基于DCS的電廠自動化設計與實現

楊廣東

（徐州華美坑口環保熱電有限公司，江蘇 徐州 221141）

一、引言

電廠生產環境惡劣，工藝復雜，如果操作不當很容易形成生產事故。而隨著科技的進步，自動化生產以及運營技術受到了廣泛的青睞。在這樣的背景下，電廠紛紛進行一體化與自動化改造，而其中DCS作為一種先進的手段而被廣泛使用。DCS系統作為集散處理器計算機模式能夠對具體的運營控制實現多級管理，并隨著網絡體系的建立而形成網絡化管理體系，保障電廠體系的合理化運營。本文以電廠為研究對象，以DCS為構建手段，對電廠自動化建設過程中的DCS系統設計與實現提供必要的理論基礎與實踐指導。在具體的研究過程中主要對電廠自動化的根本目標進行總結，來為后續的實際建設提供必要的目標基礎，也為實現過程中的途徑提供了必要的基礎；并為后續的實際自動化設計進行分析，按照模塊分析的方式對其功能進行規劃，同時總結在具體構建以及實現的過程中可能存在的注意要點。希望通過本文的研究能夠為今后的相關體系建設以及電廠自動化的具體構建步驟來提供必要的理論基礎與實踐指導。

二、電廠自動化設計目標

電廠自動化設計是其后續改造的必然，也是其實現自動化生產與安全運營的必要條件。在這樣的背景下，我們有理由對電廠自動化設計的目標來進行分析，進而使得后續基于目標實現的設計更為嚴謹，也更為具有方向性。從其根本目標而言主要可以分為如下幾個方面：

第一，監控目標。電廠自動化設計的基礎是對于各個生產環節以及設備運營狀態的掌握，只有在掌握的基礎上才能夠做到對于各個環節的綜合控制。因此，控制目標的實現是電廠自動化的根本目標，也是后續自動化建設體系中的必然。就電廠自動化建設的實踐我們發現，電廠監控的自動化主要通過兩種方式來進行實現。一方面是通過數據化建設將各項設備的運行指標進行數據化建設，并通過數據化對其進行表征。另一方面，是采用視頻系統對具體的運作狀態進行表征。二者相互協同，相互互補，形成完整的監控體系。

第二，控制目標。控制目標是電廠自動化設計的根本也是要完成的根本任務。通過對不同設備的遠程控制來達到對電廠整體控制的效果。在具體的控制層面則可以分為兩個部分，一方面是對下級機的控制，通過人機互動界面對相關參數進行設定，而不同的工序環節涉及到不同的下級機，只有完成對下級機的通訊控制才能夠完成從控制終端到設備終端的轉化。另一方面是對終端設備的控制，利用二級機內的集成程序對相關的參數設備控制來實現自動化管理體系。具體則可以根據設備原理與設定參數為主。

第三，統計目標。在實現了對電廠的實時數據監控與設備控制的基礎上，我們還應該對電廠的運營數據進行統計與分析。通過對統計數據的調用與具體分析能夠掌握電廠的運行參數以及運行效率，為后續的電廠技術改造以及運營管理提供必要的基礎與決策依據。

三、基于DCS電廠自動化設計方案

為了達到上述目的，電廠自動化設計方案采用基于DCS的設計思路來對其進行構建。其具體構建為為模塊分類的設計原則并制定必要的技術流程，在具體的設計過程中可以分為如下兩個層面：

第一，通訊構建。通訊體系的構建是自動化設計體系能夠順利運行的根本，也是整體設計有效性的基礎保障。在具體設計的過程中我們需要保障便捷性、安全性以及有效性等三個方面。在便捷性的保障層面需要各個固定IP連接過程中采用無損與0延遲傳輸，即數據搜集與非處理環節之間的數據同步率達到最高；同時為了增加整體系統的調用范圍，在該系統設計與實現過程中可以匹配一定數量的移動終端，便于設備現場檢修過程中的數據支持；在安全性方面則主要是對數據傳輸過程中的安全性進行保障。一方面數據傳輸采用固定線路，非聯網的傳輸方式，及保障了數據安全與可靠，同時也防止數據外泄與交換過程中的不遵從現象而產生的危害；另一方面在數據傳輸的過程中可以基于協同協議的方式建立獨特的密碼體系，對數據進行有效的加密，在不影響傳輸效率的同時提高數據的安全性；在數據的有效性方面：我們應該避免單DCS控制多個生產節點現象的產生，在具體的設計環節采用網狀結構來實現備用管理，此種模式能夠有效的防止由于單一設備的故障而導致大范圍的停產與生產安全隱患。

