ＤＣＳ在電氣系統控制中的應用

于壽龍

摘要：DCS是分散控制系統（Distributed Control System）的簡稱，國內一般習慣稱為集散控制系統。它是一個由過程控制級和過程監控級組成的以通信網絡為紐帶的多級計算機系統，綜合了計算機（Computer）、通訊（Communication）、顯示（CRT）和控制（Control）等4C技術，其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活、組態方便。

關鍵詞：DCS；控制系統

1 DCS具有以下特點：

1.1高可靠性

由于DCS將系統控制功能分散在各臺計算機上實現，系統結構采用容錯設計，因此某一臺計算機出現的故障不會導致系統其它功能的喪失。此外，由于系統中各臺計算機所承擔的任務比較單一，可以針對需要實現的功能采用具有特定結構和軟件的專用計算機，從而使系統中每臺計算機的可靠性也得到提高。

1.2開放性

DCS采用開放式、標準化、模塊化和系列化設計，系統中各臺計算機采用局域網方式通信，實現信息傳輸，當需要改變或擴充系統功能時，可將新增計算機方便地連入系統通信網絡或從網絡中卸下，幾乎不影響系統其他計算機的工作。

1.3靈活性

通過組態軟件根據不同的流程應用對象進行軟硬件組態，即確定測量與控制信號及相互間連接關系、從控制算法庫選擇適用的控制規律以及從圖形庫調用基本圖形組成所需的各種監控和報警畫面，從而方便地構成所需的控制系統。

1.4易于維護

功能單一的小型或微型專用計算機，具有維護簡單、方便的特點，當某一局部或某個計算機出現故障時，可以在不影響整個系統運行的情況下在線更換，迅速排除故障。

1.5協調性

各工作站之間通過通信網絡傳送各種數據，整個系統信息共享，協調工作，以完成控制系統的總體功能和優化處理。

1.6控制功能齊全

控制算法豐富，集連續控制、順序控制和批處理控制于一體，可實現串級、前饋、解耦、自適應和預測控制等先進控制，并可方便地加入所需的特殊控制算法。

DCS的構成方式十分靈活，可由專用的管理計算機站、操作員站、工程師站、記錄站、現場控制站和數據采集站等組成，也可由通用的服務器、工業控制計算機和可編程控制器構成。

處于底層的過程控制級一般由分散的現場控制站、數據采集站等就地實現數據采集和控制，并通過數據通信網絡傳送到生產監控級計算機。生產監控級對來自過程控制級的數據進行集中操作管理，如各種優化計算、統計報表、故障診斷、顯示報警等。隨著計算機技術的發展，DCS可以按照需要與更高性能的計算機設備通過網絡連接來實現更高級的集中管理功能，如計劃調度、倉儲管理、能源管理等。

2 電氣系統控制的特點

電氣系統與熱工自動化相比在控制要求及運行過程中有著很多不同點，電氣的主要特點表現為：

電氣設備相對熱工設備而言控制對象少，操作頻率低，有的系統或設備運行正常時，時常幾個月或更長時間才操作一次。

電氣設備保護自動裝置要求可靠性高，動作速度快。發變組保護動作速度要求在40ms以內；自動準同期采用同步電壓方式，轉速、電壓調整和滑壓控制要求在5ms以內；電壓自動調整裝置快速勵磁要求時間極短；廠用電快切裝置快速切換時間一般小于60～80ms，同步鑒定相位差5°～20°。

300MW及以上機組一般每2臺機組共用1臺起／備變，任一機組檢修都不能影響另1臺機組的正常運行，因此DCS控制應考慮其控制方式，確保只能有1臺機組的DCS實現對共用部分的控制，同時另一機組DCS能夠實現實時監視，并且這種操作控制權能實現切換。

電氣設備電氣系統的聯鎖邏輯較簡單，但電氣設備本身操作機構復雜。

因此，機組的電氣系統納入DCS控制，要求控制系統具有很高的可靠性。除了能實現正常起停和運行操作外，尤其要求能夠實現實時顯示異常運行和事故狀態下的各種數據和狀態，并提供相應的操作指導和應急處理措施，保證電氣系統自動控制在最安全合理的工況下工作。

