火力發(fā)電廠DCS系統(tǒng)的應(yīng)用及發(fā)展

李 璐

寧夏職業(yè)技術(shù)學(xué)院工業(yè)工程系，寧夏銀川 750021

分布式控制系統(tǒng)（Distributed Control Systems，DCS），目前在很多生產(chǎn)企業(yè)中都得到了廣泛深入的應(yīng)用，其中以大型且需要對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的企業(yè)為主要應(yīng)用環(huán)境，其中電廠是其主要的應(yīng)用環(huán)境之一。

1 DCS系統(tǒng)的相關(guān)概念和職能特征

分布式控制系統(tǒng)（DCS）即指由多臺(tái)計(jì)算機(jī)分別控制生產(chǎn)過(guò)程中多個(gè)控制回路，同時(shí)又可集中獲取數(shù)據(jù)、集中管理和集中控制的自動(dòng)控制系統(tǒng)。對(duì)于DCS而言，這種控制方式從功能上看基本是將分散的儀表控制系統(tǒng)和集中式控制系統(tǒng)二者的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了有效結(jié)合的產(chǎn)物。從技術(shù)層面看，DCS系統(tǒng)在行業(yè)內(nèi)又被稱為4C系統(tǒng)，主要是因?yàn)槠渖婕暗娇刂疲–ontrol）技術(shù)；計(jì)算機(jī)（Computer）技術(shù)；通信（Communication）技術(shù)以及顯示（Cathode Ray Tube，CRT）技術(shù)等幾個(gè)方面，具體而言更是包括了信號(hào)處理、測(cè)量控制、接口融合以及物聯(lián)網(wǎng)等諸多技術(shù)。這樣的技術(shù)基礎(chǔ)，使得DCS系統(tǒng)能夠有效處理生產(chǎn)過(guò)程中的細(xì)節(jié)問(wèn)題，對(duì)于每一個(gè)問(wèn)題進(jìn)行分析，并且只將不能夠直接處理的問(wèn)題提交給中央控制系統(tǒng)，而對(duì)于能夠在區(qū)域系統(tǒng)內(nèi)處理的問(wèn)題，或者不需要其他部門參與，以及僅需要很少固定部門參與協(xié)調(diào)的問(wèn)題，大多進(jìn)行本地處理，既有助于實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中一些問(wèn)題的快速處理，而對(duì)于非本地性問(wèn)題而言，由于中央控制系統(tǒng)中減少了很多本地問(wèn)題的干擾，因此也有助于提升其對(duì)于一些全局問(wèn)題的服務(wù)質(zhì)量并且縮短服務(wù)時(shí)間。

從邏輯結(jié)構(gòu)層面看，DCS系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)參見(jiàn)圖1。最底層是物理終端，其構(gòu)成在于生產(chǎn)環(huán)境中需要被監(jiān)測(cè)的部分，這一層面只與信號(hào)收集與處理層面保持聯(lián)系，是一種類似于物聯(lián)網(wǎng)的狀態(tài)，因此對(duì)于DCS系統(tǒng)而言，信號(hào)收集與處理層面就是DCS系統(tǒng)的最底層。這一層負(fù)責(zé)采集生產(chǎn)過(guò)程中的相應(yīng)參數(shù)，忠實(shí)反映生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)狀態(tài)參數(shù)，同時(shí)負(fù)責(zé)向控制層和系統(tǒng)操作層以及決策支持層提供數(shù)據(jù)參考。與此同時(shí)，控制層和系統(tǒng)操作層的相關(guān)動(dòng)作記錄也會(huì)被送達(dá)決策支持層，用以幫助系統(tǒng)做出決策支持，并且將數(shù)據(jù)進(jìn)行深入加工處理，供給操作人員讀取。從動(dòng)作層面，DCS系統(tǒng)逐級(jí)向下進(jìn)行控制，但決策支持層面可以通過(guò)系統(tǒng)操作層直接對(duì)信號(hào)層實(shí)施控制。

