DCS在電廠熱工控制系統中的應用分析

遼寧大唐國際阜新煤制天然氣有限責任公司 王渤添

1 DCS 的特點及其在電廠熱工控制系統中的應用優勢分析

1.1 DCS 及其特點分析

DCS 的最早應用開始于上世紀八十年代的美國，并在工業技術發展中得到不斷創新和優化。隨著DCS 系統的應用與不斷優化和完善，使其在各項應用實踐中的經驗積累也越來越豐富，同時開始向其他應用領域不斷的拓展和深化。如，火電廠鍋爐以及汽輪機熱工控制、發電機機組發電與配電、供電中均有對DCS 的應用。當前我國對DCS 系統的研究和應用中，逐漸實現了對DCS 控制系統成套應用方法的把握，并為DCS 控制系統的不斷優化與完善提供了良好支持。由于DCS系統本身具有較高可靠性，其系統的監督功能與拓寬性較突出，在實際應用中進行編程設計的便利性也十分顯著，系統維護方便，因此十分受歡迎。

可靠性顯著。DCS 系統是以DCS 結構為基礎，以系統的可靠性為目標進行設計和開發的系統工程，其構造需通過DCS 系統的功能及DCS 系統的結構等因素進行表現，該系統在具體運轉過程中，即使有效設備存在故障情況，其他設備也能維持正常運轉，從而實現對DCS 系統運行的可靠性保障[1]。此外其系統中的一些關鍵設備還進行冗余配置設計，通過在系統的控制器及通訊設備、電源等結構中進行冗余設備配置應用，為系統運行的可靠性提供更加完善的支持。在系統運轉過程中一旦主要設備發生故障，就能通過備用設備進行替換并堅持穩定運行，從而對整個系統運行的連續性及其系統運行應用效率的提升提供保障。

監督功能與拓寬性表現較好。DCS 系統中，通過良好的人機交互界面設置，在系統運行與現場操作過程中可通過高智能操作員站進行實現，并利用人機交互界面對全部操作進行直觀監測，以達到良好的系統控制和運行效果。此外，DCS 系統中的遞階數據通訊網絡系統是由集成化程度較高的硬件以及相關模塊化設備接口、具有較高靈活性與標準化特征的系統等組成，在系統設計中實現了通訊結構的分層化，因此，對DCS 系統的拓寬功能表現創造了更加有利的條件和支持。

維護方便、編程操作較為簡單。DCS 系統在具體應用中，能夠通過自動生成文件的功能碼控制組態以及控制圖形界面進行有效編輯和修改操作，因此其編程操作相對簡單，且編程設計的質量也十分可靠。此外DCS 系統的處理結構中還具有自我診斷功能，在系統運轉過程中，其自我診斷程序也會隨之運轉，這種功能設計與作用效果，使DCS 系統的維護操作更加便利，在系統運行中進行維護的時間也相對較短。

1.2 DCS 在電廠熱工控制系統中的應用優勢

DCS 系統的結構設置是以局部控制獨立運行的工作站模式為主，且各工作站間的信息通訊與連接是通過局部網絡通訊進行支持，而在系統功能設置方面是以分層遞階控制作為主要控制模式，在具體控制和運行中能夠和更上一級的計算機以及網絡系統進行通訊和連接，因此，將DCS 應用于電廠熱工控制系統中，對電廠發電機組的數據采集以及數據處理、生產過程與邏輯控制、生產監督與報警、設備聯鎖與保護實現、電廠員工的操作管理能力等，均實現了優化和提升，被作為現階段我國電廠熱工控制系統的主要方式進行應用，取得了較為顯著的作用效果。對DCS 在電廠熱工控制系統中的應用優勢，可通過以下方面進行分析。

強大的兼容性。電廠熱工控制系統中，大型的火電廠發電機組運行中需要控制對象數量相對較多，具體情況也十分復雜，具有較為突出的控制對象延遲性大以及干擾源多、非線性、控制參數較多且存在相互干擾等特點，導致電廠熱工控制系統的具體設計難度較高。而DCS 技術在電廠熱工控制系統中應用，能通過DCS 的特征優勢發揮實現一些更為高級和復雜的控制設計，其中包含自適應控制以及模糊控制、預估控制、非線性控制、神經元控制等，對整個電廠發電機組的自動控制得到優化和提升。

