DCS系統在火電廠的應用研究

王廣

【摘要】文章結合具體火電廠實例，在簡要分析DCS系統比較選擇的基礎上，對DCS系統的應用和常見問題進行分析，可為類似工程處理及相關工作者提供參考。

【關鍵詞】DCS系統;火電廠

隨著我國經濟的快速發展以及人們生活物質水平的不斷的提高，對電力供應質量提出了更高的要求，作為電廠控制核心的集散型控制系統（DCS）也就變得越來越重要。自第一代DCS面世以來，DCS經過幾代的技術更新和功能完善，發展至今，以其功能豐富、運行可靠、配置靈活、界面友好、安裝簡單等諸多優點在火電廠得到了廣泛的應用。雖然我國從80年代就開始將DCS應用于火電廠，但由于在實踐過程中不僅要考慮與電廠設備的互聯，還要融入通信、計算機、自動化等多方面的技術，因此，不可避免面臨著諸多難題和困境，有必要對DCS系統在火電廠中應用進行研究，以促進DCS系統在保證火電廠安全、穩定運行中發揮本有的功效。DCS系統在火電廠的應用是一個綜合性的過程，文章結合具體實例僅對DCS系統在火電廠主控系統中的應用進行了研究，可為類似工程實踐提供參考。

1.控制方案的選擇

某火電廠新建工程2×600MW機組對該地區煤炭資源合理開發、能源資源優化配置、地區經濟社會發展具有十分重要的意義，因此，從經濟性、安全性、實用性等諸多方面綜合性的去比較選擇機組的儀控方案是非常重要的一個環節。從火電廠機組儀控方案使用現狀來看，主要有PLC控制和DCS控制兩種，雖然隨著大型火電廠的不斷增加，DCS將逐漸代替PLC，但對于二者的比較分析還是具有一定的實際意義，不僅有利于認識二者的特點和適用范圍，結合火電廠實際選擇合適的控制方案，還有利于更深層次認識DCS系統，促進DCS系統的推廣應用。

PLC是由模仿原繼電器控制原理發展起來的，PLC每完成一次循環操作需一定的掃描周期，這是DCS所沒有的，但這也是使PLC的冗余不如DCS的原因。對于大型火電廠龐雜的控制系統來說，監控測點I/O總點數較多，顯然采用PLC控制不合適。相比PLC而言，DCS系統具有明顯的優點，DCS不受地理和環境的限制，使分散在各地的計算機系統資源同時為多個用戶所共享，充分發揮各地資源的作用和特長，實現協同操作;它遵從相關標準，采用現場總線技術，既可使用FM/SM系列硬件模塊用于現場數據的采集，又可方便的與遠程I/O、CAN、Profibus等多種現場總線設備或模塊連接;實時高效可靠的冗余控制器，基于以太網的上層監控系統，提供動態豐富、操作直觀方便的人機交互界面;一體化的組態編程與調試軟件，實現觀全系統所有功能的組態，強大的數據儲存與處理能力可以記錄所有重要歷史數據并提供生產數據分析報表。基于以上分析，本工程機組采用爐、機、電集中控制方式，兩臺機組設一個單元控制室，每臺機組按爐、機、電一體化配置DCS系統，實現全LCD監控。在單元控制室通過DCS操作員站即能完成對機組啟/停操作、正常運行工況的監視和調整以及異常與事故工況的處理。

2.DCS系統應用及常見問題

2.1 DCS系統整體方案

該火電機組DCS控制系統由數據采集系統（DAS）、模擬量控制系統（MCS）、旁路控制系統（BPS）、爐膛安全監控系統（FSSS）、順序控制系統（SCS）、電氣量監視控制系統（ECS）構成，其中旁路控制系統（BPS）納入MCS控制范圍。汽輪機數字電液控制系統（DEH）、給水泵用小汽輪機數字電液控制系統（MEH）與DCS采用相同的硬件設備，網絡配置和操作員站采用一體化設計。系統采用工業以太網絡，#1機組、#2機組、公用系統分別設置不同的網段。總體而言，主要包括硬件和軟件兩個部分。該機組DCS系統硬件主要包括工程師站、運行員操作站、網絡交換機、控制處理機以及I/O卡件。系統的軟件部分是本文研究的重點，在此主要以模擬量控制系統（MCS）為例進行軟件的實現及應用分析。

