實現一種面向DCS控制下的工業電氣監控系統設計

伍時穎

實現一種面向DCS控制下的工業電氣監控系統設計

伍時穎

（江門市壹泰機電科技有限公司，廣東 江門 529000）

隨著中國電力電氣技術的迅猛發展，不同類型的電氣設備數量在工業現場中逐日增加，對設備的實行實時監測成為一個難題。DCS分布式控制系統在電氣行業的應用，使監控難的問題迎刃而解。大量的應用實踐證明，在未來的電氣行業發展中，DCS將成為工業電氣監控系統的核心技術。對DCS系統在工業電氣監控中的應用進行了論述，提出了電氣監控系統設計的整體思路，以期對今后電氣監控系統的設計提供有價值的參考。

工業電氣監控系統；DCS控制；系統設計；自動化監控水平

DCS控制系統是集網絡技術、通信技術、計算機技術、自動控制技術于一體的綜合控制系統。對存在的危險進行分散、對控制程序實施優化是該系統的典型特點。DCS控制系統的基礎是網絡通信，廣泛應用在工業系統的監控過程中，具備很強的開放性和計算機的多級性，應用的具體領域包括公共顯示儀表計算機、分布式控制、公共控制、集中管理等。本文以火電廠的電力生產為例，詳細分析基于DCS控制的電氣監控系統的應用以及設計思路。

1 DCS在電氣監控系統中的應用分析

1.1 DCS提升自動化能力的應用

近年，在火電站的電力生產中DCS控制系統的應用已經很普遍，幾乎所有的電力生產企業都安裝了基于DCS控制的電氣監控系統。因為DCS系統的特殊功能，電力企業“自動化孤島”的現象已經大幅度減少，同時也縮減了配套設備的采購數量和種類，自動化控制水平大大提升，企業效益穩步提高。DCS系統在不斷升級，已經具備完善的集成功能，包括DAS、MCS、FSSS、SCS等，還包含汽機緊急跳閘、電氣控制系統、汽機數字電液控制以及輔助進行車間控制等諸多功能，這些功能完全可以保證復雜條件下生產運行中設備和機組的穩定和安全。目前，一些新的火電站在采購設備時，汽輪機的固定配套設備的首選是DEH，而與PLC形式進行配置的是對獨立性和速動性很高的ETS。這種現象表明，DCS在應用過程中會產生和相關分系統軟硬件的不協調的現象。因為控制系統不一樣的采購渠道，設備的性能和接口存在不一致的問題，由此產生的“自動化孤島現象”，會嚴重影響DCS系統性能的提升。在傳統的電氣控制中必須具備很多的監控運行節點，節點之間經常聯系不暢通，數據交換不及時，同時設備檢修過程中需要的配件種類和數量繁雜，不僅在管理上相對困難，更會產生很高的維護成本。所以，DCS技術的應用可以解決上述問題。

1.2 DCS分布式控制系統的功能分析

現今，電力企業的電工專業對DCS的應用已經很成熟，完全可以實現電氣、機械和鍋爐一體化以及全流程的控制功能，為集中監控奠定了硬件基礎。分布式控制系統已經突破傳統的另一個表現是，電力企業重要控制系統軟件和硬件集成已經在DCS中實現。以往的模式中，在采購汽輪機時，廠商在提供相應的硬件時還附帶一套獨立的DEH控制系統。但基于電力企業內設備增加，要想真正把不同設備之間通信成本降下來，應該考慮控制的集約化。很多大型電力生產企業曾嘗試用DCS與DEH系統實施集成管理軟件和硬件。但由于種種因素，項目的實施并不順利。直到2010年后，一些汽輪機廠商才推出了DCS與DEH兼容的控制系統，解決了困擾電力系統多年的問題。如今，DCS系統已經完全將發電機變壓器組和輔助電源、DEH和ETS系統集成到自己的系統中，實現了對電氣監控系統的全方位控制。

