提高分散控制系統運行可靠性 降低控制單元負荷率

摘要：本文主要闡述大唐琿春發電廠DCS系統如何解決部分單元控制器負荷率較高現象，通過合理調整控制功能模塊的掃描周期和相位，刪除不必要的引用點，特別是垮站引用點，優化協調系統邏輯等方法，解決了單元控制器負荷率高的問題。達到系統優、控制優。

關鍵詞：分散控制系統單元控制器周期相位

1 概述

分散控制系統（DCS）已在火力發電廠得到了普遍應用，從我國資質研發和深藏的DCS成功應用于60萬千瓦、100萬千瓦超超臨界機組，到首臺最大容量60萬千瓦超臨界循環流化床機組DCS的突破，再到被稱為核電站“神經中樞”的核電站全數字化儀控系統實現自主研發，近年來我國DCS實現了跨越式發展。因此DCS系統的安全性和可靠性對機組的安全運行愈來愈重要。對于DCS系統來說，系統設計的完善是保證機組安全運行的關鍵，網絡通信負荷率必須控制在合理的范圍（保證在高負荷運行下不出現“瓶頸”現象）之內，其接口設備（板件）應穩定可靠。

大唐琿春發電廠（以下簡稱我廠）部分工作站CP（控制處理器）存在負荷率高的現象，負荷率高會導致CP故障，引起相應控制系統失靈。如果更加嚴重會導致系統死機，甚至系統崩潰，這樣會對現場設備的正常運行造成威脅。提高系統可靠性，需要負荷利用率進行優化。

2 優化前實際狀況

20世紀末，DCS 在國內燃煤機組上應用時，其監控功能覆蓋范圍還僅限于DAS、MCS、FSSS和SCS四項。及時在2004年發布的Q/DG1-K401-2004《火力發電廠分散控制系統（DCS）技術規范書》中，DCS應用的主要功能子系統仍還是以上四項。有專家分析認為，目前隨著自動化控制技術的發展，火力發電系統的自動化程度越來越高，在火電系統中DCS應用雖然說不是國內最早，但絕對是最廣泛的。在火電的發展過程中，隨著社會對電力資源需求越來越高，以往較為粗放式的發電已經行不通了，需要更精細化的發電，以達到資源的最大利用率。而這種控制都需要靠自動化技術來實現，單純的人工是達不到這種效果的。作為國家基礎建設的重中之重，電力系統只能盡可能選用國產控制系統來提高安全率。

目前，主機控制和輔網控制采用DCS一體化的項目越來越多，即在控制系統的高精尖上不斷突破，在控制的范圍上不斷擴大，且國產化市場占有率增加勢頭也較猛，特別是在老機組DCS改造方面。近期我廠也拿到了DCS改造項目，為后續老機組DCS改造的國產化開了個好頭。具體改造措施如下：

2.1 我廠部分CP負荷率相對較高，其中CP01此種現象比較嚴重。負荷使用率達到70%以上。

2.2 降低控制器的負荷率，需要對DCS系統控制單元組態優化。優化原則：①將各個控制功能分散，每個子系統都應該采用獨立的控制器。②合理分配分散控制單元的I/O點數，考察其控制器的負荷率應滿足DCS技術規范的要求(如控制器負荷率不大于40%)。③合理配置控制單元內每個模塊的處理周期和相位。使模塊在每個時間段的運行數量平均，避免數據擁堵而造成有些模塊沒有掃描到的現象，同時可以降低負荷率。④在一個單元控制器內應盡可能完整實現一個控制功能，避免過多地交叉引用數據。這樣一方面能夠有效地降低通信網絡的負荷，另一方面能夠盡可能地縮短控制策略和I/O信號的處理周期，有利于提高控制品質。

2.3 我廠CP01負荷率相對較高的主要原因有以下幾點：①CP01所配置的監視參數和組態邏輯較多，配置有1號、2號制粉系統；AA層、BB層燃油控制系統；協調、AGC、RB控制系統。這樣就造成了CP處理信息量較大。②在協調控制邏輯中組態有許多沒有用的中間變量和重復的數據采集。③各個組態模塊的處理周期和相位分配不合理。④協調控制系統控制策略有優化的空間。

