火電廠主、輔控制系統DCS一體化應用研究

謝光++王遠平

【摘 要】簡述了火電廠主、輔控制系統的發展現狀，分析輔助車間采用一體化DCS的優勢，提出火電廠主、輔控制系統DCS一體化方案，并結合當前DCS一體化的應用現狀，提出應用策略及建議。火電廠主、輔控制系統DCS一體化是火電廠自動化設計應用的發展趨勢，是實現全廠管控一體化，建設數字化電廠，提高競爭力的必由之路。

【關鍵詞】DCS PLC 控制系統 DCS一體化

1 概述

隨著電力生產競爭機制的逐步形成，全廠數字化、乃至全發電集團數字化的進程正在悄然展開。火電廠主、輔生產系統的自動化設計正面臨著如何適應電力生產技術發展潮流的問題，面臨著如何通過改進運維管理方式實現減員增效、降低運維管理費用等問題。全廠主、輔控制系統采用DCS的模式逐漸成為了火電廠熱工自動化控制系統設計的主流，當前新建的火電廠中，全廠主、輔控制系統采用軟硬件一體化的DCS設計已成為一種主流方式。

2 國內主、輔控制系統現狀

2.1 主機控制系統現狀

一直以來，絕大多數火電廠的主廠房系統均采用DCS控制。采用爐、機、電集中控制方式，單元機組及公用系統合并設單元控制室。以兩臺機組為例：各單元機組分別設一套DCS，公用系統設一套公用DCS，公用DCS網絡通過通訊接口分別與兩臺單元機組相連。主機DCS功能包括DAS、MCS、SCS、FSSS、DEH及MEH等，能夠實現爐、機、電系統的集中監控。

2.2 輔助車間控制系統現狀

（1）由于各輔助車間系統的不同性，大部分輔助車間控制系統采用不同品牌PLC，更有部分較小的輔助車間系統還采用小型PLC+就地手操或組合儀表等常規控制裝置。造成了輔助車間控制系統品牌復雜，不利于設備管理維護，增加了備品備件難度。（2）為實現控制系統聯網，有的火電廠將部分輔助車間控制系統通過通訊組網，但由于通訊不穩定給維護及運行帶來了不小的困難；同時也存在現場值班點多且分散，輔助車間運行人員多，信息不能及時上傳，管理人員不能及時掌握設備狀況，應對突發事件的能力及手段較低等問題。（3）輔助車間控制系統一般由主體設備廠家配套提供，沒有統一的設計標準，各設備廠家都按自己的習慣設計，導致操作方式各異，容易造成誤操作。

3 主、輔控制系統DCS一體化的優勢

3.1 更好的實現全廠管控一體化

主、輔控制系統采用一體化DCS，使全廠控制系統聯網集中操控成為了可能，簡化了控制室布置，提高了操控水平；同時，統一的控制系統軟硬件平臺，使全廠自動化控制系統的結構清晰、功能明確，進一步提高了全廠自動化水平。采用一體化DCS，統一了邏輯組態、畫面組態環境，人機界面的針對性強，極大的簡化了邏輯組態以及運行操作，便于運行、檢修維護管理，提高工作效率，有利于提高管理維護水平及培養全能值班員的運行管理模式，更好的實現全廠管控一體化。

3.2 DCS的網絡通訊功能及可靠性優于PLC

PLC控制器采用主從式通信協議，整個網絡必須設一個通信管理主站來負責逐個查詢網絡上的控制器，以獲得實時數據和狀態。如果這個通信管理主站故障，整個系統通信會中斷。因此，PLC網絡結構復雜，可靠性差、協議轉換時反應速度慢，開放性較差。而DCS的誕生和發展則與計算機網絡通信技術密不可分，網絡通信能力強。DCS往往采用廣播和點對點通信相結合的網絡通信協議。任何掛在DCS網絡上的站點，都會實時將自己產生的數據和狀態信息用廣播方式發至網絡，以便實時獲得。DCS系統無需網絡服務器，無需通信管理站。同時，DCS可以提供多種標準網絡接口，可以同時與多個第三方控制信息系統連接。因此，DCS的網絡通信能力、可靠性以及系統開放性優于PLC。

3.3 性價比更優，經濟效益明顯

傳統火電廠一般只在主控系統中采用DCS，而輔助車間控制采用PLC，主要是因為此前DCS價格“昂貴”，而PLC價格比較便宜，可靠性亦能滿足要求，且普遍對輔助車間控制不重視。近年來，DCS的價格迅猛下降，與高端PLC價格相差無幾了。據某設計院近年來的工程應用統計，進口DCS的價格為平均每I/O點400～700元，國產DCS的價格更是在400元以下，而高端PLC+PC的每個I/O點平均價格在700元上下。但是DCS的可靠性、實時性等多方面的性能明顯優于PLC，所以說DCS有更優的性價比。

全廠主、輔控制系統DCS一體化經濟效益明顯，因為DCS一體化便于調整運行人員配置，實現一專多能的運行操作，起到減員增效作用；還利于不同系統間操作員畫面相互調用、減少操作員站配置、減少備品備件數量及種類，降低費用。

