王廣

【摘要】文章結(jié)合具體火電廠實例，在簡要分析DCS系統(tǒng)比較選擇的基礎(chǔ)上，對DCS系統(tǒng)的應(yīng)用和常見問題進行分析，可為類似工程處理及相關(guān)工作者提供參考。

【關(guān)鍵詞】DCS系統(tǒng);火電廠

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展以及人們生活物質(zhì)水平的不斷的提高，對電力供應(yīng)質(zhì)量提出了更高的要求，作為電廠控制核心的集散型控制系統(tǒng)（DCS）也就變得越來越重要。自第一代DCS面世以來，DCS經(jīng)過幾代的技術(shù)更新和功能完善，發(fā)展至今，以其功能豐富、運行可靠、配置靈活、界面友好、安裝簡單等諸多優(yōu)點在火電廠得到了廣泛的應(yīng)用。雖然我國從80年代就開始將DCS應(yīng)用于火電廠，但由于在實踐過程中不僅要考慮與電廠設(shè)備的互聯(lián)，還要融入通信、計算機、自動化等多方面的技術(shù)，因此，不可避免面臨著諸多難題和困境，有必要對DCS系統(tǒng)在火電廠中應(yīng)用進行研究，以促進DCS系統(tǒng)在保證火電廠安全、穩(wěn)定運行中發(fā)揮本有的功效。DCS系統(tǒng)在火電廠的應(yīng)用是一個綜合性的過程，文章結(jié)合具體實例僅對DCS系統(tǒng)在火電廠主控系統(tǒng)中的應(yīng)用進行了研究，可為類似工程實踐提供參考。

1.控制方案的選擇

某火電廠新建工程2×600MW機組對該地區(qū)煤炭資源合理開發(fā)、能源資源優(yōu)化配置、地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展具有十分重要的意義，因此，從經(jīng)濟性、安全性、實用性等諸多方面綜合性的去比較選擇機組的儀控方案是非常重要的一個環(huán)節(jié)。從火電廠機組儀控方案使用現(xiàn)狀來看，主要有PLC控制和DCS控制兩種，雖然隨著大型火電廠的不斷增加，DCS將逐漸代替PLC，但對于二者的比較分析還是具有一定的實際意義，不僅有利于認識二者的特點和適用范圍，結(jié)合火電廠實際選擇合適的控制方案，還有利于更深層次認識DCS系統(tǒng)，促進DCS系統(tǒng)的推廣應(yīng)用。

PLC是由模仿原繼電器控制原理發(fā)展起來的，PLC每完成一次循環(huán)操作需一定的掃描周期，這是DCS所沒有的，但這也是使PLC的冗余不如DCS的原因。對于大型火電廠龐雜的控制系統(tǒng)來說，監(jiān)控測點I/O總點數(shù)較多，顯然采用PLC控制不合適。相比PLC而言，DCS系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)點，DCS不受地理和環(huán)境的限制，使分散在各地的計算機系統(tǒng)資源同時為多個用戶所共享，充分發(fā)揮各地資源的作用和特長，實現(xiàn)協(xié)同操作;它遵從相關(guān)標準，采用現(xiàn)場總線技術(shù)，既可使用FM/SM系列硬件模塊用于現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集，又可方便的與遠程I/O、CAN、Profibus等多種現(xiàn)場總線設(shè)備或模塊連接;實時高效可靠的冗余控制器，基于以太網(wǎng)的上層監(jiān)控系統(tǒng)，提供動態(tài)豐富、操作直觀方便的人機交互界面;一體化的組態(tài)編程與調(diào)試軟件，實現(xiàn)觀全系統(tǒng)所有功能的組態(tài)，強大的數(shù)據(jù)儲存與處理能力可以記錄所有重要歷史數(shù)據(jù)并提供生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析報表?；谝陨戏治?，本工程機組采用爐、機、電集中控制方式，兩臺機組設(shè)一個單元控制室，每臺機組按爐、機、電一體化配置DCS系統(tǒng)，實現(xiàn)全LCD監(jiān)控。在單元控制室通過DCS操作員站即能完成對機組啟/停操作、正常運行工況的監(jiān)視和調(diào)整以及異常與事故工況的處理。

2.DCS系統(tǒng)應(yīng)用及常見問題

2.1 DCS系統(tǒng)整體方案

該火電機組DCS控制系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）、模擬量控制系統(tǒng)（MCS）、旁路控制系統(tǒng)（BPS）、爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)（FSSS）、順序控制系統(tǒng)（SCS）、電氣量監(jiān)視控制系統(tǒng)（ECS）構(gòu)成，其中旁路控制系統(tǒng)（BPS）納入MCS控制范圍。汽輪機數(shù)字電液控制系統(tǒng)（DEH）、給水泵用小汽輪機數(shù)字電液控制系統(tǒng)（MEH）與DCS采用相同的硬件設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)配置和操作員站采用一體化設(shè)計。系統(tǒng)采用工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)，#1機組、#2機組、公用系統(tǒng)分別設(shè)置不同的網(wǎng)段?？傮w而言，主要包括硬件和軟件兩個部分。該機組DCS系統(tǒng)硬件主要包括工程師站、運行員操作站、網(wǎng)絡(luò)交換機、控制處理機以及I/O卡件。系統(tǒng)的軟件部分是本文研究的重點，在此主要以模擬量控制系統(tǒng)（MCS）為例進行軟件的實現(xiàn)及應(yīng)用分析。

