分布式計算機控制系統DCS特點及在火電廠自動化控制中的應用

李選慧LI Xuan-hui

（國家能源集團諫壁發電廠，鎮江 212000）

0 引言

在國家經濟的發展過程中，電力系統的作用是非常關鍵的。在科技的不斷進步背景下，火電廠對其控制系統的要求也越來越高，因此，其已經不再是單純依靠一般的儀表來實現日常的生產與檢測就能實現的，并且在對電力系統進行調配與科學的管理進行有效完善方面也不再滿足。通過采用分布式計算機控制系統DCS可以解決上述問題。由于DCS的迅速發展，其應用得到迅速普及。

1 DCS的產生背景

1.1 計算機集中控制具有一定的弊端

由于計算機控制的集中性，成百上千個回路都需要被一個計算機控制，如計算機出現了一定的問題，系統的運行狀況就會受到阻礙，進而影響系統的運行，降低系統的可靠性。安全起見，運行中通過使用雙機的模式，可以將系統的可靠性予以提升，但是，這樣做會增加運行成本。在工業化高速發展的上世紀70年代，使得生產不斷壯大以及過程不斷復雜化，其中主要以石油化學工業為代表。但是這導致了發生事故的頻率加劇，采用集中控制的方式，在事故發生時可以使生產中斷，因此，在生產過程中，計算機控制系統的可靠性顯得尤為重要。

1.2 生產過程日益提高的要求

正常的模擬式調節儀表在進行生產過程的系統控制方面具有較多優點，操作與維護比較方便，并且不需太高的成本投入，但是可靠性卻不是十分樂觀。在生產的不斷發展下，模擬式儀表的弊端日趨明顯，在進行多變量解耦控制的操作以及其他比較繁瑣的控制規律控制方面，其性能顯得不再合理。其控制精度已經不符合生產要求，在生產工藝不斷優化以及生產規模不斷擴大的背景下，會增加較多的儀表控制系統，這樣控制室的儀表屏就會隨之增大，在進行系統的顯示與具體操作過程中，就會越來越困難。每個系統之間進行通信聯系也顯得比較困難，而且在出現變更生產工藝的需要時，儀表就要進行變更與調解。針對上述問題，通過使用計算機控制系統就可以解決，其不但可以解決控制規律比較復雜的情況，各個子系統之間進行通信的情況也能得到解決，而且有效提升了其控制精度，并且能夠實現集中顯示與操作。

2 DCS自動化控制的特點

分散控制系統，簡稱為DCS。從1975年發展開始，其發展歷程也是十分漫長的。它主要是通過計算機實現綜合控制。DCS控制系統是將“聚”與“散”相結合，主要包括對操作、監視以及管理進行集中管理與控制，此外，還能實現以上內容的分散控制。通過采用微型計算機，DCS系統在功能上分散化與階層化。隨著科學技術的推進，控制中心與各個子系統之間的聯系更加緊密，在動作與指令的執行方面更加協調。

DCS是微型的應用處理器，將計算機控制系統中的計算機技術、通信、控制以及網絡技術集中于一體。其主要組成部分為操作站、通信網絡以及控制站，操作站的主要作用是對現場的參數實現監視，而且在授權的情況下還可以使工程師站得以實現，并且實現系統的維護與組態等功能；通信網絡的作用是保障系統的運行，確保網絡更加真實可靠，并且具有可擴充性。DCS主要以控制站為依托，如果出現無網絡的情況，可以對企業的生產實現控制，確保生產的有序進行。其特點總結如下：

①可以實現對系統優化后的人工智能、自動適應、推理預測以及專家系統等要求，并且能夠實現智能化的發展目標。

②由于之前的系統構成比較簡單，在生產需求的不斷擴大下，可以實現集管理與控制于一體的綜合系統，從而保障DCS的現場與系統通信之間實時準確以及全面的契合。

③DCS系統能實現與數字視頻技術、無線網絡技術以及容錯以太網相結合，這樣在現場中出現故障的時候可以進行直接操作處理，并且可對操作進行實時監控，以及校驗儀表，在進行操作與維護過程中，銜接更加順暢。

