電廠熱工控制DCS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究

艾 磊

神華陜西國(guó)華錦界能源有限責(zé)任公司，陜西榆林 719319

DCS系統(tǒng)是在對(duì)計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)的研究基礎(chǔ)上發(fā)展、演變起來的，是把局域網(wǎng)變成一個(gè)實(shí)時(shí)性、可靠性要求很高的網(wǎng)絡(luò)型控制系統(tǒng)。相對(duì)于集中控制系統(tǒng)而言，DCS系統(tǒng)為分散控制系統(tǒng)。作為電廠中樞神經(jīng)的DCS系統(tǒng)直接關(guān)系到整個(gè)機(jī)組試運(yùn)能否順利完成以及投運(yùn)后的正常運(yùn)作，因此在對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要著重考慮其系統(tǒng)功能上的設(shè)計(jì)。

1 我國(guó)電廠DCS系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

DCS系統(tǒng)已在我國(guó)電廠中廣泛運(yùn)用了十多年，機(jī)組主要的熱工自動(dòng)化系統(tǒng)也宜采用分散控制系統(tǒng)。目前，我國(guó)電廠中幾乎所有的機(jī)組都采用了DCS系統(tǒng)，其功能主要包括數(shù)據(jù)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(jiān)控功能。對(duì)于機(jī)組部分試運(yùn)行和整機(jī)啟動(dòng)調(diào)試過程中，DCS的能動(dòng)作用加速了機(jī)組安裝調(diào)試的進(jìn)程；而且機(jī)組正式移交生產(chǎn)時(shí)，保護(hù)和控制系統(tǒng)的主要功能的投入使用，確保機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)的運(yùn)作。

隨著我國(guó)科技技術(shù)的不斷提高，已經(jīng)能夠獨(dú)立承擔(dān)DCS系統(tǒng)組態(tài)及應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和相關(guān)的培訓(xùn)工作，開始改變完全依賴國(guó)外進(jìn)口的局勢(shì)。但是，對(duì)于當(dāng)前我國(guó)DCS系統(tǒng)運(yùn)行和維護(hù)工作量較大的問題，在對(duì)其進(jìn)行實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)需要加強(qiáng)系統(tǒng)功能性的設(shè)計(jì)，以提高系統(tǒng)運(yùn)行的工作效率。

2 我國(guó)電廠熱工控制的現(xiàn)狀分析

以自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的角度來看，我國(guó)電廠熱工控制的現(xiàn)實(shí)情況具體表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面。

1）機(jī)組監(jiān)控的相關(guān)軟件來源于國(guó)外進(jìn)口。由于國(guó)外的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)展成熟，各種儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行的可靠性強(qiáng)，各種設(shè)計(jì)參數(shù)合理，致使國(guó)內(nèi)的機(jī)組、DCS系統(tǒng)等相關(guān)軟件都采用進(jìn)口的知名設(shè)備；

2）DCS系統(tǒng)程序的編制由國(guó)內(nèi)自己執(zhí)行。雖然在系統(tǒng)程序的編制工作上，采用國(guó)內(nèi)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)程序編制的專業(yè)人士，但是在其系統(tǒng)編程和調(diào)試階段，在其技術(shù)上無法做到相應(yīng)精細(xì)程度，從而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作存在一些問題。

3 電廠DCS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)分析

DCS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)是整個(gè)DCS系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和核心，對(duì)DCS整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、可靠性及擴(kuò)充性起著決定性的作用。

由于系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性是衡量系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)性能的指標(biāo)，因此，DCS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)必須滿足實(shí)時(shí)性的要求，即在確定的時(shí)間限度內(nèi)完成信息的傳送。

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)還必須具有良好的可靠性，保證網(wǎng)絡(luò)通信一直處于良好的聯(lián)通狀態(tài)，可以通過采用雙總線、環(huán)形或雙重星形的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。

4 電廠DCS系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)研究

根據(jù)我國(guó)當(dāng)前電廠DCS系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r，結(jié)合電廠的現(xiàn)實(shí)情況，對(duì)電廠DCS系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)主要包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）、模擬量控制系統(tǒng)（MCS）、順序控制系統(tǒng)（SCS）、數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)（DEH）和鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)（FSSS）。

