基于DCS的大中型火電廠電氣控制系統的改造及應用

廖曉東++朱瀟宇

【摘 要】 隨著科學技術的發展，大中型火電廠的電氣控制系統也開始向著高度自動化的方向發展。就目前來看，越來越多的火電廠開始進行電氣控制系統的改造，從而通過將系統納入到DCS中提升系統自動控制水平。基于這種認識，本文對基于DCS的大中型火電廠電氣控制系統的改造及應用問題展開了探討，從而為關注這一話題的人們提供參考。

【關鍵詞】 DCS 大中型火電廠 電氣控制系統 改造

從系統層次結構和設備組成上來看，大中型火電廠的電氣控制系統與DCS系統擁有一定的相似性。但是，DCS控制系統能夠實現設備的自動調度和管理，所以擁有更多的應用優勢。因此，有必要通過將火電廠電氣控制系統納入DCS實現原有系統的改造，從而更好的促進火電事業的發展。

1 大中型火電廠的電氣控制系統分析

從結構組成上來看，大中型火電廠的電氣控制系統由發電機-變壓器組、廠用電和升壓站三個部分構成。按照層次結構劃分，可以將系統劃分為控制層、間隔層和通信層。其中，通信層負責實現控制層和間隔層的通信，為系統的網絡資源。而系統間隔層為現場設備裝置，控制層由各類監控站組成。目前，該系統仍然為采用常規方式或相對獨立方式運行的控制系統，無法實現一體化的控制管理，所以給火電廠爐、機、電的集中控制運行的實現帶來了阻礙。

2 基于DCS的大中型火電廠電氣控制系統的改造及應用

2.1 DCS的結構組成

所謂的DCS，其實就是分散控制系統的英文簡稱。從結構上來看，大中型火電廠的DCS由現場層、控制層和監控層組成，其中監控層和控制層的通信需要利用數據通信網絡實現，所以可以被稱之為網絡層。在系統控制方面，DCS具有良好的實時性和較高的運算速度，并且控制周期較短，能夠實現大型機組的爐、機、電的一體化和綜合自動化管理[1]。由于DCS與電氣控制系統的層次結果基本相同，使用的設備類型也較為接近，所以可以用于進行電氣控制系統改造。

2.2 電氣控制系統的改造

2.2.1 現場層的改造

在將電氣控制系統納入DCS時，可以直接將系統原有的現場設備當成是DCS現場層設備，從而實現現場層的改造。為進行各獨立裝置的管理，需要按照不同電壓等級進行現場設備的劃分，然后將各裝置動作信號和位置狀態等開關量當成是輸入量送至DCS系統。而采取硬接線方式進行各電氣設備和DCS系統的連接，并且使用電纜將設備電氣量信號傳送至系統I/O柜上，則可以利用DCS的控制命令進行現場所有電氣設備的運行控制。針對通信層單元，則需要采取高速現場總線或以太網通信接入DCS，然后由系統過程控制站與監控級通信。

2.2.2 控制層的改造

在進行系統控制層改造時，需要配置與其他過程控制單元相適應的控制柜，并且按照面向對象的方式將控制柜當成是該層級的電氣控制單元。在此基礎上，可以將原有電氣控制系統間隔層的智能前端二次設備當成是機柜內的主要設備，從而實現系統測試控制。考慮到電氣系統控制對數據采集和處理有著較高的要求，還要使用性能較高的主控單元進行控制器改造。

2.2.3 網絡層的改造

在原來的電氣控制系統中，存在有基于現場總線和基于快速以太網的通信網絡。而DCE系統為基于快速以太網的系統，所以可以直接進行基于快速以太網的通信網絡的移植，但是卻法無法進行基于現場總線的通信網絡的直接移植。針對該問題，還要使用網關進行通信協議的轉換。具體來講，就是為了實現保護設備與整個網絡系統接口能夠有效連接，需要將現場總線接口轉換為以太網接口，然后利用站內通信規約進行設備與接口通信的實現。利用該種網絡改造方式，不僅能夠實現系統通信，還能夠完成專用網關設備的開發。

2.2.4 監控層的改造

從監控設備組成上來看，電氣控制系統和DCS使用的主要監控設備為PC機。在進行監控層改造時，可以使用以太網接口進行設備連接，從而實現系統的移植和轉化。而在監控軟件改造方面，由于DCS中涵蓋原有電氣控制系統的面向邏輯控制的控制策略，并且兼有模擬量控制的功能塊圖，所以可以直接使用原有的軟件組態[2]。此外，也可以使用系統原有的人機界面軟件作為監控層人機界面。而采取該種方式進行系統監控層的改造和轉化，則能夠使系統改造得到一定程度的簡化。

2.3 改造后系統的應用

利用DCS完成系統改造后，系統將具有基于冗余技術的高可靠性，即系統每個層次都將配置必要的冗余。此外，改造后的系統還能夠實現機組自啟停過程的順序控制。具體來講，就是在機組正常啟動后，系統將利用DPU主控模件邏輯運算進行啟動是否位于控制層的判斷[3]。當發電機電壓達到一定值后，主控模塊將完成自動周期裝置的啟停狀態的判斷。當機組停機后，系統會將高壓廠用電切換到備用變壓器上，并直至機組負荷為零。而系統控制層根據控制邏輯可以進行控制指令的發出，從而使發電機滅磁。

3 結語

總之，將大中型火電廠的電氣控制系統納入到DCS中進行改造，將能實現爐、機、電的一體化控制，所以能夠使發電廠的自動控制水平得到提升，從而為發電廠帶來更多的經濟效益。因此，相信隨著相關技術的發展，基于DCS的電氣控制系統也將在火電廠中得到廣泛的應用。

參考文獻：

[1]于永杰，李康，徐磊.火電廠分布式控制系統（DCS）技改工程對電氣控制系統的影響[J].科技與企業，2012，19：327.

[2]陳珊珊.火電廠電氣控制與DCS系統探究分析[J].才智，2012，30：38.

[3]佘丹寧.火電廠ECS電氣監控系統納入DCS監控的應用分析[J].電氣傳動自動化，2013，03：39-43.