④采用無底版模塊結構的技術，從而確?？刂普靖影踩煽颗c穩定。

3 火電廠自動控制系統簡介

3.1 軟件設計

為了便于用戶操作，在工藝流程圖中需要實時顯示監控畫面，包括分爐分倉計量與煤量位置煤位等，并且在出現系統故障報警時能夠對警報進行實時顯示，并可以生成報表，查詢歷史數據，同時實現選擇工藝流程的一些功能，在對火電廠自動控制系統軟件進行設計的過程中，設計方法為組態式，編程語言為高級（C++、VB、VC）而且全面利用Win-dows視窗技術，通過圖形的方式使用戶在操作與管理過程中更加便捷，通過選線棒對工藝流程進行甄選，也就是從對煤源的選擇開始，到運輸路徑，最后到目的地的方式，確保操作與管理方面更加便捷，以及取得最佳的視覺效果。其特點如下：操作可靠，在選擇流程、開放式操作以及應對故障、配煤環節中更加方便靈活；將整個工藝流程的畫面呈現得更加直觀，并且能夠隨時查看或者打印系統的運行狀況，使得管理更加方便快捷。系統框架圖見圖1，其系統構成見圖2。

圖1 火電廠自動化控制系統設計框架圖

圖2 DCS系統構成

3.2 自動控制內容

火電廠在進行發電作業中，自動控制主要有以下幾點：

自動檢測：對一些物理與化學參量實現自動檢查與測量，并且對生產設備中反應出的工作狀態數據實現自動檢測，以上數據能夠實時體現生產過程中的具體狀態，并將這些數據作為生產中的狀態正常與否以及發展趨勢的依據，從而對后期生產過程中出現的狀況進行科學調整，確保正常生產。

自動保護：一旦出現事故，系統將會自動啟動保護系統。這樣能夠有效避免事故出現進一步蔓延的情況，從而對生產設備起到了一定的保護作用，使其破壞程度得到有效降低，保障系統運行更加安全可靠。

順序控制：對系統的程序與運行條件進行提前設定，在滿足預設好的運行條件與運行程序后，系統將會自動操作設備，確保系統運行的準確性，并且從根本上降低了人力操作。

自動控制：也被稱之為自動調節，功能在于如果出現生產過程脫離所設計好的程序后，系統將會自動對運行情況進行調整。

火電廠自動控制系統比較復雜，并且需要龐大的數據支撐，想要實現同步控制主機與輔助設備，所使用的控制方式也有一定的差異，并且系統的內容與結構也不盡相同。因此需要具體分析與研究控制系統各個模塊的組成，從而實現單獨控制的目的。

4 火電廠DCS自動化控制設備的應用

4.1 安裝環境的選取

對DCS安裝環境的科學控制，是火電廠實現自動化控制的先要條件，因設備使用周期會受到安裝環境的影響，設備是否運轉良好以及發揮情況如何，將受環境的直接影響。如果安裝環境不能達到標準，DCS自動化控制系統出現故障的頻率就更高，影響火電廠的發電效率，所以，在進行安裝過程中，DCS設備一定要確保其安全與穩定性，安裝環境顯得尤為重要。

我國大多數的火電廠都為原料導向型，也就是說與原材料產地比較近，設備的運轉過程中，會受到火電廠生產環境的影響，同時，DCS自動化控制系統與相關設備的安全與穩定行都會受到一定的影響。因此，在進行安裝過程中，在安裝環境的選擇方面，應盡量做到科學合理，還需要對安裝環境進行必要的優化與完善。具體為，在安裝設計前，應根據環境中的土建工作進行合理規劃，以保證土建與環境相協調，確保相關的土建工作以及廠房的建設已經完成，方可進行設備的安裝。對自動化控制設備進行安裝的過程中，由于空氣中可能有粉塵的存在，其將對設備信號產生干擾，需要對空氣中出現的粉塵進行有效處理，盡量將粉塵含量降至最低。在相關的實踐可以看出，如果設備的安裝與土建工程同時進行，雖然縮短了施工工期，但是，設備運行的故障將會更多，對火電廠的安全性造成一定的影響，并且大大縮短了設備的壽命周期。在安裝DCS設備時可以憑借越來越高新的除塵技術，將空氣中的粉塵對設備的干擾降到最低。最后，在進行安裝工作中，還要合理選擇安裝的位置，防止因位置原因而干擾設備的正常運轉。

