芻議DCS 在電廠熱工控制系統中的應用與管理維護

梁雪

（國能（福州）熱電有限公司，福建 福清 350309）

隨著市場經濟不斷發展，電力行業競爭日益激烈。為推動電廠企業實現可持續經營戰略目標，需應用多種新型技術及系統提高生產環節管理水平。DCS 控制系統是電廠熱工控制工具之一，該系統可提高電廠企業運行效率，確保電廠運行安全穩定，提高系統管理智能化水平。但DCS 控制系統應用及維護過程復雜，需要采取針對性的研究。

1 電廠熱工控制系統應用現狀

從我國電廠熱工控制系統運行實際情況來看，具有以下兩點特征。第一，雖然我國DCS 控制系統由專業技術人員自主編制而成，但受技術因素影響，運行環節精細化水平仍未達到預期，運行過程仍存在亟須解決的問題。第二，機組控制軟件大多由國外引進而來。國外自動控制系統研究時間更早，發展水平相對更高，軟件參數更加科學，運行過程更加穩定。受軟件功能及質量要求影響，我國絕大部分電廠DCS 控制系統及各軟件大多為國外進口。

2 DCS 控制系統內涵、組成與應用優勢

2.1 DCS 控制系統內涵

作為一種新型控制系統，DCS 控制系統具有集散性特征，這是傳統控制系統無法做到的。DCS 控制系統由計算機控制系統衍生而來，可利用軟件環境更新及工作思維應用的措施，實現管理環節及管理流程完善。在局域網影響下，DCS 控制系統運行環節更加安全，控制具有時效性，可實現覆蓋范圍全方位控制，系統整體均處于被監控條件下。

現階段，DCS 系統已在我國電力行業實現了廣泛的應用，在熱工控制環節中取得了矚目的成績。針對火力發電機組而言，可應用DCS 控制系統掌握鍋爐爐膛內部運行狀態，收集的數據可利用集中處理的方法完成分析。此外，依托DCS 控制系統可強化火力發電機組運行效率，使機組運行過程更加可靠，確保熱工控制安全運行。但如上文所提，我國應用的DCS 控制系統大多為國外引進，如何使DCS 控制系統滿足我國電廠生產的需求，已成為急需解決的主要問題。

2.2 DCS 控制系統組成

DCS 控制系統共有以下五部分組成。第一，數據采集系統。在DCS 控制系統內，數據采集也被稱為計算機監控系統。在機組運行環節中，當各項數據信息完成在線監測及處理后，可以通過畫面的方式實時傳遞，便于工作人員接收信息。此外，數據采集系統還可實現自動報警及制表打印，可提高電廠熱工控制環節中DCS 控制系統運行精準度。第二，模擬量控制系統。在DCS 系統內，模擬量控制系統可實現汽輪機控制及鍋爐控制，控制對象可細化為汽輪機側模擬量及鍋爐側模擬量。汽輪機側模擬量包括給水系統、除氧機水位等，鍋爐側模擬量包括氣溫協調系統、送風調節系統、引風調節系統及蒸汽溫度控制系統等，利用串集的方式可實現鍋爐給水過程全方位管控。第三，順序控制系統。順序控制系統可結合規定運行順序，掌握各裝置邏輯關系及運行特點，利用操作指令控制機組內各設備。順序控制系統可實現廠房主機及輔機監控、參數監視及連鎖保護。雖然順序控制系統極為復雜，但控制思路相對簡單，應用效果優越。第四，數字電液調節系統。數字電液調節系統是電廠熱控汽輪發電機組重要構成部分，該系統可實現汽輪機功率及轉速調節。在機組開啟、關閉及故障條件下，還可實現控制及保護。第五，鍋爐爐膛安全監控系統。該系統也被稱為燃燒管理系統，無論鍋爐處于正常運行狀態、開啟狀態及關閉狀態，均可實現內部燃燒參數及設備運行狀態監測，利用邏輯運算及判斷等方法使電廠鍋爐始終保持安全的運行條件下，熱控效果優越。

2.3 DCS 控制系統應用優勢

第一，兼容性更強。在電廠企業運行過程中，需完成多個對象的同時控制。但不同控制對象產生的控制參數不同，加之干擾源普遍存在，很難實現電廠自動化控制。干擾源及參數之間關聯不夠明顯，在系統設計時，還應綜合考量多項要素。而DCS 控制系統則可實現這一功能，可做到復雜的高級計算，控制水平可得到顯著的提高。除此之外，DCS 系統對熱工系統也具有極強的兼容性。第二，遠程智能輸入輸出系統的應用。現階段，部分DCS 控制系統開發廠商已經研發出了遠程智能輸入輸出系統，根據其工作原理，可將遠程輸入輸出系統分為三個部分，分別為智能前端、計算機適配器及現場通信總線。智能前端也被稱作測控裝置，是一個獨立的工作系統，可實現電熱阻測量，工作人員可根據該部分掌握電熱組運行狀況。計算機適配器具有網絡管理功能，可完成與總線信息轉換。在遠程智能輸入輸出系統中，現場通信方式為全數字串行，可利用廣播式完成信息傳遞，也可實現點對點傳遞。不難看出，DCS 控制系統現場管理能力極強，可實現電熱數據獨立收集，能夠為管理工作的展開提供堅實的信息基礎。第三，可實現全過程監控。在電廠企業經營過程中，為提高生產效率，設備已實現更新換代，且已淘汰部分后備監控設備。針對這一問題，可應用DCS 控制系統實施全面監控，監控數據能夠顯示在大屏幕中，技術人員也可根據具體需求完成界面優化，使工作過程更加快捷便利，電廠管理效率及運行過程安全性得到了顯著的提高。針對大型機組，可應用DCS 控制系統完成管理。也可將DCS 控制系統應用至輔機管理環節中，將技術方案與DCS 控制相互整合，降低成本支出，提高工作效率，提升管理環節技術水平。