首先，火電廠熱工控制信號主要包括壓力、液位、流量、溫度和少量化學分析參數。MCS系統中，對于最重要的參數信號，如功率、主汽壓力、汽機第一級壓力、爐膛壓力、給水流量等，一般要設計有3個測量信號。對于這些信號的物理位置安排上，盡可能將它們分配到3塊模擬量輸入卡件上;在信號選擇上采用三選中算法。注意在流量差壓信號處理時，考慮小信號切除問題，小信號切除范圍定為1%。

其次，火電廠MCS系統中，有一些典型的多控制輸出系統，它采用兩個或兩個以上的控制驅動裝置控制一個變量，而調節器是共用的，如送風控制、爐膛壓力控制、一次風壓控制、燃料控制、給水控制都是典型的多控制輸出系統。為了實現多個控制驅動裝置投自動時的無擾，在控制總量一定的情況下，一路控制輸出變化時其余控制輸出能自動調整以保證控制總量的不變，多控制輸出系統為達到優良的控制品質需要有滿足要求的多輸出平衡回路，根據以往類似工程經驗，利用DCS系統平臺設計了較完善的平衡回路，較好地滿足了這些要求。

再次，MCS系統中的超馳控制功能實現在特殊的情況下，切斷調節器的正常輸出，自動將控制輸出切換到預設值，而調節器轉為跟蹤狀態，當超馳控制消失時，調節器恢復正常工作。因此，超馳控制功能是必不可缺的，對于安全保護的超馳控制，要求優先級高于正常自動和手動操作。在該機組MCS系統中，考慮工藝系統這方面的需要，實現超馳控制功能。

2.2 DCS系統存在問題

該電廠在應用上述DCS系統后，在現場調試過程中，組態工具曾發生三次無法打開的問題，現在的解決辦法是重裝工程師站，但重裝后必須要把所有的控制器CP初始化，并斷電重啟，還要把所有的組態重新下載，這個過程要用一定的時間。這個問題對于調試來說，是十分嚴重的。在真正啟動調試的過程中，是不可能重裝工程師站的。可以看出，DCS系統應用過程中，會出現各種問題，這需要及時加以解決。筆者在這個項目的實施過程中，工總結出了以下行之有效的問題判別及解決方法。

（1）操作站死機

當發現某個操作站死機，監控畫面數據不刷新，調節畫面不起作用，查看右上方系統報警指示燈是否正常，并檢查其他操作站是否工作正常，若正常，則僅該操作站有問題，維修即可。若其他操作站數據也不變，則為系統通訊網絡出現故障，需檢查網絡設備的運行情況，進行修復。

（2）操作站斷電

若部分操作站突然無顯示，則說明UPS或市電斷電，若有電的操作站可正常監控，此時不會影響控制系統的正常調節。

（3）控制站全部斷電

由于所有控制站設備均為雙路供電，一路UPS，一路市電，所以這種情況的發生幾率很小。當控制站全部斷電后，監控畫面上兩個系統報警紅燈亮，通訊中斷，數據全部不刷新，所有自調系統完全失控，調節閥將恢復到初始狀態，氣開閥全關，氣關閥全開。此時，應立即緊急處理或停車，同時到現場進行操作。

（4）操作站全部斷電

此時，查看控制站電源指示燈是否正常，卡件診斷指示燈有無故障紅燈，綠燈表示卡件正常工作，若以上都正常，則可以確定控制站工作正常，自調系統工作正常，只是操作工暫時看不到監控畫面，且不能對現場進行遙控操作，立即通知微機維修人員進行維修，并到現場進行監控。

（5）調節閥儀表氣源壓力低或儀表空氣全部斷氣

當發現多個自調系統失靈，監控畫面上自調閥閥位在全開或全關位置，立即檢查儀表氣源壓力，若氣源壓力小于0.4MPa，則不正常，檢查氣源管道有無堵塞或漏氣現象;若氣源壓力小于0.2MPa，立即進行緊急停車。

3.結語

DCS的應用是一個系統性的過程，雖然目前市場上有諸多較為成熟的DCS系統，但若將其應用于火電廠，還需考慮諸多方面的問題，不僅僅是系統的實現，還涉及系統的調試和維護，是一個基于電廠運行的全過程，這就要求基于經濟性、安全性、穩定性出發應用DCS系統。

參考文獻

[1]曹冬梅.DCS系統在通遼電廠4號機組中的應用及改造[D].華北電力大學，2012.