DCS控制系統在電力系統方面的應用

王喜燕 索娜

摘要：新時期新經濟形勢下，隨著我國社會經濟的持續增長，各產業部門生產方式也在逐步轉型中，作為推動工業發展的基礎性產業，電力產業的發電及服務質量凸顯得越來越重要，人們也開始逐漸重視電力行業的發展，在這種經濟環境下，DCS控制系統的研究也備受關注。在實踐應用中，DCS控制系統是發電廠、變電站等電力系統得以穩定運行的核心關鍵環節，DCS控制系統性能的優劣，在很大程度上直接關乎著整個發電機組的安全運行狀況。據此，重點從DCS改造設計層面出發，簡要探討分析DCS控制系統在電力系統中的嵌入與應用。

關鍵詞：DCS控制系統；電力；改造設計；數據采集系統

中圖分類號：TB

文獻標識碼：A

doi：10.19311/j.cnki.16723198.2016.13.099

1 DCS控制系統的功能

DCS-（Distributed Control System）是一種分散式的控制系統，在我國業內，一般將其稱之為“集散控制系統”。在其系統內部設備技術構造上，包括計算機-（Computer）、通訊-（Communication）、顯示（CRT）、控制（Control）等技術，該4C信息技術，集中體現了一種控制思想，簡單一點講就是分散控制、分級管理、集中操作，最終實現靈活配置。DCS控制技術目前被廣泛應用于各工業生產領域，比如化工廠、電廠等。

在工業生產領域應用中，DCS控制系統的功能主要包括四類，分別是DAS功能（數據采集控制）、SCS功能（順序控制）、DEH功能（純電液控制）、FSSS功能（爐膛安全監視）。其中，DAS控制系統的功能作用主要體現在對數據信息的收集、處理，在過程中包括CRT顯示、信號預處理輸入、安全警報、事故順序記錄以及人機遠程聯系控制等；SCS系統的功能主要作用于汽輪機給水泵層面上，內部兩項功能分別是減溫水電動門控制、輔機保護等；DEH系統的功能，重點在于急速掛閘、暖機，或者升速控制等；FSSS的功能，即安全監視，包括磨煤機啟動，機組關停控制，爐膛吹掃等，最主要的是可以快速火檢冷卻、鍋爐報警。

2 實例探究——以北方XX電廠#2機組DCS系統為例

2.1 機組DCS控制系統現狀

XX電廠#2機組，在2002年A檢時，對整個控制系統進行了重新改造設計。在當時電力控制系統改造設計過程中，最終所選用的控制系統是北京日立華盛控制公司研發設計出來的HIACS-3000，由于該控制系統屬于上世紀八九十年代研發的產品，在技術層面上，以及控制思想設計上都比較落后，存在部分技術上的缺陷，因此經常出現POC站死機的情況，并且網絡通訊速度相當緩慢。與此同時，該機組包括主控制器、從控制器在內，設備本身性能上就存在一定的缺陷，并且它們在后續運行與相互切換的過程中，經常發生內部數據信息傳輸錯誤或者數據跟蹤錯誤、數據丟失等情況。除此之外，還包括其他一些問題，比如電源配置結構不完善、控制系統警報設計失靈、系統自動診斷故障的效率與能力較為低下、CRT操作存在失靈情況、H-3000系統控制器可靠性較差。

該機組及相關輔助設備在改造設計前運行情況介紹如下：首先該機組總控制系統選用的為HIACS-3000，同時，該控制系統在日常運行過程中，所選用的控制器為HISECO4-M/F。數據處理中最快運算周期為50ms，網絡配置為雙層，在信息傳輸連接層面，主要是在中間以網絡橋接的形式，通訊速率為0.5Mbps。

2.2 DCS電力控制系統改造設計

首先，制定并選擇DCS控制方案。在DCS控制系統改造設計方案選擇中，備選了兩套方案，即兩套DCS控制系統，經過綜合考慮分析，最終選用了由艾默生過程控制公司研發設計的控制系統（Ovation）。在#2電力機組DCS控制系統的改造設計當中，本次所選用的系統（Ovation）是一種集合了4C技術的最新型集散控制系統，內部安裝的奔騰處理器設備。基于技術上的完善化，該控制系統首先解決了之前所存在的網絡通訊問題、數據傳輸丟失和錯誤問題，以及容量存儲空間不足等問題，其優勢就是高網絡速度、高容量。在站點設計層面，其主要包括有歷史站點、工程師站點、SIS接口站點、智能設備管理站點等。該DCS控制系統的控制站，主要由以下部件來組成，即機柜、I/O模件、電源設備、控制器，其中，每一個機柜內部都安裝設計了32個I/O模塊。

其次，系統結構、控制器、DAS改造設計。在系統結構設計層面，DCS控制系統主要采用的是FDDI高速光纖網絡，將其設計為控制級網絡，同時，系統內的控制站，其功能處在獨立狀態，與其余各站點建立網格式的協助關系，詳見圖1。

在基本控制器的設計與使用層面，如圖1所示，使用的是H-5000M高速控制器，性能穩定、運行可靠、數據傳輸更加快速，完全可以滿足機組設備運行工作與生產發電的需要。在編程控制方面，嵌入的是超高性能的R-600CH編程處理器，同時選用的CPU嵌入了4C技術。

在DAS（數據采集控制系統）改造設計層面，#2機組DCS控制系統內部結構經過重新改造設計之后，DAS功能包括有顯示功能、記錄功能、歷史數據存儲功能、歷史數據檢索功能，最為關鍵的一項核心技術則是機組在運行中，實時獲取到的數據指標可以在線對其性能進行計算，而DAS系統在線性能計算出來的結果，能夠在CRT上予以實時顯示出來，并且可以打印記錄。

3 結語

進入到二十一世紀以來，伴隨著社會經濟的快速發展，以及工業總產值、總規模的不斷壯大，國內電力產業的發展也取得了一個新高峰。現階段，隨著國內電力行業產業化深度改革，市場競爭也日益加劇，在這種情況系，各電力企業也逐漸將經營管理重心傾向技術研發與創新層面，與以往單純注重企業市場利潤，將發展的重點轉向對生產過程的控制中來。因此，當前國內電力企業更加注重對生產過程的監視，在這種情況下，DCS集散控制系統的性能要求也相應的提升，從之前就地控制階段發展成為現在的集中控制階段，尤其是在當前新知識經濟時期，集中控制階段正逐步升級為計算機控制階段。

參考文獻

[1]張鵬軍，李平康.基于主元分析的火電廠DCS監視控制系統優化研究[J].現代電力，2008，25（3）：6468.

[2]王建收，申健.火電廠DCS控制系統故障的應急處理及預防措施[J].中國電力教育，2013，（5）：229230.

[3]張春生.DCS控制系統在電廠化學水處理過程中的應用和研究[D].保定：華北電力大學（保定）華北電力大學，2011.

[4]閔浩，蒲曉斌.125MW機組DCS控制系統的優化改造[J].中國電力，2010，（Z3）：3945.