除氧器水位調節是串級調節外，其它都是一些單回路調節系統，如除氧器壓力、水位調節系統、凝汽器水位調節系統和閉式水箱水位調節系統。

MCS系統主要負責生產過程中水、風燃料等系統的主要過程中變量的閉環自動調節及整個單元制汽輪發電機組的負荷控制任務。

4.3 順序控制系統（SCS）

順序控制系統（SCS）也稱程序控制，是將機組的部分操作按熱力系統（或輔助機械設備）劃分成若干個局部子系統，按照事先規定的順序，通過對各設備運行狀態的邏輯判斷來發出操作指令，進而對機組設備的各部分實施順序啟動，以實現順序控制的目的。其主要任務就是負責電廠廠房內主機或輔機的自動啟停、參數監視及聯鎖保護工作。

由于SCS系統中指令的優先級是實行分層設計的，爐側順序控制的范圍包括：送風機、引風機、爐膛吹灰系統等方面；機側順序控制系統的范圍包括：汽機潤滑油系統、內冷水系統、膠球清洗系統等方面。

雖然SCS系統是一個內容龐雜而控制邏輯相對簡單的系統，但聯鎖保護邏輯的設計作為其核心內容，必須結合現場設備的實際情況進行設計，其設計的合理性不僅關系到輔機本身的安全，還關系到機、爐主設備的安全。

4.4 數字電液調節系統（DEH）

數字電液調節系統（DEH）是汽輪發電機組的重要組成部分，其主要作用是調節汽輪機的轉速、功率和控制汽輪機前的壓力，同時還可以實現機組啟停過程和故障時的控制和保護功能。

4.5 鍋爐爐膛安全監控系統（FSSS）

鍋爐爐膛安全監控系統（FSSS）又稱為燃燒器管理系統（BMS），該系統能在鍋爐正常工作、啟停等各種運行方式下，連續、密切的監視大量燃燒系統的參數和狀態，通過不斷地進行邏輯判斷與運算，使得必要時發出動作指令，結合各種順序控制和連鎖裝置的設計，使燃燒系統中的相關設備嚴格按照一定的邏輯順序進行操作或處理未遂事故，以保證鍋爐的安全。

[1]劉景芝，孫偉.一電廠熱工控制DCS系統設計[J].自動化技術與應用，2007：26(12).

[2]孫星.分布式控制系統DCS研究[J].科技創新導報，2011(12).