覃成剛

（寧夏京能寧東發(fā)電有限責(zé)任公司，寧夏　靈武　750400）

電廠集控設(shè)計與運行技術(shù)探討

覃成剛

（寧夏京能寧東發(fā)電有限責(zé)任公司，寧夏靈武750400）

集散控制系統(tǒng)（DCS）自問世以來，對于電廠的自動化生產(chǎn)有著十分顯著的促進作用，為我國工業(yè)生產(chǎn)自動化、信息化建設(shè)，推進我國經(jīng)濟轉(zhuǎn)型提供了有力的幫助。基于此，對DCS系統(tǒng)的設(shè)計進行簡要的探討，并總結(jié)該系統(tǒng)的運行條件、特征及注意事項。

集散控制系統(tǒng)；電廠；設(shè)計；運行

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，電能在其中發(fā)揮著不可替代的作用，隨著環(huán)保意識的增強，各種使用電能的電動車、汽車相繼出現(xiàn)，用電需求量逐漸遞增，如何保證電廠生產(chǎn)的經(jīng)濟效益和社會效益是業(yè)內(nèi)關(guān)注的焦點。而20世紀(jì)70年代首次問世的集散控制系統(tǒng)，為電廠的自動化生產(chǎn)提供了優(yōu)秀的解決方案，作為關(guān)注分布式過程控制的系統(tǒng)，在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，這為我國工業(yè)生產(chǎn)自動化、信息化建設(shè)，推進我國經(jīng)濟轉(zhuǎn)型提供了有力的幫助。基于此，本文就電廠集控設(shè)計與運行技術(shù)進行了探討，以供參考。

1　電廠集控運行概述

1.1集散控制系統(tǒng)

集散控制系統(tǒng)（Total Distributed Control System），以下簡稱DCS系統(tǒng)，是以微處理器為基礎(chǔ)的全分布式控制系統(tǒng)［1］。自20世紀(jì)70年代第一套DCS系統(tǒng)問世以來，已經(jīng)在工業(yè)自動化控制領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，遍及冶金、石油化工、紡織、制造和電力等行業(yè)。

該系統(tǒng)的主要特征在于集中管理和分散控制，隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，DCS系統(tǒng)向著網(wǎng)絡(luò)化、實時化、高集成方向發(fā)展。DCS系統(tǒng)的產(chǎn)品繁多，但從系統(tǒng)組成來看，主要包括通信部分、集中管理與操作部分、分散過程控制部分，三者以通信部分作為紐帶實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換［2］。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層次如圖1所示。

圖1　DCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.2運行條件

作為電場生產(chǎn)環(huán)節(jié)當(dāng)中的重要組成部分，從圖1中可知，要實現(xiàn)DCS系統(tǒng)需要計算技術(shù)、通信技術(shù)和硬件技術(shù)的支持。還需要擁有良好的外部環(huán)節(jié)，包括不斷電的電源系統(tǒng)、溫濕度控制系統(tǒng)、接地系統(tǒng)、集控室以及合理的線路布置［3］。

1.3系統(tǒng)特點

①標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、通用化。DCS系統(tǒng)是常規(guī)控制系統(tǒng)的延伸，在軟硬件方面使用模塊化設(shè)計，可適應(yīng)多種不同的生產(chǎn)過程，同時采用大量標(biāo)準(zhǔn)化、通用化的技術(shù)，如PC機、PLC、操作平臺等，使系統(tǒng)具有很高的兼容性。②控制能力。DCS系統(tǒng)當(dāng)中通過軟件實現(xiàn)控制功能，不僅具備常規(guī)控制系統(tǒng)的控制功能，還可通過優(yōu)化控制算法提高控制能力，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。③人機互動。DCS系統(tǒng)使用圖形顯示系統(tǒng)和計算機外設(shè)（鍵盤）進行操作，直觀反映現(xiàn)場信息，值班人員可隨時查看任意畫面，同時通過外設(shè)鍵入指令，對生產(chǎn)過程進行調(diào)整。這種調(diào)整具有實時性，實現(xiàn)這一特點的關(guān)鍵在于分散過程控制層和通信系統(tǒng)。