3 電廠熱工控制環節中DCS 控制系統應用要點

3.1 現場總布線技術應用要點

在DCS 控制系統運行過程中，應給予現場總布線技術足夠的重視。在現場總布線過程中，應綜合考量多項要素，使DCS 控制系統與現場設備相連接，建設現場局域通信網絡。在傳統布線技術應用過程中，DCS 控制系統維護成本更高，且接口兼容性更低。可將現場總布線技術應用至DCS 控制系統建設環節中，實現現場控制系統結構優化目標，使電廠系統運行更加可靠。在電廠熱工系統運行過程中，汽輪機系統與鍋爐系統是獨立運行的。為實現傳統電廠熱力系統改造升級，應建設以標準現場總線為核心的獨立的DCS 系統，做好布線過程鍋爐系統與汽機系統的接口預留。

3.2 高速網絡通信技術應用要點

DCS 控制系統由互聯網技術衍生而來，將高速網絡通信技術與DCS 控制系統相整合，可實現DCS 網絡質量提升，使數據傳輸過程更加安全穩定可靠。針對電網分布式控制系統，以太網在應用過程中存在一定的延遲，且傳輸過程易受網絡風暴等因素影響，阻礙DCS 數據的傳輸及運行。隨著電廠建設規模的不斷擴大，這一問題愈加明顯。針對這一現象，為提高DCS 系統運行水平，可采取以下兩種方法。第一，結合目前應用的以太網，利用網絡流量控制技術對網絡流量數據加以收集，例如，sFlow 監控技術等，通過采集數據分析的方法建設流量模型，全面掌握局域網數據流量情況，完成系統正常運行條件下的數據收集。第二，實施通信網絡升級。淘汰事件觸發器，應用時間觸發器，使系統運行過程中的通信任務可及時發送。由全局時鐘控制對發送過程加以控制，提升信息時效性，降低物理鏈中數據使用頻率，提高DCS 系統的運行性能及運行效果。

4 DCS 控制系統維護管理要點

4.1 硬件管理與維護

首先，當輸出模塊及輸入模塊發生故障問題時，應做好系統診斷及維修。在故障診斷及維修時，可利用更換模塊的方式對故障問題加以解決。但部分技術人員受認知水平影響及專業能力限制，針對內部元件老化問題引發的熱工控制模塊故障問題無法準確地做出判斷。在系統運行過程中，輸入輸出模塊問題最易發生。模塊更換十分困難，應由專業人員展開維修。其次，當某一設備或組件發生故障問題時，相關工作人員應及時地對故障問題加以排查，做好深入分析及研討，利用專業的方法對問題加以處理。先展開故障診斷，再實施故障維修，這是一個科學嚴謹的工作流程，對工作人員能力要求十分嚴格。在接收到故障信息后，技術人員應展開安全檢查，隨后實施技術維護。再次，當設備硬盤或冷卻風扇出現故障問題時，操作員站將出現死機現象，造成此問題發生的原因主要是人為操作不當或設備老化。在具體解決過程中，應做好控制邏輯修改及軟件更新。除此之外，為提高DCS 控制系統運行水平，PID 控制器實現了應用及推廣。傳統PID 控制器具有延遲低、線性、參數整定的特征，數學模型精確程度也難以得到保障。與其他工業企業相比，電廠熱工控制過程復雜，具有隨機性、非線性的特征，控制效果仍有待提高。應加強傳統PID控制器創新，積極研發智能PID 控制器。

4.2 軟件管理與維護

在DCS 控制系統軟件維護環節中，應及時對軟件加以備份存儲，還應做好軟件應用環節信息記錄，提高信息的準確程度，使記錄過程更加標準，定期展開軟件功能檢測。針對各個級別的權限檢測，應給予足夠的重視程度。如有特殊需求，還應對軟件加以更新或修改。針對部分處于運行狀態或維護狀態的設備，應用科學有效的方法對其加以隔離。操作站在運行過程中易出現故障，不僅需要做好故障排查及維修，還應確保操作人員檢測工作的全面落實，以維持操作站的穩定運行。針對部分無法解決的故障問題，應根據設備實際情況，應用專業的方法對其加以檢查。如操作員站出現無法解決故障的問題，則需應用斷電或調節電路控制器的方式停止運轉。為使安全信息實現共享，故障問題統一處理，應加強網絡安全管理，做好監測預警通報，定期展開事件調查等工作。此外，還要做好全員網絡安全宣傳。在軟件管理與維護過程中，部分管理人員注重后續管理，忽視了提前預防。應建設技術預防及操作預防制度，在完善技術防線的基礎上，避免受內部人員工作疏忽影響，造成軟件系統存在故障。強化確認安全意識培養，定期展開安全意識培訓活動，通過考核等手段使全體人員養成安全理念，提高全體人員安全防范能力，促進安全意識深入人心，積極建設堅固的安全防線。

5 結語

綜上所述，DCS 控制系統已在電廠熱工控制環節中實現了廣泛的應用，電廠生產效率及生產質量得到了顯著的提高。但需要注意的是，DCS 控制系統結構復雜，應用及管理維護難度大。技術人員應充分掌握DCS 控制系統特征及組成，加強DCS 控制系統應用優化及完善，從硬件及軟件角度入手，提高DCS 控制系統管理維護水平，確保DCS 控制系統的重要作用及價值得以發揮。