3.4 DCS控制站功能更強大，系統冗余能力更強

與傳統輔助車間PLC相比，DCS除具有開關量信號處理功能外，還有強大的模擬量控制組態功能，甚至有自適應控制、模糊控制、最優控制等現代控制理論算法模塊，可以解決火電廠的任何復雜控制課題，易用性更強，而這些都是PLC遠遠不能達到的控制水平。由于操作系統原因，PLC部件實現冗余的難度大、成本高，一般較少采用冗余配置。而DCS自誕生之日起便大量采用冗余配置技術，實現冗余非常方便，價格便宜，目前運行的DCS在控制器、網絡、電源等主要部分均采用冗余配置。

3.5 故障診斷能力強，便于事故分析

DCS獨具SOE功能、事故追憶功能、歷史數據記錄功能、更高級的報警功能等等，使其具有更強的故障診斷功能以及事故分析能力。

4 策略及建議

4.1 優化軟硬件配置及網絡選型

從設計階段開始就應做好軟硬件配置及網絡選型的優化工作，并將優化工作貫穿到整個工程項目中去。在監控軟件配置上，所有子系統的上位監控軟件采用統一產品，使系統兼容性好，方便組態、鏈接和實時監控、報警、報表、故障查詢、事故追憶等功能的實現。在硬件配置及網絡選型上采用統一產品及技術標準，系統設計采用雙網通訊、冗余電源及控制器等保證系統的安全可靠。通過優化以使DCS一體化的優勢得到最大的實現。

4.2 協調好各生產廠商、組態方及調試方的工作，加強聯絡管理

DCS一體化是近年才起步的，DCS生產廠商大都缺乏在輔控系統應用實踐經驗；而輔控系統供應商的傳統都是工藝與電控總包模式，其總包的控制系統基本上都采用PLC，比較缺乏應用DCS的實踐經驗；同時，由于輔控系統的組態調試一般由其工藝系統供應商總包負責，因此，負責主控DCS組態及調試的缺乏輔控系統的組態、調試實踐經驗。因此說，業主方要做好各方的協調工作，加強聯絡管理，建立一套完備、有效的聯絡、溝通、協調機制，確保充分溝通，為項目工程的順利開展打牢基礎。

4.3 加大培訓力度，提高運維管理水平

就目前國內的火電廠而言，要想使主、輔控制DCS一體化真正發揮作用，達到設計初衷，還有較長的路要走，DCS一體化的主輔聯合運行方式對管理水平與運行人員素質要求較高，要求是全能值班員的水平；同時，由于監控點面廣量大，特別是輔助車間工藝系統差別較大，主控人員往往不熟悉輔助車間系統，而輔助車間運行人員往往不熟悉主控系統；這都將給運維管理帶來了不小的挑戰。因此，需要加大培訓力度，需要負責運維管理人員較早介入到工程建設中來，積極參與工程建設，同時，還應該建立一套有針對性的、全面的培訓管理辦法，提高運行人員、檢修人員的技術水平及管理水平。

4.4 統一招標采購

主、輔控DCS一體化采用了相同的軟硬件，實行集中控制。由于輔助車間系統較多，且傳統的模式都是采用PLC控制并總包給各工藝供應商的方式，如果不采用主、輔控DCS統一招標采購的方式，將會給配置相同的軟、硬件平臺，以及控制操作的整合增加難度，甚至無法實現。采用統一招標方式，有利于統一人機界面設計及網絡構建，降低采購、設計、安裝及調試的難度，并能降低費用。

4.5 加強安裝、調試管理

采用主、輔控DCS一體化時，主控與各輔助車間往往需同時調試，這就要求協調好前期的安裝工作，為調試打牢基礎，同時也需要協調好調試工作，盡量不要造成相互影響，進而影響工程節點的進度。這就要求業主加強安裝、調試的管理協調工作，建立一套靈活、完善的管理制度，確定安裝調試工作的順利進行。

5 結語

采用主、輔控DCS一體化方式，統一了全廠的控制手段和監控方式，這是今后發展的趨勢。統一的DCS網絡控制，沒有了大量的協議轉換，系統機構更加簡潔，通訊速度更快捷，能實現真正意義的信息共亨。同時，采用主、輔控DCS一體化能夠提高全廠自動化控制水平，優化火電廠的資源配置，提高運行的穩定性和可靠性，降低熱工備品備件種類和數量，減少維護人員和費用，在經濟上節約投資，為全廠管控一體化打下良好的基礎，是建設數字化電廠的必由之路，為火電廠在當前競爭激烈的電力市場環境下提升競爭力提供了有力保障。

參考文獻：

[1]王斯葆.大型火力發電廠輔助車間控制系統選擇[J].科技創新導報，2012（10）.

[2]楊延超，等.火電廠DCS主輔一體化及輔控集中控制模式的應用效益[J].自動化博覽，2014（12）：96-98.

[3]錢培峻.超超臨界機組主輔控一體化控制的設計研究[J].華東電力，2010（7）.

[4]孫曉紅.電廠輔助車間控制方式比較與選擇[J].機電信息，2015（24）.