表1　鍋爐工藝系統(tǒng)及DCS主控對象

2　電廠集控設(shè)計

某電廠擬安裝2套發(fā)電機組，其中1號機組汽輪機1臺，鍋爐2臺；2號機組汽輪機1臺，鍋爐1臺。其主要工藝系統(tǒng)見表1。

圖2　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案

2.1系統(tǒng)設(shè)計

2.1.1結(jié)構(gòu)方案。DCS系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)能夠覆蓋擬安裝的2套發(fā)電機組以及溫度控制、濕度控制、減溫減壓站、公用系統(tǒng)等對象，實現(xiàn)集中遠(yuǎn)程控制。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層次以圖1所示為參考，設(shè)現(xiàn)場分布過程控制層、集中操作與監(jiān)控層、綜合管理層。組件多組雙CPU冗余服務(wù)器，3號鍋爐安裝FSSS（鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)）。2套發(fā)電機組通過控制線纜分別接入6套AS控制站，公共系統(tǒng)等通過現(xiàn)場總線接入AS控制站。接入7組OS控制站、1個歷史站、1個工程師站，以工業(yè)以太網(wǎng)組成網(wǎng)絡(luò)通信，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.1.2硬件選型

①分布式過程控制層。分布式過程控制層的核心使用西門子S7系列PLC（S7-200/300/400），設(shè)置6組冗余控制器分別控制2套機組及公用系統(tǒng)等。鍋爐控制器使用3組CPU417-4H，汽輪機控制器采用2組CPU417-4H，公用系統(tǒng)采用1組CPU417-4H，使用PS407電源，通訊模塊使用CP443-1、SM321、SM322、SM331、SM332和ET200M等，具體配置如表2所示。

表2　配置表

②操作管理單元。操作管理單元的工程師站的主要設(shè)備為戴爾工業(yè)控制計算機，采用西門子Step7V5.3編程平臺，程序需要具備數(shù)據(jù)采集功能、回路控制功能、連鎖控制功能、流量累計功能等。操作員站的工作平臺統(tǒng)一為戴爾工業(yè)控制計算機，分配6臺計算機控制鍋爐，每臺鍋爐分配2臺，汽輪機和公共系統(tǒng)由剩下的3臺計算機控制并互為冗余，3臺計算之間均可進行數(shù)據(jù)交換。組態(tài)軟件使用WinCC V7.0。

③通信。CPU417-4H為西門子S7-400系列專用高性能中央處理器，帶有2個通信接口：MPI/DP和DP專用接口。MPI接口可建立32個節(jié)點的簡單網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)傳輸速率187.5Kbit/s。CPU可以通過通信總線與總線上的節(jié)點以及MPI上的節(jié)點建立64個連接。DP專用接口為PROFIBUS總線，可實現(xiàn)冗余、分布式自動化組態(tài)，便于使用，可將分布式I/O作為集中式I/O來處理。每個CPU需要對ET200M從站分配獨立的IP（PROFIBUS-DP站地址），配置CP5611TO通訊卡，分配獨立IP。各層級當(dāng)中的通信網(wǎng)絡(luò)為同一個網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中的不同網(wǎng)段。線材采用專用DP線，保證通訊質(zhì)量。

④實現(xiàn)功能。一是主畫面控制。主畫面顯示生產(chǎn)流程當(dāng)中的各個環(huán)節(jié)檢測值和設(shè)備運行情況，按生產(chǎn)流程依次顯示。同時，給每一個控制回路設(shè)計獨立控制面板，顯示方式為彈出。用戶可點擊主畫面當(dāng)中的相應(yīng)控制鍵進入需要的控制回路，操作員可在該控制面板上進行手動操作、調(diào)整參數(shù)等操作。二是顯示歷史曲線。對液位、溫度、流量、壓力等進行歷史曲線顯示。三是報警。若系統(tǒng)當(dāng)中出現(xiàn)故障，系統(tǒng)會給出提示，提示內(nèi)容包括軟硬件的故障信息。其中，軟件故障信息包括調(diào)節(jié)超時、檢測值超限等用戶自定義的故障；硬件故障則包括通信故障、無法啟動電機等。四是參數(shù)集中顯示。以表格的形式根據(jù)用戶需要集中顯示過程控制當(dāng)中的重要數(shù)據(jù)，方便用戶了解現(xiàn)場運行情況。五是參數(shù)設(shè)置。參數(shù)設(shè)置只能在工程師站進行，并且需要相應(yīng)的控制權(quán)限，用于修改重要參數(shù)如PID控制參數(shù)等。六是打印報表。累計班別生產(chǎn)流量，并提供打印功能。

2.2集控室布置

集控室作為DCS系統(tǒng)的中控室，操作員站、歷史站和工程師站都集中于此，是整個生產(chǎn)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的控制信息、監(jiān)控信息的集散地。承擔(dān)著生產(chǎn)指揮、調(diào)整、操作和監(jiān)控的任務(wù)，布置大屏幕、電視監(jiān)控和緊急停車等備用手動操作裝置，方便全電廠的信息交互和展示。整體規(guī)劃，按美觀原則布局。

