淺談DCS系統在火電廠電氣控制方面的應用

陳金偉，田忠玉，張宇翼

中國華能集團有限公司，北京 100031

0 引言

隨著通信技術及技術機技術的發展以及大型火電廠對管理及控制的要求的不斷提高，電力控制系統已經集中式的系統向開放式系統發展。集中式的系統在現場設備不斷增加的情況下，缺點就明顯的表露出來，如布線非常復雜、大幅提高成本、擴展性差、易受干擾等。但通過DCS系統對火電廠電力系統的控制，大幅度提高了電廠的安全運行系數，給火電廠創造了巨大的經濟財富。在我國，目前超過300MW的機組都使用了DCS來控制單元控制室管轄的機爐，所以在應用與運行方面，我國已經形成了堅實的基礎及豐富的實踐經驗。

1 DCS系統論述

1.1 DCS在電力系統的作用

（1）完善和提高電氣系統的運行監控能力和水平，整臺發電機組都采用現代化工具和手段實現高水平和完善的監控，更有利于實現整個發電機組的綜合自動化，提高管理水平。目前，電氣系統重要的運行參數和狀態顯示及操作已進入DCS，實現了DCS對電氣系統的監視與控制，很好地實現了整個機組（機、爐、電）的綜合自動化和廠級運行管理。

（2）提高電氣控制的可靠性。一是由于DCS自身具有很高的可靠性，而且可以通過配置冗余等形式的控制系統替代原有的固態邏輯和繼電器，提高控制的可靠性;二是可以省去大量操作終端，避免如硬接線、開關、按鈕等引起的故障;三是由于內部構成大量的聯動邏輯，設置了操作閉鎖和操作準許檢查邏輯，減少了人為誤操作的可能性。

（3）DCS控制系統的系統邏輯在計算機內部的控制運行和過程可靠性相對比較要高，為整個電氣控制系統提供保證了該系統控制運行的邏輯方式也可以說通過采用控制的冗余聯動邏輯形式來進行控制實現，避免了由以往系統冗余動作過多，所產生導致的系統終端的操作控制損失概率上的明顯降低，真正實現了操作的集中控制。

1.2 DCS系統在火電廠電氣控制對象

（1）機變系統：發電機主變油溫，發變組出口斷路器，無功功率，有功功率，功率因數，負序電流，中性點電流，定子電壓、電流，頻率，氫氣純度和露點，主變繞組溫度，機變系統異常告警和故障，自動同期裝置。

（2）發電機勵磁系統：電壓、勵磁電流、變壓器繞組溫度。

（3）直流系統：電流、電壓，直流系統故障和異常告警，直流通信通道。

（4）UPS不間斷電源及保安系統：UPS母線上電壓，保安段母線電壓。

（5）廠用電源快切裝置：快切故障和異常告警，快切開關電流、電壓。

（6）6KV母線工作及備用進線斷路器：斷路器電流、電壓，斷路器分合狀態。

（7）6KV母線各個機爐負荷斷路器：斷路器電流、電壓，斷路器分合狀態。

（8）6Kv母線各個變壓器(如低壓變，公用變，除塵變。輸煤變)高壓側斷路器：斷路器分合狀態，斷路器電壓、電流。

1.3 電氣控制系統與DCS關系

目前，許多大火電廠主要電氣控制系統設備的所有重要設備運行系統參數設定和報警狀態記錄已經可以進入計算機或DCS控制系統，可真正做到CRT屏幕自動提示、報警、記錄自動打印記錄和報警輸出，已建立完成了控制四個大型電氣系統安全運行參數的一套基本安全操作系統。然而，許多單元操作儀表參數或被檢查元件數量上，仍多采用模擬儀表或數字儀表和信號燈等顯示方式托盤，使系統的能夠和運行時間依賴性還不強，因此，接入DCS監控系統實際上是系統為了全面提高整體運行與監控系統能力，使系統之運行成為了一個整體來實現全面準確掌握對系統各系統單元操作的綜合操作，彌補了對傳統的電氣系統需要由專人負責操作系統的不足的認識不足，使整體運行的及時感增強，誤差感減少，DCS系統自動連續運行可靠才能可靠性得到最大保證首先，DCS自動化系統控制器本身必須具有相對很高水平的安全可靠性，可以考慮配置冗余控制系統該控制器系統取代使用了許多原有控制器的固態邏輯器件和可編程繼電器，提高保證了控制器系統持續運行工作的高可靠性。