3電氣系統納入DCS監控的范圍

根據單元機組的運行和電氣控制的特點，在工程的應用中采用將發電機-變壓器組和廠用電源等電氣系統的控制都納入DCS監控。

從升壓站(不包括升壓站)至電廠側的所有主廠房內電氣系統均納入DCS監控，主要系統歸納為：

發變組系統(不包括變壓器本身的通風系統)；

發電機勵磁系統；

高壓廠用電源系統(包括廠用電源正常切換)；

低壓廠用電源系統和400VPC；

高壓啟／備變電源系統(2臺機共用)；

柴油發電機組和保安電源(僅監視)；

直流系統和UPS系統(僅監視)；

自動同期系統；

廠用電快切系統。

電氣主要保護安全自動裝置因要求DCS實現其功能目前尚有一定的難度，并且要增加相當大的費用。原則上不要求通過DCS實現其功能，仍保留其裝置，但它們與DCS之間要有接口，常規方式采用硬接口。保留的保護自動專用裝置主要有如下：

發變組保護裝置；

自動準同期裝置(ASS)；

自動電壓調整裝置(AVR)；

廠用電快切裝置；

故障錄波裝置。

主廠房外輔助系統的電氣系統如輸煤、化水、制氫、電除塵等暫不納入DCS系統中。

4電氣系統納入DCS控制水平及技術要求

機組整套啟動時從鍋爐點火至發電機并網帶初始負荷夠實現全過程的自動程序控制。(當然可以設有限幾個斷點人工分析判斷決定后介入操作)，或機組停機時DCS能安全停機。

機組自啟停控制的要求是：

機組正常起動時，當發電機達到額定轉速時，DCS將投入AVR。當發電機電壓達到額定值時，DCS將投入同期裝置。發電機與電網的同期是由同期裝置自動實現，在同期過程中通過DCS控制AVR、DEH，當同期條件滿足時，向發電機斷路器發合閘指令。在同期合閘成功，發電機電負荷達到一定值之后，DCS將高壓廠用電系統快速從啟備變切換到高壓廠變上。

機組正常停機時，DCS控制降低機組負荷，當機組負荷降到某一定值時，DCS將高壓廠用電系統快速切換到啟／備變系統供電；當機組負荷繼續降到零，跳開主開關，聯跳汽輪機(主汽門關閉)，發電機滅磁。

對于廠用電源系統控制的要求是：

在機組啟動時通過啟／備變向廠用負荷供電；在機組正常用電時，由廠變供電并經低壓廠變向400VMCC低壓負荷供電以啟動機組所必需的輔機；在廠用電消失時，為了保護設備和系統的安全，廠用電快切裝置應快速將廠用工作負荷自動切換至啟／備變；當確認保安段母線失壓后，應啟動事故備用柴油機供電以保證設備安全。

依據以上控制水平的要求，電氣監控納入DCS技術的要求是：

發電機系統能實現程序控制和軟手操控制使發電機由零起升速、升壓直到并網帶初始負荷;廠用電系統能按啟動／停止階段和正常運行階段的要求程序控制和軟手操來實現;能實時顯示和記錄上述發變組系統和廠用電系統的正常運行、異常運行和事故狀態下的各種數據和狀態，并提供操作指導和應急處理措施;單元機組(爐機電)實現全CRT監控。

5對硬件配置的要求

按傳統功能劃分，電氣納入DCS監控之后，其功能可分為數據采集(DAS)和順序控制(SCS)兩部分，由于電氣量同熱工量相比并沒有特別的要求，而相對動作速度快、可靠性高的控制功能通過保留的電氣專用裝置來實現，因此原則上對DCS的硬件無特殊要求。對硬件的配置要求同熱工一致，其功能分別融入DCS的功能之中。但基于歷史的原因DCS由熱工人員負責，而熱工人員對電氣的控制原理知之不多，在設計、調試、生產維護等各個環節中，這部分工作仍需電氣人員來完成。加上在工程建設過程中電氣有關廠用電受電部分需提前調試投入運行，在電氣的控制功能部分即順序控制(SCS)仍建議設置電氣單獨的控制器，便于實際工作的順利進行。其數據采集部分要求同熱工融為一體。