首先，火電廠熱工控制信號主要包括壓力、液位、流量、溫度和少量化學分析參數(shù)。MCS系統(tǒng)中，對于最重要的參數(shù)信號，如功率、主汽壓力、汽機第一級壓力、爐膛壓力、給水流量等，一般要設(shè)計有3個測量信號。對于這些信號的物理位置安排上，盡可能將它們分配到3塊模擬量輸入卡件上;在信號選擇上采用三選中算法。注意在流量差壓信號處理時，考慮小信號切除問題，小信號切除范圍定為1%。

其次，火電廠MCS系統(tǒng)中，有一些典型的多控制輸出系統(tǒng)，它采用兩個或兩個以上的控制驅(qū)動裝置控制一個變量，而調(diào)節(jié)器是共用的，如送風控制、爐膛壓力控制、一次風壓控制、燃料控制、給水控制都是典型的多控制輸出系統(tǒng)。為了實現(xiàn)多個控制驅(qū)動裝置投自動時的無擾，在控制總量一定的情況下，一路控制輸出變化時其余控制輸出能自動調(diào)整以保證控制總量的不變，多控制輸出系統(tǒng)為達到優(yōu)良的控制品質(zhì)需要有滿足要求的多輸出平衡回路，根據(jù)以往類似工程經(jīng)驗，利用DCS系統(tǒng)平臺設(shè)計了較完善的平衡回路，較好地滿足了這些要求。

再次，MCS系統(tǒng)中的超馳控制功能實現(xiàn)在特殊的情況下，切斷調(diào)節(jié)器的正常輸出，自動將控制輸出切換到預設(shè)值，而調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)為跟蹤狀態(tài)，當超馳控制消失時，調(diào)節(jié)器恢復正常工作。因此，超馳控制功能是必不可缺的，對于安全保護的超馳控制，要求優(yōu)先級高于正常自動和手動操作。在該機組MCS系統(tǒng)中，考慮工藝系統(tǒng)這方面的需要，實現(xiàn)超馳控制功能。

2.2 DCS系統(tǒng)存在問題

該電廠在應(yīng)用上述DCS系統(tǒng)后，在現(xiàn)場調(diào)試過程中，組態(tài)工具曾發(fā)生三次無法打開的問題，現(xiàn)在的解決辦法是重裝工程師站，但重裝后必須要把所有的控制器CP初始化，并斷電重啟，還要把所有的組態(tài)重新下載，這個過程要用一定的時間。這個問題對于調(diào)試來說，是十分嚴重的。在真正啟動調(diào)試的過程中，是不可能重裝工程師站的?？梢钥闯觯珼CS系統(tǒng)應(yīng)用過程中，會出現(xiàn)各種問題，這需要及時加以解決。筆者在這個項目的實施過程中，工總結(jié)出了以下行之有效的問題判別及解決方法。

（1）操作站死機

當發(fā)現(xiàn)某個操作站死機，監(jiān)控畫面數(shù)據(jù)不刷新，調(diào)節(jié)畫面不起作用，查看右上方系統(tǒng)報警指示燈是否正常，并檢查其他操作站是否工作正常，若正常，則僅該操作站有問題，維修即可。若其他操作站數(shù)據(jù)也不變，則為系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障，需檢查網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的運行情況，進行修復。

（2）操作站斷電

若部分操作站突然無顯示，則說明UPS或市電斷電，若有電的操作站可正常監(jiān)控，此時不會影響控制系統(tǒng)的正常調(diào)節(jié)。

（3）控制站全部斷電

由于所有控制站設(shè)備均為雙路供電，一路UPS，一路市電，所以這種情況的發(fā)生幾率很小。當控制站全部斷電后，監(jiān)控畫面上兩個系統(tǒng)報警紅燈亮，通訊中斷，數(shù)據(jù)全部不刷新，所有自調(diào)系統(tǒng)完全失控，調(diào)節(jié)閥將恢復到初始狀態(tài)，氣開閥全關(guān)，氣關(guān)閥全開。此時，應(yīng)立即緊急處理或停車，同時到現(xiàn)場進行操作。

（4）操作站全部斷電

此時，查看控制站電源指示燈是否正常，卡件診斷指示燈有無故障紅燈，綠燈表示卡件正常工作，若以上都正常，則可以確定控制站工作正常，自調(diào)系統(tǒng)工作正常，只是操作工暫時看不到監(jiān)控畫面，且不能對現(xiàn)場進行遙控操作，立即通知微機維修人員進行維修，并到現(xiàn)場進行監(jiān)控。

（5）調(diào)節(jié)閥儀表氣源壓力低或儀表空氣全部斷氣

當發(fā)現(xiàn)多個自調(diào)系統(tǒng)失靈，監(jiān)控畫面上自調(diào)閥閥位在全開或全關(guān)位置，立即檢查儀表氣源壓力，若氣源壓力小于0.4MPa，則不正常，檢查氣源管道有無堵塞或漏氣現(xiàn)象;若氣源壓力小于0.2MPa，立即進行緊急停車。

3.結(jié)語

DCS的應(yīng)用是一個系統(tǒng)性的過程，雖然目前市場上有諸多較為成熟的DCS系統(tǒng)，但若將其應(yīng)用于火電廠，還需考慮諸多方面的問題，不僅僅是系統(tǒng)的實現(xiàn)，還涉及系統(tǒng)的調(diào)試和維護，是一個基于電廠運行的全過程，這就要求基于經(jīng)濟性、安全性、穩(wěn)定性出發(fā)應(yīng)用DCS系統(tǒng)。

參考文獻

[1]曹冬梅.DCS系統(tǒng)在通遼電廠4號機組中的應(yīng)用及改造[D].華北電力大學，2012.