試論電廠DCS系統的應用

葉錦林

摘 要：電廠發電機組控制中應用DCS系統已經有20多年的歷程，對電廠熱力系統的保護控制與參數調節等起著重要的作用。DCS系統是計算機控制系統，是在計算機局域網的基礎上發展起來的，把局域網變成一個實時、可靠的網絡型控制系統，運用于過程控制領域。討論了DCS系統在電廠的應用現狀，并分析了DCS系統的發展方向。

關鍵詞：DCS系統；發電機組；監控設備；控制系統

中圖分類號：TM621.6 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.10.121

自進入21世紀以來，DCS系統在通信和信息管理技術、集成電路技術的進步和工藝設備大型化的影響下，在節能環保和提高生產效率的需求下，形成新一代的DCS，在電廠里的應用更加高效和全面。

1 DCS概述

DCS系統在國內一般被習慣稱為“集散控制系統”。它是一個由過程控制級和過程監控級組成的以通信網絡為樞紐的多級計算機系統，與當代先進的微處理技術、CRT圖形顯示技術、高速通信技術、現代控制技術的發展緊密相關。它對生產過程進行集中監控與管理，大大節省了人力勞動，尤其在某些危險的生產地方，DCS系統的應用替代了工人的現場監控與管理，改善工人們的勞動環境。

第一代儀表主要是以機械式和電子管元件生產的就地式儀表，第二代為DDZ電動單元儀表，第三代為DCS過程控制系統，到現在第四代發展為智能控制系統。DCS控制系統主要由操作員站、現場控制站、工程師站和系統網絡組成。除了以上四個最基本的組成部分外，現在的集散控制系統中還融入一些具有特殊功能的站，添加信息管理網絡，完善現場的生產管理和數據的監控技術。

與常規儀表控制系統相比，DCS系統功能強大、運算能力強、智能程度高，便于現場生產管理和數據采集監控以及后期的數據處理。不僅提高了生產效率，改善操作員的工作環境，還便于改善生產管理，提高了生產效率。

與集中控制系統相比，DCS系統將各個不同的工作站的生產管理和數據采集監控分開處理，加強整個系統的安全性，不會因為個別工作站系統出現故障就導致整個系統的故障而影響整體生產。分散式的監控和管理使得各個工作站的工作相對簡單和獨立，這樣大大提高了各個工作站的工作效率。

2 DCS系統在電廠的應用

在電廠的DCS系統包括數據采集系統、安全與監控系統、模擬量控制系統、順序控制系統、保護系統和數字電調系統等一系列的采集控制系統。DCS系統很早就應用于電廠，由于電力行業對自動化控制水平要求很高，所以電力產業對自動化控制技術的研究很重視。1992年，國內電力行業第一次引進DCS系統，之前的電廠采用的都是以前的儀表控制系統。DCS系統的安全性能高、處理效率高、自動化智能化程度高等諸多優點逐漸表現出來后，國內的電力行業開始廣泛應用DCS系統。DCS系統的組成如圖1所示。

2.1 DCS系統的功能分析

現在電廠里機組的儀表控制系統一般都采用DCS系統。DCS系統在火電廠的應用已有20多年的歷史。隨著這些年自動化控制技術的飛快發展，DCS系統也得到越來越多的應用。DCS系統是通過把局域網變成一個實時性、安全性很好的控制系統，這樣的控制系統在過程監控領域就有很大的應用價值。

故障分散是DCS系統的最大特點，DCS系統的推出就是為了克服集中控制系統故障集中的缺陷。故障分散，顧名思義，就是分散監控處理各個工作站的工況，采用大量的處理器，分區處理各自范圍內的工作，不是將所有的工況集中放在一起處理。這樣就有效地避免了因為某處的系統故障導致整體系統的不能正常運行，在很大地程度上提高了整個系統的可靠性。

DCS系統的功能主要有以下幾點。

2.1.1 減小了監控設備的尺寸

由于采用計算機系統和微處理器，在占地和自身的尺寸上比之前的各種儀表和管道都小，這在設備安裝和廠房建設等方面都帶來了很大的便利。

2.1.2 減少設備種類和數量

運用DCS系統對生產進行監控和管理，由于計算機的運算和處理能力較強，代替了諸多不同種類的儀表設備，一臺計算機能做多種多臺傳統儀表控制器的工作，DCS系統能監控到很大范圍的生產環境，從而大大減少了傳統儀器設備的運用。