第二，模塊構建。模塊構建是指在具體的功能目的下通過不同的模塊來加以實現的設計方法。此種設計方法與原則能夠較好的支持特定功能的實現，并便于軟件的整體編輯。在具體的模塊設計過程中根據電廠自動化設計體系的要求與目的主要可以分為如下幾個方面：（1）數據采集模塊：通過不同類型的傳感器以及視頻采集系統獲得電廠內各個設備運行的基本數據，并采用集中傳輸的模式向各級處理器匯總。（2）數據處理模塊：對于可以直接調取的數據則存檔等待上級機調用，對于需要處理的數據則采用下級機中預制的函數來進行相關的數據處理與計算，供上級機的直接調用；（3）可視化人機模塊：在該模塊的設計過程中主要以便捷性與可操作性為主要的設計依據。建立完善的模擬電廠或者3D電廠模型，并將各個設備的運轉情況以工序圖的方式進行表征。該模塊的此種設計思路能夠方便操作人員對于相關數據的監控與管理。同時，在可操作模塊的規劃過程中可以通過參數按鈕設置等方式來提供一鍵式控制范式，進一步提高電廠自動化建設水平；（4）分級控制模塊：在電廠的控制體系中，我們對各個設備應該采用分級控制的理念來進行設計。下級機負責對相關具體的開關、繼電、電流等設備的具體控制；中級機負責對單個設備的整體調節；上級機負責對電廠整體生產與運行工序的控制。在分級管理的思想下，構建整體的自動化管控體系。

四、自動化設計實現分析及其技術要點

上文對電廠自動化體系的設計進行了系統的分析，探討了包括通訊體系以及功能體系的具體設計目的與原則，而在實際的實現過程中我們還需要對具體的實現過程加以注意，來保障電廠自動化整體的有效性。在具體的實現技術要點方面則可以從如下幾個方面來加以注意：

第一，構建模式的選擇問題。在電廠自動化體系設計與構建的過程中有多種模式，其中基于DCS的構建模式是當下較為先進的模式之一，其采用分散集中處理器對相關數據進行分級處理，能夠有效的提高運算速率，并降低上級機的負荷。同樣，此種模式也會帶來一定的數據傳輸延遲與隱患，在具體的工程中應該通過適當的手段予以避免。

第二，電氣施工質量問題。任何施工均需要從各個方面保障其質量，才能夠在后續的應用過程中更為合規。在電廠自動化體系建設的過程中，電氣施工質量是必不可少的環節。其中需要注意如下幾點：首先，電氣設備的供電需要進行保障，電子元件尤其是基于計算機的電子元件對于電壓較為敏感，在其電氣供電支持體系的施工過程中應該加裝穩壓器；其次，在自動化構建體系過程中，包括計算機、通訊通道等在內的硬件設施的質量標準應該通過嚴格的測試。以避免由于后續維修而產生的施工損耗；最后，電氣施工的布線體系應該合理并科學。在實際的施工過程中電廠自動化建設體系需要的電氣配套多種多樣，布線的合理決定了后續設備維護與檢修的便捷度，此方面內容在設計的過程中應該有所涉及。

第三，物資質量問題。要做到工程質量的保障，我們需要從物資質量方面下手。電廠在電氣設備進場的過程中應該嚴格檢驗流程、明確檢驗標準、評價檢驗結果。通過一系列質量保障體系來獲取較高的施工質量。同時，根據電廠的實際情況盡量避免第三方外包工程的參與，或者在外包的過程中采用材料統一采買的方式來保障物資的質量，為后續的自動化管理體系提供必要的保障。

結語

電廠自動化建設是現階段電廠技術改造的必然，也是保障生產與安全運營的基礎。本文以DCS為核心技術，討論了其在具體的電廠自動化建設過程中的意義與要求，并對具體的目的實現模塊以及實現過程中的注意事項進行了討論，旨在為后續的電廠自動化設計以及施工提供必要的理論基礎與實踐指導。

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