全程化監控模式。多項實踐驗證，DCS 在電廠熱工控制系統中應用，能對其系統運行的安全性與可靠性進行保障?，F階段我國電廠的熱工控制系統設計中，由于多數后備監控設備的取消，只少數能夠進行緊急停機的開關保留，從而使未來的火電廠發電機組運行中逐漸向著廣泛接受和應用全CRT 監控技術方向發展；另一方面，隨著DCS 系統中大屏幕顯示技術的應用，促進了DCS 技術支持的電廠熱工控制系統人機交互界面及其功能改善，同時實現了熱工控制系統的簡化，使其監控人員數量明顯減少，系統建設的投入成本得到控制，但電廠運行安全性以及經濟性明顯提升。

能實現輔機DCS 控制。隨著DCS 技術的應用與研究發展，當前已逐漸實現在大機組上進行DCS應用的技術和條件，如，在電廠熱工控制系統的輔助系統中，像運輸煤、除灰、除渣、化學水處理集中控制等系統結構，在具體設計中就通過不同的技術方案應用使輔助系統和主機DCS 相互連接，采用較為集中的技術方案進行設計和應用。此外，在DCS 系統與輔助系統的相對集中設計基礎上，通過進行主機DCS 與SIS 連接設置，也能起到較好的輔助系統DCS 應用，以及整個系統控制的技術水平提升等成效。

遠程智能I/O 功能。現階段，在電廠熱工控制系統中，通過對DCS 技術應用能借助DCS 技術產品的遠程智能I/O 裝置，滿足熱工控制系統運行的有關功能作用和需求。其中，DCS 技術產品中的遠程智能I/O 裝置在具體設計中是作為一種獨立的系統裝置，通過智能前端以及現場通訊總線、計算機適配器等不同結構組成，智能前端在遠程智能I/O裝置中，是作為一種測控裝置在生產現場進行安放與設置應用，在DCS 控制系統運行中具有A/D 與D/A 轉換支持以及濾波、熱電偶、熱電阻測量與變換、PID 控制等功能作用，實際上也是一種現場總線產品[2]。

此外，DCS 系統中，現場通訊總線是以全數字串行作為通訊的主要方式，能夠實現點對點以及點對多點等工作方式支持，并能夠實現廣播式與主從式工作支持，和現階段在通訊系統與工程領域中應用較為廣泛的現場總線產品相類似。DCS 遠程智能I/O 的通訊適配器結構模塊，在系統運行與遠程智能I/O 功能支持中，對整個系統網絡具有統一協調與管理作用，能夠實現和主控系統之間的信息交換。有多項應用實踐驗證顯示，DCS 遠程智能I/O 裝置的設置和應用，對DCS 系統的安全性與可靠性提升不僅具有較為突出的作用和影響，而且使其具備了現場總線的更多特征和優勢。

2 DCS 在電廠熱工控制系統中的應用研究

2.1 電廠熱工控制系統中DCS 應用的目的分析

電廠運行中，通過確保電廠的日常工作運行狀況與社會經濟發展需求相互適應，并實現電廠的各電氣技術系統優化升級，不僅能對電廠運行的安全性、穩定性與可靠性進行提升，而且有利于促進電廠電氣系統的正常運行。對電廠熱工控制系統中DCS 技術的應用及其主要目的，可從以下方面進行分析。

有利于促進電廠電氣系統運行的穩定性和可靠性提升。電廠電氣系統運行中，通過對DCS 技術應用來實現其系統的升級和改造，從而對電廠電氣系統運行的安全性和穩定性進行優化提升。此外，DCS 技術在電廠電氣系統中應用，能夠使工作人員通過終端操作對電廠電氣系統的較為復雜操作環節進行控制實現，并在智能化終端支持下實現整個電氣系統運行的有效控制，達到較好的電廠電氣系統運行和控制目的[3]。