1.3 DCS在脫硫和脫硝系統中的應用

隨著越來越高的環保要求標準施行，環境部門對火電廠為主的電力企業提出了更高的煙氣排放要求，由此，一些電力企業在安裝脫硫設備時，也自覺地安裝了煙氣脫硝設施，以最大限度地減少廢氣中的硝化物的含量。在脫硫過程中，與DCS系統的兼容程度還不夠，從系統結構進行分析，不管是干法和濕法脫硫，還沒有和DCS進行系統兼容，但兩者之間的關聯是一個電氣接口。而在電力生產過程中有兩種電煙氣脫硝技術，即有選擇性的催化和非催化還原法。另外，并沒有在脫硝裝置中安裝檢修旁路，在專業分工上，熱工值班人員負責脫硝裝置的監控與維護。至于怎樣探索DCS與脫硝裝置實施結合，關鍵取決于以下兩方面的原因：脫硝設施的結構與控制措施和脫硫裝置存在很大的差異性；DCS的服務供應商沒有開通脫硝裝置的業務，而且項目集成經驗嚴重缺乏，雖然部分供應者具備一些經驗，但也很難實現系統合并任務。所以，要想實現脫硝裝置和DCS的控制兼容，還需要進行很多升級改造。但從未來的角度思考，為了創造電氣設備集中監控的方便條件，就算脫硝設備依舊是一套自己的控制體系，但也必須增設I/O接口，真正實現和DCS系統的工作聯通，DCS的技術員對脫硝裝置直接監控。

2 DCS控制下的工業電氣監控系統總體設計

2.1 軟件結構的設計

2.1.1 子系統的人機界面

線上和線下是該系統的兩個組成部分。線上的實際功能為對現場電氣設施實時監控，對系統的控制信息和其他實時數據進行及時顯示，確保監控技術人員通過顯示屏監控現場設備的工作狀態。線下部分特殊功能是對監控系統實施組建配置以及繪制圖形，從而科學配置自定義的界面。

2.1.2 子系統的實時操功能

該系統負責對電氣監控系統和工作站的實時通信的狀況進行實時監控，其詳細操作包括屬于基礎服務范疇的維護信息、檢測數據、信息分析及控制指令等。

2.1.3 子系統的報表管理

該系統具備控制與管理系統數據庫的功能，工作內容是對繁雜數據的輸入輸出，同時對顧客需要的數據統計報表進行制作。

2.1.4 子系統的數據庫配置

該系統是電氣監控系統的核心構造，主要功能是把基礎運行數據提供給實時監控功系統，并且以數字化的方式清晰記錄站內眾多模擬量，有針對性地進行儲存，方便技術人員查閱。

2.1.5 子系統的高級應用

該系統是以網絡化為基礎的電氣監控系統的應用，主要是構建網絡化的監控系統，促使主站的很多功能都可以在電氣監控系統中合理應用。軟件結構中的幾個重要功能模塊如圖1所示。

圖1 軟件結構

2.2 硬件結構的設計

電氣監控系統的硬件由4個層級構成，如圖2所示。測控層在最底層，該層次包括被監測的現場電氣設備。而前置機在測控層的上面，其主要功能是對測控層的相應電氣設備進行有效的保護，并且準確分析處理與測控層之間的數據信息。管理層可以通過ＲS485總線接收該信息，然后管理層可通過工以太網與電氣主站進行數據傳輸。

圖2 基于DCS控制下的工業電氣監控系統硬件結構

3 結束語

顯而易見，隨著現代電力電氣技術的整體發展，電力工業的電氣無論是數量還是種類都在顯著增加，但從整體狀況看，在發電站的電力生產過程中自動化監控水平還有待提高，工業現場無論是軟件還是硬件設施都存在不協調的現象，對管理水平和生產效率都有不良的影響。而DCS系統在工業電氣監控系統中的廣泛應用，基本解決了電氣系統監控不到位的難題。并且可以預見，在未來的電力電氣發展中，DCS控制下的工業電氣監控系通過更科學合理的設計，為工業生產作出貢獻。

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TM727.3

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10.15913/j.cnki.kjycx.2020.08.052

2095－6835（2020）08－0120－02

〔編輯：嚴麗琴〕