DCS系統在電廠的應用及故障分析

摘 要：目前在電廠的生產中，DCS系統得到廣泛的應用，特別是針對于300MW及以上容量機組的熱工控制都普遍采用此系統，同時形成了以DAS數據采集、MCS模擬量控制、SCS順序控制、BMS燃燒器管理的4大系統，同時DCS系統在汽輪機、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，對電廠自動化水平及運行的安全性和經濟性方面起到了積極的作用。文章分別對DCS系統的優勢、應用功能、單元機組監控等方面進行了分析，并進一步對引起DCS系統故障的原因及其預防措施進行了闡述。

關鍵詞：自動化；火電廠：DCS；故障分析

前言

目前在電廠的控制和監控中普遍采用DCS系統，其是集散控制系統的簡稱，其是過程控制級和過程監控級為主要組成部分，對于電廠的電氣控制、機組的運行起著極其重要的作用，通過DCS系統的監控和管理，使電廠的自動化水平有了較大的提升，同時在其進行內部控制時具有非常高的可靠性，減少了故障的發生及誤操作的危害發生，另外其可以在任何一個終端實現對整個系統的控制，有效的提高了工作效率，有效的實現了集中操作、分散控制的特點。

1 DCS系統的優勢

1.1 DCS系統在性能上達到了完美，其在人機接口的控制下通過通訊網路和數字馬達驅動器實現了對設備的整體操作控制，充分的體現了性能上的優勢。

1.2 在對馬達速度的設定值方面，我們采用SCADA的監控計算機來完成。由于純向量的馬達驅動控制器在速度的準確度上可以達到0.05%/驅動器，所以在實際當中的運用，實際速度可以和計算機設定的數值相比較。

1.3 在速度響應方面，具有很高的頻率。由于這種系統使用計算機、PLC與高速通訊網路來控制，所以機器速度將不受環境溫度變化、偏差的影響。

1.4 自動作網絡分析及檢查所有相關硬件，既使SACDA計算機宕機，系統亦能以先前的數據繼續運轉，直到計算機重新開機完成。

1.5 每一個控制數值將被記錄于制造的流程。這控制系統將提供高準確度和可靠的全機械線性率高達0.1%（LINEAR RATIO）。

1.6 使用通用的打印機，來作日報表，周報表，月報表，季報表，打印有關于機械運轉的數據或速度，溫度，壓力，流量等趨勢曲線圖。

1.7 根據操作須要，自動打印系統操作分析報表，故障分析報表。

1.8 這種系統提供機械輪子慣量自動的補償功能，這將可改善這臺機器因不同的機器輪子慣量或產品的線性速度性能。

1.9 當系統須要作壓力或流量控制時，壓力或流量的數值是經由壓力，流量感應器來偵測并回送到向量驅動器的PID控制（沒有使用任何壓力，流量控制儀表）直接地控制馬達的加減速來控制壓力，流量值在機械能完全配合的情況下，控制精密可高達0.1%。

1.10 使用PLC的溫度控制模塊（RTD模塊），所有PT TYPE感應器或熱電偶感應器的訊號是直接回送到PLC模塊，并經由一個PID的功能block所控制，使用這種系統可容易的達到0.1°C的溫度控制精度。

2 DCS的應用功能

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。

3 DCS的單元機組監控

在當前的電廠運行過程中，由于供需的需要，電廠機組容量不斷的增大，單機組不僅可以保持連續的生產，同時也簡單易懂。在尚未統籌考慮廠級自動化前，DCS系統不僅完成機組直接監控功能，而且逐步擴大管理職能，例如機組性能計算、汽輪機壽命管理，長期歷史數據存貯和操作指導等。在這種情況下，DCS系統的功能性則會有所擴展，在完成機組的監控功能和管理功能的同時，還將管理職能進一步的擴大，這樣就導致DCS系統越來越復雜，同時需要在每臺機組上設置相同的模塊軟件，不僅加大了投資成本，同時DCS系統的可靠性也會有所降低。所以在當前電廠廠級自動化形成以后，應盡量簡化單元機組級DCS的功能和對電氣保護測控信息深化理解，主要服務于對機組的直接監控，凡是實時性不強的功能可上移至廠級SIS。這樣，DCS本身可變為單層結構，提高可靠性，降低綜合投資費用。在機組優化控制方面，對于要求快速、可靠和直接干預的單元機組的生產過程仍宜保留在機組級控制系統。規則的挖掘基于實時數據，最接近機組運行的實際工況，得到的運行最佳值最符合當前機組的設備、控制系統的狀態、運行操作水平和環境因素。應用什么樣的規則這需要與機組的實際運行情況來決定，力求規則的運用可以使機組保持在最佳的狀態下運行。

4 引起DCS系統故障的原因的分析及其預防措施

4.1 系統不能完全做到在線修改，無擾動下裝

系統兼有增量及全局編譯功能，增量編譯只對部分修改有效，但有些修改必須用全局編譯，如硬件配置、目標配置、任務配置等，而全局下裝實質是對控制器復位，即現場所有的電機停轉、調節閥關閉等，整個裝置停止運行，其實質也就是不能完全做到在線修改，無擾動下裝。

4.2 系統失電后，控制器死機

表明控制器并沒有完全達到冗余備用，控制器存儲方式是以隨機存儲方式RAM形式而非E2PROM。其實這是用戶初次使用這套系統時存在的誤區：FB121DP主站卡的DIP7號開關設置未撥為ON，使控制器存儲方式選擇E2PROM。同時為減少瞬間失電的可能，從馬達控制中心（MCC）UPS柜拉兩根電纜至中央控制室DCS儀表盤主控單元，確保DCS系統不問斷供電：將DCS儀表盤24VDC電源并聯供電確保穩壓。即對目標設置中存儲器的劃分進行了定量的修改，這樣系統即使有停電的可能，程序也不會丟失。采用上述方案，可解決控制器死機問題。

4.3 電源引入的干擾造成熱工控制系統故障

DCS系統電源應該有冗余，各路配電模件應該有獨立的截峰二極管（過壓）、自動斷路器（過流）等保護。DCS供電要盡量來自負荷變化小的電源。要嚴格防止強電通過端子排線路串入24VDC供電回路，并定期檢查機柜電源系統是否正常、供電電壓是否在規定范圍內、系統接地是否可靠、良好、線路絕緣是否合格，停、送電按要求程序執行。

4.4 電源風扇和柜頂風扇必須正常運轉

電源風扇和柜頂風扇的正常運轉是保證DPU正常運轉的必要條件。我們平時也很重視這個問題，在調試階段就對柜頂的風扇一個一個檢查清掃。另外環境衛生也不可忽視，如粉塵過大，就會侵入設備內部造成芯片散熱差、元件絕緣下降等。

5 結束語

在電廠的生產過程中，長期以來一直應用傳統的儀表控制系統來對過程控制，后又采用計算機集中控制系統，但都存在著各自的弊端，DCS系統應用后，很好的彌補了二者在過程控制方面的缺陷，其自身獨特的優點是儀表控制和計算機控制所無法比擬的，其已成為目前我國大生產過程控制領域發展的熱點，盡管其在實際應用中還存在著一些問題，但并不影響其總體上的優越性的發揮，所以在DCS的應用過程中，還要不斷的努力，加大研究力度，力求使其存在的問題得到很好的解決，從而使其成為控制領域的發展方向。

參考文獻

[1]金以慧主編.過程控制[M].北京：清華大學出版社，2003.

[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）.