有利于實現電廠電氣系統操作的復雜性簡化，減小其對電廠電氣系統運行效率提升的不利影響。由于電廠的電氣系統操作本身具有一定的復雜性，導致其在具體運行和應用中的工作效率相對較低。而DCS 系統在電廠熱工控制系統中應用，能促進其計算機智能控制范圍強化，從而在整體控制的操作和支持下，對電廠電氣系統的集控運行目標實現進行支持。此外，利用DCS 系統還能實現電廠電氣系統中的原有系統操作集中化與系統化設置，從而有效減少工作人員的工作量，使其通過計算機遠端操作完成電廠熱工控制系統控制。

有利于促進電廠電氣自動化操作實現和控制水平提升。電廠電氣自動化操作中，是以DCS 系統作為一種有效途徑。在電廠電氣自動化操作與控制中，通過DCS 技術應用所提供的監控模式，不僅能促進電氣系統各運行環節的監督和控制水平提升，且有利于促進電廠電氣自動化操作的進一步完善，具有十分顯著的積極作用和優勢。因此DCS 技術在電廠熱工控制系統中應用，具有十分突出的必要性和重要意義。

2.2 DCS 在電廠熱工控制系統中的具體應用

對DCS 在電廠熱工控制系統中的應用分析，需從電廠熱工控制系統的硬件管理與維護以及系統的現場總線布置設計、高速網絡通信技術應用、火災自動報警系統與防排煙設施配電線路的防火設計等方面進行分析。

電廠DCS 系統硬件管理與維護分析。電廠DCS系統運行中，其系統輸入與輸出模塊故障等，均是利用系統的自我診斷功能模塊得以發現，在系統硬件故障情況下進行模塊更換即可完成故障處理。但在實際應用中，由于電廠DCS 系統的一般工作人員對有關電氣儀表的最新技術掌握不足，從而在系統運行與維護管理時，不能對其內部元器件老化等導致熱工控制模塊故障及時發現與處理，而多數情況下電廠DCS 系統運行中，其輸入輸出模塊的故障問題多發生在運行和調試階段，因此在具體維護中需針對整個模塊進行維修和處理[4]。此外，在電廠DCS 系統的現場設備故障維護中，一旦發現設備故障，不僅需在第一時間對其故障進行排查，還要根據故障排查報告開展有效的系統維修和處理。

現場總線布置設計與DCS 應用分析。現場總線布置設計在電廠熱工控制系統中具有十分重要的作用和影響[5]?，F場總線布置中，應從主從架構及多點數字通信特征等因素層面，進行一套從數據鏈路層至網絡物理層、應用層的整體通信協議建立，以實現控制系統和現場智能設備的有效連接，構成局域工業控制通信網絡。DCS 系統和現場總線布置相比，不僅維護成本較高，且存在接口的兼容性較差等缺陷，需在具體設計和應用中引起重視。

高速網絡通信技術的應用。DCS 系統是以互聯網技術為系統建設的核心支持，通過對高速網絡通信技術應用進行DCS 系統建立，不僅能促進其網絡質量改善，且有利于保障其網絡數據傳輸的穩定性。如，電廠集散系統運行中，受以太網延遲的不確定性及網卡溢出、網絡風暴等問題影響，導致其集散系統的數據傳輸與運行質量也明顯降低，尤其是隨著電廠的生產規模擴大及集散系統控制情況日益復雜，上述問題及影響也會越來越突出。因此，采用DCS 系統進行電廠熱工控制系統設計中，就可在原有的以太網基礎上，利用網絡流量控制技術進行網絡流量數據收集和分析，從而實現相互適應的流量模型建立，以有效分析和掌握其局域網數據流量變化，結合DCS 系統的運行需求，對數據資料進行實時采集和實現計算機系統運行流暢性保障。

3 結語

總之，對DCS 在電廠熱工控制系統中的應用進行研究，有利于促進對DCS 特點及其應用優勢的充分了解和掌握，從而在電廠熱工控制系統設計中進行合理應用，有效滿足電廠熱工控制系統的運行要求，提高其系統運行控制的精度與操作價值。需注意的是，以DCS 技術為支持的電廠熱工控制系統在具體操作中，不僅需要有關人員結合電廠管理的實際要求對其應用策略進行不斷優化和完善，而且需通過對其應用要點的準確把握與控制，促進DCS 系統及其在熱工電廠控制中的應用優勢和運行能力提升，推動我國電力事業的健康與持續發展。