2 DCS控制系統的基本結構

2.1 數據通信網絡

DCS使用的現場數據傳輸通信網絡是建立一個現場實時網絡，即根據需要或者根據現場網絡環境的現場實時性要求而進行實時現場的通信。在所規定好的工作時間周期內自動完成實時信息資料的自動傳輸。現場的I/O網絡控制生產現場站、操作員站、工程師站三者通過現場數據實時通信的網絡來相互建立連接聯系和及時交換數據信息。工作系統的其他各個工作方面，共同用來完成一個DCS網絡系統的所有整體功能。根據網絡拓撲。有星型，公共汽車型和環型三種。 目前，分散控制系統主要采用環路和總線網絡，兩種模式。任意相鄰的任何兩個傳輸通信節點與其連接端口之間要進行的信息傳輸及通信交換，均可以通過彼此直接與其相連端口的該兩個節點互相連接，并相互通過一個消息網絡相連而進行，即都是所有連接的兩節點間，均要共享并有其相同的數量的信息傳輸和通信接口質量。為了要便于用戶實現對傳輸的信息媒體資源數據的及時有效地共享，實現用戶對通過多節絡點進行共同實時傳輸信息的輸入和信息資源數據的實時傳輸的請求，也是必須并且要求數據傳輸是分時地進行傳輸的，避免數據在實時使用時和消息網絡連接傳輸上而造成數據的信息交叉與沖突。DCS控制系統的應用現場自動化和工業I/O集中控制站自動化，都是一種面向受控過程的控制生產和活動全過程的信息化的過程。現場總線完成I/O總線連接的處理，實現能夠直接訪問數據存儲器的DDC（Value control）網絡節點。它可實現的一個最基本的功能是有了以下幾個最主要的方面，即流量、壓力、電平、溫度、電流、電壓、功率和各種狀態數量等，并可同時將以上所有的這些狀態數量都存儲在整個系統內存中，使Form～1與現場的總處理量一致[3]。

2.2 操作員站

操作臺主要面向系統操作工，用其移動來處理系統一切的各種與系統HMI功能直接相關聯的網絡節點上的各種線路運行操作。它具有的一種主要使用的功能主要是用來為整個系統所有的網絡操作管理人員提供一種人機界面。操作者隨時可直接通過網絡操作管理站，及時地了解網絡現場各項操作運行情況進行狀態、各種系統運行管理參數的當前值、異常的工作情況的發生了等。并能夠通過計算機輸入設備對進入生產過程了解，及時進行生產線自動控制操作和參數調整，確保進入生產作業過程系統的整體安全性和高可靠性，做到高效率，高品質。操作臺的設計主要針對人機界面設備的輸入以及計算機輸入和系統輸出設計工作中存在的一些協調和解決問題。我們的輸出方面一般是彩色CRT，在計算機上的輸入設備方面通常是通過：工作控制器和光標的控制指示裝置（鼠標或軌跡球）組成。除了人機界面功能外，操作臺上還必須具有日歷功能及歷史趨勢數據處理的功能，主要可用于快速生成運行的報表和繪制歷史趨勢曲線，直接決定相關控制的部門到了后期的運行的狀態，所以我們在整個設計制造階段，應該去全面系統地考慮下這個核心問題[4]。為了過渡到設計的階段，基本都是首先由熱電氣專業人員列出，然后再由熱電控制的專業裝置，本設計在實際應用中提高了系統性能性能不夠全面，影響系統的實際運行。為了達到使整個系統都能夠較快能適應于實際的演出的要求戲劇系統在最初設計的階段，應由有兩名和以上知識的相關專業人員負責進行設計工作。為了快速完成整套系統，容量、大小和功能的合理分配，計算應該盡可能詳細對于有實際工作的抱負者要對系統DCS的總量進行做了比較詳細的計算，對于其在戲劇實際應用中的實際應用還要做好在國際舞臺操作演示中所需要的展示系統的各種功能，以及計算機軟硬件的配置要求等才能能夠確保戲劇系統正常的和高效運行。電氣系統控制各功能系統的空間分布。在一些實際復雜的電氣操作與操作裝置中，由于這些系統運行的各種控制的方法，各種功能參數系統的工作邏輯要求和功能設置方式，都是必須經過系統科學分析計算的，還需要預先加以調整修正得經過長期反復地試驗，系統復雜的控制運行邏輯模式一旦初步形成，長期不工作將再次改變。如果要想改變控制系統中的其他任何控制邏輯，首先需要先進入工控站再進行碼表傳輸，且目前由于很多DCS工控系統本身不具備數據在線自動傳輸控制功能等，所以數據在自動傳輸控制過程中，可能會由此導致很多其他工控程序產生誤操作，也因此，在電氣自動化控制功能模塊的數據分配使用過程中也一定要多注意避免這一現象。