3 優化方法

3.1 關閉功能塊

機組投產以來，在協調控制邏輯中組態有許多沒有用的中間變量和重復的數據采集。如果把所有的數據檢查一遍，存在很大困難（FOXBORO系統組態不是很直觀），故將原有AGC控制及協調控制系統的組態邏輯關閉，重新組態。

3.2 重新建立組態

在原有協調控制理念的基礎上，優化控制功能，適應我廠實際情況。優化后的組態，直觀明了，便于維護。

由于我廠煤質變化大，原控制邏輯在機組投入AGC控制時，負荷變動較快，協調控制功能不能及時反應，負荷變化率只能達到6MW/m，有時需要AGC控制切除后，手動才能快速加減負荷。

優化后的邏輯，做了一個煤量修正，以提高協調的控制能力。

原協調控制有4個功能組，共有178個功能塊，重新組態了兩個功能組，共有89個功能塊，大大減少了CP的處理信息量。

3.3 調整模塊的處理周期和相位

①周期：處理周期。功能組的處理周期必須小于或等于它所包含的所有模塊中的最小處理周期，以使所有模塊都能得到處理。

②相位：相位號，指定該組合模塊的運行時間是否要延遲幾個基本處理周期，以均衡控制處理機的負荷。相位的個數等于以秒為單位的處理周期乘以2，假如處理周期為5秒，則有0～9 共10個相位。

③處理周期與相位的關系如表1：

■

④統計結果：原有功能塊的周期和相位的設置存在相對集中的現象。這會造成控制器處理數據困難，導致負荷率上升。重新調整，將重要信號的周期和相位調整的相對較小，例如協調控制、保護功能；將普通的信號調整的相對較大，例如燃油控制等。使功能塊的處理周期和相位分布比較均勻，減小了同一時期CP處理器工作量大的現象。

4 優化結果

優化后CP01的負荷率明顯下降，由原來的74%，下降到60%。

5 結束語

DCS控制處理器是DCS系統的核心部分之一，其負荷率的高低，關系到系統的安全性、可靠性和控制品質。提高單元控制器的可靠性就是保障DCS系統的安全運行。

現階段我廠整個DCS控制系統的運行狀況發生了質的提高。協調控制品質和設備運行基本穩定，基本達到100%自動投入率。CP負荷率明顯降低，使系統更加合理化，穩定性更強，降低了整個DCS系統的全年故障率。

參考文獻：

[1]DL_5000-2000，火力發電廠設計技術規程[S].

[2]防止電力生產重大事故的二十五項重點要求實施細則[S].

[3]王建鋒，羅振新，薛鵬.影響DCS可靠性的因素分析[J].華東電力，2008(04).

[4]崔振武，丁永君.DCS故障分析及技術措施[J].自動化博覽， 2010(08).

征 稿 啟 事

*來稿需知：

1、來稿確保不一稿多投、不涉及保密、署名無爭議。請作者自留底稿，恕不退稿。

2、編輯部對來稿有刪修權，不同意刪修的稿件請在來稿中聲明。稿件刊登后，贈當期雜志兩冊，以供用途。

3、本刊常年征稿，所有文稿均在一周左右時間做出處理。歡迎廣大經濟界、管理界、科技界、理論界工作者推薦、自薦。

4、論文下方要注明作者的詳細通訊地址［例：××省××市（區、縣）××路××號××學校××收］、聯系電話（固定電話、移動電話）、郵編、郵箱及QQ，以便我們能夠及時快捷地與您取得聯系。

*投稿方式：1、投稿專用郵箱：GL-KJ@163.COM 2、本刊網站投稿：WWW.GL-KJ.COM

投稿地址：石家莊槐安西路88號卓達玫瑰園物業樓A501室電話：0311-83993949