4.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）又被稱為計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，其基本功能就是對(duì)機(jī)組整個(gè)生產(chǎn)過程的參數(shù)進(jìn)行在線檢測(cè)，經(jīng)過相關(guān)的處理運(yùn)算后以CRT的畫面形式提供給操作員。在此系統(tǒng)中，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警、制表打印和性能指標(biāo)的計(jì)算等功能，以提高操作員實(shí)際操作的準(zhǔn)確性。

4.2 模擬量控制系統(tǒng)（MCS）

模擬量控制系統(tǒng)（MCS）是將汽輪發(fā)電機(jī)組的鍋爐和汽機(jī)當(dāng)作一個(gè)整體來進(jìn)行控制，分為爐側(cè)、機(jī)側(cè)模擬量控制系統(tǒng)兩部分。其中，爐側(cè)MCS系統(tǒng)包含了幾個(gè)重要調(diào)節(jié)系統(tǒng),機(jī)爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)、汽溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)、送、引風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)、啟動(dòng)分離器儲(chǔ)水箱水位控制系統(tǒng)及蒸汽溫度控制系統(tǒng)；而機(jī)側(cè)MCS系統(tǒng)除了鍋爐給水系統(tǒng)全程調(diào)節(jié)和除氧器水位調(diào)節(jié)是串級(jí)調(diào)節(jié)外，其它都是一些單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)，如除氧器壓力、水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)、凝汽器水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)和閉式水箱水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

MCS系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)生產(chǎn)過程中水、風(fēng)燃料等系統(tǒng)的主要過程中變量的閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)及整個(gè)單元制汽輪發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷控制任務(wù)。

4.3 順序控制系統(tǒng)（SCS）

順序控制系統(tǒng)（SCS）也稱程序控制，是將機(jī)組的部分操作按熱力系統(tǒng)（或輔助機(jī)械設(shè)備）劃分成若干個(gè)局部子系統(tǒng)，按照事先規(guī)定的順序，通過對(duì)各設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的邏輯判斷來發(fā)出操作指令，進(jìn)而對(duì)機(jī)組設(shè)備的各部分實(shí)施順序啟動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)順序控制的目的。其主要任務(wù)就是負(fù)責(zé)電廠廠房?jī)?nèi)主機(jī)或輔機(jī)的自動(dòng)啟停、參數(shù)監(jiān)視及聯(lián)鎖保護(hù)工作。

由于SCS系統(tǒng)中指令的優(yōu)先級(jí)是實(shí)行分層設(shè)計(jì)的，爐側(cè)順序控制的范圍包括：送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、爐膛吹灰系統(tǒng)等方面；機(jī)側(cè)順序控制系統(tǒng)的范圍包括：汽機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)、內(nèi)冷水系統(tǒng)、膠球清洗系統(tǒng)等方面。

雖然SCS系統(tǒng)是一個(gè)內(nèi)容龐雜而控制邏輯相對(duì)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，但聯(lián)鎖保護(hù)邏輯的設(shè)計(jì)作為其核心內(nèi)容，必須結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)的合理性不僅關(guān)系到輔機(jī)本身的安全，還關(guān)系到機(jī)、爐主設(shè)備的安全。

4.4 數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)（DEH）

數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)（DEH）是汽輪發(fā)電機(jī)組的重要組成部分，其主要作用是調(diào)節(jié)汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速、功率和控制汽輪機(jī)前的壓力，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)機(jī)組啟停過程和故障時(shí)的控制和保護(hù)功能。

4.5 鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)（FSSS）

鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)（FSSS）又稱為燃燒器管理系統(tǒng)（BMS），該系統(tǒng)能在鍋爐正常工作、啟停等各種運(yùn)行方式下，連續(xù)、密切的監(jiān)視大量燃燒系統(tǒng)的參數(shù)和狀態(tài)，通過不斷地進(jìn)行邏輯判斷與運(yùn)算，使得必要時(shí)發(fā)出動(dòng)作指令，結(jié)合各種順序控制和連鎖裝置的設(shè)計(jì)，使燃燒系統(tǒng)中的相關(guān)設(shè)備嚴(yán)格按照一定的邏輯順序進(jìn)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(tǒng)設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2007：26(12).

[2]孫星.分布式控制系統(tǒng)DCS研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2011(12).