電廠DCS系統應用分析

楊海云 喬澤慧

（1、內蒙古烏海市海勃灣發電廠，內蒙古 烏海 016034 2、呼和浩特市豐泰發電有限公司，內蒙古 烏海 016034）

1 引言

近年來，DCS在電力生產中得到了廣泛的應用，尤其300MW及以上容量機組的熱工控制已全面采用DCS控制系統，逐步形成了數據采集DAS、模擬量控制MCS、順序控制SCS、燃燒器管理BMS4大系統，在汽機、鍋爐等熱力設備的順序控制、數據采集以及爐膛安全監控等方面取得了成功的經驗，提高了電廠自動化水平和機組運行的安全性、經濟性。與之相比，采用一對一硬手操方式的電氣控制已顯落后，電氣控制納入DCS。目前國內有許多大型火電廠已實施并積累了很多運行經驗。

2 電廠自動控制及其系統

汽包水位自動調節系統一般采用典型的三沖量系統或串級系統，在大型單元機組中一般設計有全程調節，因此有單沖量，三沖量之間的切換邏輯，一般依據負荷來切換。采用啟動電泵和汽泵的系統還有電泵與小汽機之間的切換，也依據負荷來切換。大型機組的水位控制一般直接控制電泵或小汽機的轉速，給水調門全開以節約能源。

燃燒調節系統中的送風系統通常采用風煤比加氧量校正，爐膛負壓系統與送風系統之間采用動態聯系，通常設計有加負荷時先加風再加煤減負荷時先減煤后減風邏輯以及過燃燒邏輯。主汽壓力調節系統通常為串級調節系統。

主汽溫度調節系統一般以減溫水調節為主，輔以尾部煙道檔板調節或噴燃器角度調節系統。由于汽溫調節對象是一個多容環節，它的純遲延時間和時間常數都比較大，在熱工自動調節系統中屬于可控性最差的一個調節系統，因此專家們也特別關注對這一類系統的研究，許多新的控制策略或控制理論是對這一類系統研究的成果，如史密特時間預估算法控制，模糊控制，具有觀察器的狀態變量控制等。

機爐負荷協調控制在大型單元機組中都有設計。通常設計有這樣一些運行方式:基本方式，鍋爐跟隨方式，汽機跟隨方式和協調方式。基本方式是因為鍋爐和汽機的自動調節系統或多或少存在一些問題，鍋爐及汽機主控都在手動方式。

另外，由于機組的自動化水平的不斷提高，對機組的運行參數的測量也提出了更高的要求，控制用的參數測量與監視用的參數測量一般都要求有各自的測量元件，控制用的測量參數還需要經過數據保險的有關邏輯以提高控制系統的可靠性。

開環控制包括了聯鎖保護，順序控制，選線控制等控制內容。火電廠單元機組中主輔機設備都有聯鎖保護，如停機停爐的大聯鎖，一些重要輔機的保護跳閘，備用泵的自啟動，成組設備的順序啟停等。這些聯鎖保護現在一般都能投入運行而且必須投入運行。順控方面一般的泵或風機的子組啟停控制也都能投入運行，但鍋爐風煙系統大順控這樣的成組控制因為牽涉的設備比較多而很少有經常投運的。

3 電廠DCS功能分析

目前大機組的儀控系統大多選用DCS系統。

DCS系統在火電廠發電機組控制中的應用已有10多年的歷史了，而且正在越來越多地得到應用。DCS系統是相對于計算機集中控制系統而言的計算機(或微機)控制系統，它是在對計算機局域網的研究基礎上發展起來的，是過程控制專家們借用計算機局域網研究成果，把局域網變成一個實時性，可靠性要求很高的網絡型控制系統，運用于過程控制領域。這樣的控制系統給我們帶來以下一些好處：

3.1 故障分散是推出DCS系統的最大理由，DCS系統就是要解決集中控制系統致命的弱點-故障集中。故障分散的理由是DCS系統采用了大量的微處理器，各個微處理器承擔一個范圍較小的(地域上)控制任務，某個微處理器故障不會影響整個系統的正常工作。

3.2 縮小控制室尺寸或控制表盤的長度。

3.3 大量縮減控制系統所需的電纜。

3.4 大量減少控制系統所需的備品備件種類及數量。

3.5 減少工藝生產的運行對儀表控制設備廠商的依賴，減少儀控人員培訓所需的費用。

3.6 提供了控制系統構成的靈活性，具有組態便利和可擴展性。

3.7 實現過程實時參數和歷史數據的管理，提供性能計算，設備壽命計算等功能。這是傳統的儀表控制系統所望塵莫及的。

DCS系統是否確實給我們帶來了這些好處呢?

以一些在火電廠單元機組控制系統中應用的DCS系統來考察，如在浙江省電力系統發電廠中應用的BAILEY的INFI-90，C&E的MOD-300，以及 SIEMENS的TELEPERMME/XP等，綜合分析如下:

3.7.1 關于故障分散。大多數DCS生產廠商現階段所提供的系統在實際應用中并非象我們想象的那么故障分散。由DCS系統控制的火電廠單元發電機組，因為DCS系統的某些故障而被迫停運的事情時有發生。這與傳統的儀表控制系統相比后者似乎要優于前者。所以DCS系統的構成越接近傳統的儀表控制系統，即微處理器或多功能控制器所承擔的控制任務從地域上越分散，越能做到故障分散。

3.7.2 關于控制室的尺寸和表盤長度。這一點所有的DCS系統都能做到大大縮小。不過與傳統的儀表控制系統相比，電子室的尺寸和設備相對增加了。

3.7.3 關于節約電纜。由于DCS系統所采用的設備器件在現階段來說仍然是比較嬌貴，需要防塵和空調，REMOTEI/O還不能大量使用，因此，DCS系統的主要設備都需要安置在條件比較好的電子室，大量的現場信號仍然需用電纜接到電子室。與傳統的儀表控制系統相比，電纜有所縮減，但效益有限。

3.7.4 關于減少備品備件的種類和數量。備品備件的種類和數量有所減少，并且需要與之打交道的儀表控制設備制造廠商也有所減少。

3.7.5 關于減少機組運行對儀表控制設備制造廠商的依賴。由于DCS系統在應用技術方面還不能盡如人意，因此，在機組運行時，尤其在機組試行期間，DCS生產廠家的專家服務似乎成了必不可少。使得培訓所需花費也有所增加。

3.7.6 關于控制系統構成的靈活性，組態的便捷性和系統的可擴展性。大多數DCS系統的組態也是比較方便的。不過多數系統在在線組態功能方面尚有許多工作可做，好多系統為離線組態，在工程師站編程，然后編譯，再下載。有些系統這一過程比較費時，在調試期間這一問題尤其突出。

3.7.7 關于DCS系統提供的一些獨特的控制功能。由于DCS系統可提供歷史數據和實時數據的管理，性能計算等功能，把過程控制推向一個新的更高層次的領域。

4 結語

綜上所述，DCS系統解決了現代化大生產中過程控制傳統的儀表控制系統難以勝任的問題，而相對計算機集中控制來說故障還是分散的，在許多方面有其獨特的優點，是傳統的儀表控制系統和計算機集中控制系統所無法比擬的。但是現階段的DCS系統在應用中仍然有一些重要的問題需要解決。

[1]王金全，方志華，仲未央.工業控制系統的現狀與展望[J].中國電力，2007(1):114-115.

[2]陳小飚.火電廠控制系統分散化的現狀及趨勢[J].浙江電力，2006(4):96-97.