圖1 DCS邏輯結(jié)構(gòu)示意圖

2 DCS系統(tǒng)的特征分析

通常而言，一個(gè)完整并且對(duì)于環(huán)境使用的DCS系統(tǒng)需要在實(shí)時(shí)、可靠、友好和可擴(kuò)展等幾個(gè)方面作出表率。首先DCS系統(tǒng)是對(duì)于整個(gè)生產(chǎn)環(huán)境的監(jiān)控，因此在實(shí)時(shí)性上必須完備，必須能夠?qū)ο嚓P(guān)的工作狀況實(shí)現(xiàn)有效跟蹤和獲取。并且為了能夠有效實(shí)現(xiàn)對(duì)于生產(chǎn)過(guò)程的控制，還應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)DCS系統(tǒng)可靠性的建設(shè)，應(yīng)當(dāng)在建設(shè)過(guò)程中就要注意其穩(wěn)定性，在使用過(guò)程中及時(shí)更新相應(yīng)的操作系統(tǒng)基礎(chǔ)，如果系統(tǒng)還需要與外網(wǎng)相聯(lián)系，還應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)防火墻的建設(shè)，但通常而言不建議DCS系統(tǒng)與企業(yè)內(nèi)的辦公系統(tǒng)相聯(lián)系或與外部網(wǎng)絡(luò)相連。除此以外，DCS還需要為用戶提供相關(guān)服務(wù)，因此必須考慮到系統(tǒng)對(duì)用戶界面的友好程度，一個(gè)易用的界面，對(duì)于相關(guān)人員進(jìn)行操作，并且及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題都十分有益。最后DCS系統(tǒng)還必須要考慮到擴(kuò)展性的問(wèn)題，隨著生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，DCS系統(tǒng)也應(yīng)當(dāng)能夠允許做出相應(yīng)的進(jìn)一步改進(jìn)工作，因此在相應(yīng)的軟件接口方面必須為將來(lái)的發(fā)展做出考慮。

通過(guò)上文中分析得到的DCS系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)以及其特征，可以明確其應(yīng)用范圍，應(yīng)當(dāng)是在生產(chǎn)過(guò)程中頗具規(guī)模的企業(yè)，并且需要對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)督的組織中。對(duì)于火力發(fā)電廠而言，其規(guī)模通常較大，占地面積具有一定規(guī)模，并且很多生產(chǎn)部門內(nèi)部都自成體系。火力發(fā)電廠的這種特征，決定了其一方面需要全局的調(diào)控，另一方面為了保證對(duì)相應(yīng)問(wèn)題的及時(shí)處理，需要滿足處理本地化以及重大問(wèn)題及時(shí)提交兩個(gè)方面的需求。雖然目前的DCS系統(tǒng)在這幾個(gè)方面都已經(jīng)達(dá)到了一定的水平，但是對(duì)于火力發(fā)電廠的應(yīng)用而言，還有一些方面有待在實(shí)際工作中加以注意。

首先就是兼容性。就發(fā)電廠的生產(chǎn)而言，DCS系統(tǒng)按照其功能在不同的部門中可能以模擬量控制系統(tǒng)MCS、順序控制系統(tǒng)SCS、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)DAS 等分系統(tǒng)的形式存在，并且在整個(gè)機(jī)組的機(jī)、爐、電控制過(guò)程中，不同部門的控制系統(tǒng)還具有自己的特色，這些不同的子系統(tǒng)通常于不同的時(shí)間購(gòu)買，因此新的DCS系統(tǒng)在建立的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)充分考慮對(duì)已有系統(tǒng)的兼容，對(duì)于實(shí)在無(wú)法實(shí)現(xiàn)兼容的子系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)果斷拋棄更新。唯有如此，才能讓DCS以一個(gè)整體的形式存在，同時(shí)又確保其內(nèi)部各個(gè)子系統(tǒng)的相互獨(dú)立，實(shí)現(xiàn)問(wèn)題數(shù)據(jù)的本地化處理。

其次，通信也是DCS系統(tǒng)中的一個(gè)重大問(wèn)題。在整個(gè)火電廠生產(chǎn)的過(guò)程中，涉及到多個(gè)不同部門的眾多數(shù)據(jù)格式，需要對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行妥善處理。首先要求數(shù)據(jù)之間良好的連通性，部門之間能夠有效讀取，其次還應(yīng)當(dāng)注意這些數(shù)據(jù)能否順利上傳到DCS系統(tǒng)高層，共決策支持使用。

3 結(jié)論

我國(guó)電力生產(chǎn)環(huán)境正在面臨信息化的變革，只有不算深入學(xué)習(xí)，才能有效降低鋪設(shè)全局DCS系統(tǒng)的成本，提高其生命力。

[1]宋全軒.DCS監(jiān)控系統(tǒng)在電廠的應(yīng)用及改進(jìn)[J].河南科技：能源技術(shù)版，2007，8(2).

[2]章素華.關(guān)于DCS創(chuàng)新研發(fā)和拓展應(yīng)用的研究[J].世界儀表與自動(dòng)化，2007，11(3).