4.2 硬件環境安裝的選擇

DCS自動化控制系統具有較強的綜合性，因此在進行安裝與調試過程中，其硬件的選擇是非常重要的，這是確保具有較強的信息化與智能化的前提。因所需的硬件需要完全匹配于系統中，所以涉及到的電子設備要求精密度比較高，并且在應用環境中也要求達到一定的標準。強磁場、環境的濕度與溫度也會影響DCS控制系統，并且會對系統的使用壽命造成嚴重的影響，降低系統運行的效率。綜合以上因素，在安裝系統過程中，應該選擇防潮除塵的環境，還要求在50m范圍內不得安裝具有較強電磁設備的位置，防止因強電磁對系統運行造成不良影響。完成硬件安裝工作后，對設備的各個部分進行調試，確保后期設備運轉更加流暢，進而實現系統間自動化控制。

4.3 順序控制系統

操作系統的程序通過順序控制得到了一定的簡化，運行人員在進行操作時，不需要浪費太多的時間，就可以通過對幾個按鈕，甚至一個按鈕，來實現整個系統的運行或者停止。在條件滿足運轉的情況下，通過系統的自動化判斷，對系統實現自動啟停與轉換的操作，操作人員通過簡單的按鈕就可以實現控制與轉換，并且對系統顯示信息進行選擇，比如故障或者報警信息；程序自檢，可以實現在一定時期內對程序進行自動檢測，判斷其當前狀態的正確與否；程序保護，在系統出現故障時，可以實現自動中斷功能，并且在系統恢復正常后，可實現系統的自動恢復（見圖3）。

圖3 火電廠順序控制系統流程圖

4.4 電纜敷設

由于DCS自動控制系統運行功率較高，所以加重了電纜的載荷，所以，在系統安裝前，需要對電纜方面進行高度關注，確保所設計與敷設的電纜確保日后自動化控制系統高效運行。首先，應該對是否為系統屏蔽信號進行判斷，確保DCS系統信號源不被無信號源干擾。其次，對電纜進行敷設時，應確保一致性，對強電纜與弱電纜進行有效區分，在進行敷設時也要分開實施，防止二者之間出現交叉搭設而造成不良后果的情況發生。最后，在對電纜進行敷設時，應按照由強到弱的順序進行，即使磁場環境不是較強，也要確保導線具有良好的絕緣效果，連接處不得涉及潮濕與遇水的情況。

4.5 對接地的要求

接地在火電廠DCS系統運行中起到了極其重要的作用，因此應確保接地規范，結合大地零基準帶壓點與設備的實際情況，正確選擇接地模式。因DCS控制系統在運行中的電流較大，所以在接地過程中需要單獨使用，這樣系統就會更加獨立，電流在進行傳導過程中的速度就會更快，防止了電流載荷較大的情況，從而有效將風險予以降低。將接地系統單獨進行，在連接過程中，可有效實現屏蔽的情況，從而對DCS系統起到保護作用，在對干擾信號進行屏蔽以及抵抗的能力方面能夠得到有效提升，從而確保系統安全與穩定的運行。

5 DCS自動控制系統的未來展望

在科技的不斷進步下，新產品層出不窮，軟件的功能也出現日新月異的變化，其表現得更加靈活而且更加強大，因此在工業自動化的背景下，DCS需要進行不斷升級與完善，并且其不斷向各個行業進行擴大，因此，設計方案與系統的功能就會受到越來越高的要求，使其更具優勢，在各個行業的廣大用戶的不同需求下，變得更加專業。這樣成為日后DCS廠家的發展方向與競爭目標，此外，也是其從中獲利的主要動力。

6 結語

在不斷的發展與優化下，DCS系統在結構與功能方面越來越完善，但是后期隨著科技的進步與生產的需求，DCS還要不斷進步，從而成為火電廠自動化控制系統中的核心。