2.1.3 提高自動化控制系統的智能性

DCS系統不僅能為電廠的生產監控和管理等工作節省大量人力，提高工作效率，監控實時工況，及時、迅速地對突發故障作出相應的調整管理，還解決了很多傳統儀表控制系統難以解決的問題，通過對歷史數據和實時數據的對比，得出更加優化的管理措施。這些都是自動化控制帶來的更高水準的變革。

2.2 DCS系統在電廠的應用實例

為了使得煙氣排放達到環保標準，華能山西榆社發電廠為300 MW燃煤機組安裝了FGD煙氣脫硫系統。此系統采用世界上應用最為廣泛、最可靠的石灰石—石膏濕法脫硫工藝。FGD系統的自控系統采用的是西門子PCS7系統，PCS7是西門子的DCS系統，基于過程自動化，從傳感器、執行元件到控制單元，最后到上位機，從下而上組成完整的全集成自動化構架。此DCS系統設置了一個操作室、兩個操作員站和一個工程師站，工程師站控制兩個機組，每個機組都有一個操作員站，但各個操作員站都可以獨立監控兩個機組，不會在出現故障時導致不能正常監控機組。通過應用DCS系統，操作人員可更加方便地監控各個機組的參數，確保了機組的穩定、高效運行。

大唐國際潮州電廠一、二期機組采用日立公司H5000M分散型控制系統，系統中各控制器CPU均采用雙CPU的冗余配置，所有控制器通過雙路高速光纖網絡和各操作員站（POC）、工程師站（EWS）、歷史站（HIST）、通訊接口站（CIS）、監控系統站（SIS）形成雙路環網，站點配置包括6臺POC站、1臺主EWS站、1臺從EWS站、1臺HIST站、1臺CIS站和1臺SIS站，監控人員可通過每臺POC站進行獨立的參數監視與操作，保證操作的及時性與可靠性。歷史站可保存長達兩三年以上的歷史數據，滿足歷史數據查詢和環保數據記錄要求。DCS系統的實時數據顯示與高效操作響應，大大減輕了操作人員的工作量，便于操作員的記錄、分析和診斷，提高了工作效率。

3 DCS系統的常見問題及其處理

近些年來，DCS系統在電廠中得到廣泛的應用，根據使用情況，DCS系統的常見問題主要有以下幾類。

3.1 通信網絡類故障

通信網絡類故障易發生在節點總線、就地總線處，有些是因地址標識錯誤造成的。節點總線的傳送一般為同軸電纜，當總線的干線有一處中斷時，會導致該總線上所有站設備通信故障。目前防止此類故障的方法是采用雙路冗余配置的方式，這樣能避免因一路總線出現問題而導致整個DCS系統的癱瘓。就地總線由于其連接的是控制設備，工作環境惡劣，發生故障的概率很高，容易受到人為的操作失誤導致生產故障。處理這種故障要將就地總線和就地設備的連接點進行妥善處理，拆裝設備時，不應該影響總線的運行。

3.2 硬件故障

硬件故障主要包括人機接口故障和過程通道故障。人機接口有多個功能相同的工作站組成，當其中一臺發生故障，只要處理及時，一般不會影響整個系統的運行。但過程通道故障發生在就地總線時，會影響整個系統的監控。這就需要工作人員在操作運行時小心認真，并經常檢查維護系統設備的運行。

4 DCS系統的應用發展趨勢

隨著計算機通訊技術的飛速發展，DCS系統也在不斷地升級中。微處理器的技術不斷提高，運算能力越來越強，儲存空間越來越大，控制系統軟件不斷豐富升級，這些都將帶動DCS系統性能的大幅度提高。在將來，DCS系統會向著更快、更高效的方向發展，同時處理的工作也將更加豐富多樣。隨著通訊網絡技術的提高，系統的監控向著范圍更廣的方向發展。傳感技術的提高，現場總線技術的進步，會使系統的監測更精確。

5 結束語

隨著電力技術的發展，電廠應用全數字化DCS控制系統已經成為必然。由于電廠的安全性和經濟性要求很高，使用環境比較特殊，對DCS系統的要求就相應的比較高。目前國內的DCS系統的開發和使用還有很大的提升空間，特別是在完善人機接口畫面的設計和控制模板功能的開發等方面。

參考文獻

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[2]鄭友.淺談電廠系統的選擇及其未來發展[J].黑龍江科技信息，2010（10）.

〔編輯：王霞〕