3 火電廠中分散控制系統的應用

3.1 自動信號系統的應用

該自動信號系統能用于連續或定時連續采集傳輸信息，并實時自動采集處理的所有重要的以及與反映整個機組工況和有關的信息，相關的所有的重要設備的觀測點信號及各相關設備狀態信號。以便控制系統能夠及時和準確地向各系統，各運行單元調度管理人員提供系統設備有關的工況變化的動態信息，實現統全機纖維的安全與有效地經濟的穩定連續運行，它提供系統中的以下各種具體的業務功能：系統操作運行參數狀態顯示、成組信號顯示、俸狀圖動態信息狀態顯示、報警系統狀態的顯示等功能等[5]。

3.2 DCS功能覆蓋一體化的應用

目前，許多大火電廠主要電氣控制系統設備的重要設備運行系統參數設定和報警狀態記錄，已經可以進入計算機或DCS控制系統，可真正做到CRT屏幕自動提示、報警、記錄自動打印記錄和報警輸出，建立完成了控制四個大型電氣系統安全運行參數的一套基本安全操作系統。然而，許多單元操作儀表參數或被檢查元件數量上仍多采用模擬儀表或數字儀表和信號燈等顯示方式托盤，使系統的能夠和運行時間依賴性還不甚強，因此，接入DCS監控系統實際上是系統為了全面提高整體運行與監控系統能力，使系統之運行成為了一個整體來實現全面的綜合操作系統，彌補了對傳統的電氣系統不足，使整體運行的及時感增強，誤差感減少，DCS系統自動連續運行可靠性得到最大保證首先，DCS自動化系統控制器本身必須具有相對很高水平的安全可靠性，可以考慮配置冗余控制系統該控制器系統取代使用了許多原有控制器，提高保證了控制器系統持續運行工作的高可靠性。此外，由于許多故障操作終端都可以自動省略，可以自動通過硬件接線、開關、按鈕等方式移除人為操作故障而使整個系統正常運行而更加靈活穩定和安全。 您也還可以直接在系統內自動設置相關的檢查邏輯，使人為錯誤操作大大得到減少，從而大幅提高了整個系統可靠性的高。DCS的系統的應用方案的綜合開放性能力和整體靈活性均非常地高，因此，對于整個的電氣系統來說都是可以實時掌握整個系統的狀態運行過程和進行監控，實現對整個機組運行的跟蹤聯動一個終端就能把對整個系統運行的操作人變成了一個主人，這樣對于整個的DCS的系統也就基本可以說實現到了可以完全地集中操作。

3.3 實現輔機DCS應用

DCS控制器在近年來我國大中型火電廠主機控制系統生產中已經得到了較為廣泛和應用，達到了多項國際同類先進控制水平。但各種輔助系統的控制手段不同，根據全國目前的各主要電廠各自配置各自的相應輔助的系統與控制輔助設備，一些較為主要電廠的大型輔助自動化系統，如鍋爐灰、渣、煤、化學水處理控制系統多由一臺PLC系統和一套上位機組配置成，另一些規模相對較小電廠的自動控制系統雖然近年來也有逐漸多采用了小型的PLC控制器進行自動控制，但由于在操作技術方法和組織管理技術上還是存在以下許多具體問題：分散運行的各控制室不容易組織管理；每個工業控制系統必須使用許多不同功能的輔助硬件設施和管理軟件。備品備件的管理、人員技能培訓周期長和設備維護相對困難[6]。但現在如果計算機能完全實現對輔助系統設備的全程DCS遠程控制，就能輕松解決掉這些現實問題。隨著當前DCS、網絡、計算機、大屏幕顯示和數字PLC可編程控制設備技術等的運用日益趨向成熟。

4 結語

本文經過一系列嚴格深入的實地調研，對整套DCS控制系統設備的安裝應用維護全工作過程進行了詳細的測試分析，從而進一步使該系統產品的質量可靠性水平得到有效提高，使得在各種電氣控制系統產品中控制系統的綜合應用技術更加科學，大大提高了現場電氣智能控制裝置綜合運行監督控制的能力等級和精度水平，使整個電氣系統安全運行的可靠性能力和設備安全性水平能夠真正得到有力保證。在如此激烈復雜的勞動力市場競爭中，要想盡快提高勞動力企業生產的運行效率，就必須首先保證法律制度體系相對良好的穩定運行狀態，對于促進火電廠的發展和能源的可持續利用也有很大的作用。