電廠DCS集散控制系統的設計及應用

李少毅

摘 要： DCS系統其實是計算機控制系統，隨著計算機可靠性和運算速度大大提高，網絡技術逐漸成熟，DCS集散控制系統已經成為一種控制功能分散、操作管理集中，既能解決復雜的過程控制，提高自動化水平，又集系統分析和管理功能的控制模式。本文主要是對電廠DCS集散控制系統的設計及應用進行分析和說明。

關鍵詞： 電廠；DCS集散控制系統；設計；應用

1、DCS集散控制系統概述

DCS集散控制系統其實又被稱為分布式控制系統，主要是對生產過程進行集中管理和分散控制的一種計算機系統。DCS集散控制系統的發展主要是隨著現代社會科學技術的發展以及工業自動化水平的不斷進步、過程控制的不斷復雜而逐漸產生的。在DCS集散控制系統出現之前，控制系統的發展主要是經歷了數據采集系統、數字控制系統等階段，DCS集散控制系統與這些系統相比是具有較大的優勢的，如DCS集散控制系統的集中管理，控制功能分散，具有靈活性、可拓展性和可靠性，良好的人機交互能力等。隨著我國對DCS集散控制系統的研究和發展以及對國外相關技術的吸收，再進行改進，加上科學技術和計算機技術、通訊技術以及控制技術的不斷發展，我國集散控制系統的發展已經比較成熟，得到廣泛的應用，技術已接近國際水平。

2、電廠DCS集散控制系統的設計

（1）點火系統的程序設計

現在燃煤電廠普遍采用等離子技術完成鍋爐點火，而代替傳統的燃油點火來節省成本。而且等離子技術成熟可靠。但在實際使用時，點火程序的設計變得尤為重要。我們在對等離子系統設計的時候，主要是包括以下的幾個方面：

等離子點火系統控制流程如下：鍋爐具備點火條件后，控制等離子點火頭推進鍋爐燃燒器，配合磨煤機和一次風系統的投入，加高電壓至等離子點火頭，使產生高溫電弧，從而使高溫煤粉燃燒起來。簡單的一個系統，包括了程序控制、協調控制、各種保護等。在DCS系統就能實現所有功能的設計和試驗：程序控制里需滿足等離子點火頭的進退以及升電壓、引弧等步驟，完全有DCS的程控模塊發出指令和接受反饋；協調控制就需與磨煤機系統、一次風系統協調控制，做到等離子點火的最優化；保護功能能確保有危險信號，如點火失敗、滅火時，退出系統以保護爐膛的安全等等，通過DCS系統，都能完美的實現，并能在監視屏幕上監控整個點火過程。

（2）爐膛壓力控制系統的優化設計。

我們對爐膛壓力控制系統進行優化，以華能濟寧電廠為例來進行說明，華能濟寧電廠所采用的爐膛壓力控制系統運行主要就是通過調整雙速離心式引風機入口擋板的開度，來達到平衡引風量和送風量的，并且在爐膛壓力規定的上下限內來實現調節的功能。根據反饋的回路的總風量來刀刀鍋爐鼓風機的目的，鼓風機轉子打開指令通過處理后導入阻尼前饋信號引風機、引風機反饋控制循環使用可變比例控制，增益的強度如上圖所示。

我們利用DCS集散控制系統進行設計，主要是在之前的基礎之上增加引風機反饋回路中的變比例這一應用，而且還要進行相關的動態調試，并對相關的回路數的數據進行整定。如爐膛壓力控制回路如上圖所示。

我們將三個爐膛壓力中的中間測量值來作為最終的測量值，而且還利用調整引風機的入口擋板的開度來將爐膛壓力的設定值維持在規定的上下限內。在對主控的PID參數進行整定是要利用變比例控制，積分時間為118秒，這樣主要是為了防止在爐膛的壓力設定值與實際值之間出現較大的差距時，系統的穩定性下降。

（3）電氣設備的更新設計

電氣設備的更新設計主要是擴展DCS控制柜，電氣公用的部分和機組部分分別由一組冗余控制器來進行操作控制。其次是將汽輪機交流和直流油泵的啟動、停止控制都要設計到DCS集散控制系統中，與此同時不取消硬手操作設備。將柴油發電機的啟動、停止按鍵、儀表、報警信息接入集散控制系統，同時在控制盤上加設一對啟動、停止按鍵將，110V、220V直流系統的儀表、報警信息接入集散控制系統。最后將全部的開關的斷開、閉合、狀態顯示燈、電氣系統的報警光字牌等信號接入DCS集散控制系統，實現機、爐、電的協調控制。

3、電廠DCS集散控制系統的應用

電廠DCS集散控制系統的應用其實是電廠管理水平的整體體現，主要是表現在以下幾個方面：

（1）所有單元機組的DCS控制一體化應用。

所有單元機組控制應用同一套DCS系統，形成一個統一的整體，發揮DCS系統的穩定性，自動化程度高等優點，集中控制，可以減少運行人員的人數和勞動量，制定靈活的值班制度，也可以實現單元機組共用輔助系統，靈活改變運行方式。

（2）爐機電整體控制。

通過接入鍋爐、汽機、發電機、輔助系統的信號，運用DCS靈活的網絡結構，可以把整個發電工藝的運行和控制狀況集中監視和控制，通過高度自動化控制模塊、精準的邏輯判斷和計算能力、高可靠性和人性化的組態界面，能充分的將整個工藝系統進行協調控制，能大大提高機組的效率和經濟性，不斷進行數據分析和優化，全面實現機組的運行和維護管理。

（3）發電廠管理的應用。

DCS系統是一個發電機組運行狀況的一個巨大的實時數據庫，所有機組的運行狀況既有實時數據，也有歷史數據。這些數據經過統計和處理，能對整個電廠的管理，包括電廠的發電成本的計算、物資采購的計劃、發電計劃的安排、狀態檢修計劃、人員配置、績效考核等等，都能通過DCS上傳的數據實現。

（4）節約電纜，但效果不明顯。

現在我國DCS集散控制系統所使用的設備器件價格較高，需要防塵和保持溫度、濕度，所以這就在一定的程度上阻礙了DCS集散控制系統的應用，因為DCS系統的一些主要設備是需要設置在條件比較好的電子室，每個現場信號需要通過電纜連接到電子室的，雖然是通過電纜來進行連接，但是與傳統的儀表控制系統進行比較就會發現所用的電纜是大大減少的，比較節約電纜，但是效益是有限的。隨著通訊技術的發展和成熟，DCS系統現場總線的方式也逐步進入市場應用，當所有現場設備都具備通訊模式時，一定數量的信號只要通過一根通訊電纜就能上傳到DCS，實現節約電纜的最大化。

4、結束語

本文主要是對電廠DCS集散控制系統的設計和應用進行了分析與研究，并通過三個方面來進行闡述，首先是對集散控制系統進行了概述，其次是對電廠DCS集散控制系統的設計進行分析，最后闡述了電廠DCS集散控制系統的應用，希望通過本文法闡述可以提供一些借鑒作用。■

參考文獻

[1]陳亞鵬；集散控制系統在電廠中的應用研究[D]；華北電力大學（北京）；碩士學位論文；2016.

[2]張輝、孫巖；電廠集散控制系統應用分析[J]；科技視界；2014（02）.