3　集控運行注意事項

3.1建立良好的集控運行環(huán)境

DCS在運行當(dāng)中對外部環(huán)境十分敏感，良好的外部運行環(huán)境對于DCS系統(tǒng)的安全性、可靠性、穩(wěn)定性有著積極的影響。若對外部環(huán)境不重視，可能有如下問題：①電子室溫度控制不到位，極易產(chǎn)生靜電干擾；②電源不穩(wěn)定或接地系統(tǒng)不合理等；③電纜屏蔽措施不到位，易引發(fā)DCS系統(tǒng)誤操作。這些問題應(yīng)高度重視起來，一旦有故障出現(xiàn)，應(yīng)及時停機維修，確保系統(tǒng)安全。組建專門的集控室操作組，安排經(jīng)驗豐富、專業(yè)技術(shù)實力強、懂設(shè)備的專業(yè)人員負(fù)責(zé)監(jiān)控DCS的運行情況。集控室應(yīng)營造成整齊、柔美、明亮、優(yōu)雅的環(huán)境，給予集控室內(nèi)的工作人員舒適的工作環(huán)境。

3.2加強設(shè)備管理

首先，明確集控運行與生產(chǎn)的界限，劃分設(shè)備權(quán)責(zé)，從制度上清除設(shè)備管理死區(qū)、盲區(qū)；其次，建立備用通信信道，電廠與集控運行中心間的通信信道、協(xié)議、設(shè)備匹配是影響通信安全的主要因素，因此，條件允許的情況下應(yīng)建立備用通信信道，同時加強通信系統(tǒng)的維護與管理；再者，堅持預(yù)防為主、安全生產(chǎn)，不放過設(shè)備的任何一點細(xì)微變化，實時了解設(shè)備動態(tài)，制定應(yīng)急方案，防患于未然；最后，重視DCS系統(tǒng)軟硬件的更新維護，軟硬件是DCS系統(tǒng)的核心組成部分，其良好的運行狀態(tài)是確保DCS系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運行的保障。

3.3人員配置管理

技術(shù)人才是發(fā)揮先進技術(shù)的有效保障，所以電廠DCS系統(tǒng)的運行也需要專業(yè)的人才，確保DCS系統(tǒng)發(fā)揮出最大的效用。其一，權(quán)責(zé)分明，確保DCS系統(tǒng)安全、穩(wěn)定的運行，DCS系統(tǒng)以微處理器為基礎(chǔ)，依靠軟件實現(xiàn)信息交互和分布式控制。因此，不可出現(xiàn)人為的隨意操作，明確操作人員職責(zé)，確保軟件、硬件的良好運行狀態(tài)。其二，24h全天候作業(yè)，規(guī)劃好工作人員班次，這是由電廠的生產(chǎn)時間決定的，無論何時集控室都需要留有值班人員。其三，建立長效培訓(xùn)機制，確保每一名在崗人員均具備相應(yīng)的專業(yè)素質(zhì)和技能。

4　結(jié)語

DCS系統(tǒng)對于電廠的自動化生產(chǎn)有著十分顯著的促進作用，電力生產(chǎn)管理模式從根本上發(fā)生了改變，使電廠生產(chǎn)管理有了突破式的發(fā)展。因此，本文對DCS系統(tǒng)的設(shè)計進行了簡要的探討，突出了DCS系統(tǒng)的基本構(gòu)成，并總結(jié)了該系統(tǒng)的運行條件及注意事項，而其關(guān)鍵就在于良好的外部環(huán)境、優(yōu)秀的設(shè)備管理以及人員配置管理。穩(wěn)定、可靠的DCS系統(tǒng)，對于電廠發(fā)電機組的正常運行、故障處理和安全啟停有著重要的作用。

［1］胡志堅，張興順，張永，等.綜合利用電廠集控室布置方案［J］.電氣技術(shù)，2011（6）：74-76.

［2］王小剛.火力發(fā)電廠運行中的集控系統(tǒng)運行技術(shù)［J］.電子技術(shù)與軟件工程，2014（21）：247.

［3］張曉甜.探究火力發(fā)電廠的集控運行技術(shù)要點［J］.經(jīng)營管理者，2016（15）：447.

Since the advent of DCS（Distributed control system），for the automatic production of the power plant has a very significant role in promoting.Based on this，the design of DCS system were briefly discussed，and the system operation conditions，characteristics and points for attention were summarized.

DCS；power plant；design；operation

TM621

A

1003-5168（2016）07-0029-03

2016-06-19

覃成剛（1984-），男，本科，助理工程師，研究方向：電廠集控運行。

Design and Operation Technology Of Centralized Control In Power Plant

Tan Chenggang （Ningxia Jingneng Ningdong Power Generation Co.Ltd.，Lingwu Ningxia 750400）