謝光++王遠(yuǎn)平

【摘 要】簡述了火電廠主、輔控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，分析輔助車間采用一體化DCS的優(yōu)勢，提出火電廠主、輔控制系統(tǒng)DCS一體化方案，并結(jié)合當(dāng)前DCS一體化的應(yīng)用現(xiàn)狀，提出應(yīng)用策略及建議?；痣姀S主、輔控制系統(tǒng)DCS一體化是火電廠自動化設(shè)計(jì)應(yīng)用的發(fā)展趨勢，是實(shí)現(xiàn)全廠管控一體化，建設(shè)數(shù)字化電廠，提高競爭力的必由之路。

【關(guān)鍵詞】DCS PLC 控制系統(tǒng) DCS一體化

1 概述

隨著電力生產(chǎn)競爭機(jī)制的逐步形成，全廠數(shù)字化、乃至全發(fā)電集團(tuán)數(shù)字化的進(jìn)程正在悄然展開?；痣姀S主、輔生產(chǎn)系統(tǒng)的自動化設(shè)計(jì)正面臨著如何適應(yīng)電力生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展潮流的問題，面臨著如何通過改進(jìn)運(yùn)維管理方式實(shí)現(xiàn)減員增效、降低運(yùn)維管理費(fèi)用等問題。全廠主、輔控制系統(tǒng)采用DCS的模式逐漸成為了火電廠熱工自動化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主流，當(dāng)前新建的火電廠中，全廠主、輔控制系統(tǒng)采用軟硬件一體化的DCS設(shè)計(jì)已成為一種主流方式。

2 國內(nèi)主、輔控制系統(tǒng)現(xiàn)狀

2.1 主機(jī)控制系統(tǒng)現(xiàn)狀

一直以來，絕大多數(shù)火電廠的主廠房系統(tǒng)均采用DCS控制。采用爐、機(jī)、電集中控制方式，單元機(jī)組及公用系統(tǒng)合并設(shè)單元控制室。以兩臺機(jī)組為例：各單元機(jī)組分別設(shè)一套DCS，公用系統(tǒng)設(shè)一套公用DCS，公用DCS網(wǎng)絡(luò)通過通訊接口分別與兩臺單元機(jī)組相連。主機(jī)DCS功能包括DAS、MCS、SCS、FSSS、DEH及MEH等，能夠?qū)崿F(xiàn)爐、機(jī)、電系統(tǒng)的集中監(jiān)控。

2.2 輔助車間控制系統(tǒng)現(xiàn)狀

（1）由于各輔助車間系統(tǒng)的不同性，大部分輔助車間控制系統(tǒng)采用不同品牌PLC，更有部分較小的輔助車間系統(tǒng)還采用小型PLC+就地手操或組合儀表等常規(guī)控制裝置。造成了輔助車間控制系統(tǒng)品牌復(fù)雜，不利于設(shè)備管理維護(hù)，增加了備品備件難度。（2）為實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，有的火電廠將部分輔助車間控制系統(tǒng)通過通訊組網(wǎng)，但由于通訊不穩(wěn)定給維護(hù)及運(yùn)行帶來了不小的困難；同時也存在現(xiàn)場值班點(diǎn)多且分散，輔助車間運(yùn)行人員多，信息不能及時上傳，管理人員不能及時掌握設(shè)備狀況，應(yīng)對突發(fā)事件的能力及手段較低等問題。（3）輔助車間控制系統(tǒng)一般由主體設(shè)備廠家配套提供，沒有統(tǒng)一的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，各設(shè)備廠家都按自己的習(xí)慣設(shè)計(jì)，導(dǎo)致操作方式各異，容易造成誤操作。

3 主、輔控制系統(tǒng)DCS一體化的優(yōu)勢

3.1 更好的實(shí)現(xiàn)全廠管控一體化

主、輔控制系統(tǒng)采用一體化DCS，使全廠控制系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)集中操控成為了可能，簡化了控制室布置，提高了操控水平；同時，統(tǒng)一的控制系統(tǒng)軟硬件平臺，使全廠自動化控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)清晰、功能明確，進(jìn)一步提高了全廠自動化水平。采用一體化DCS，統(tǒng)一了邏輯組態(tài)、畫面組態(tài)環(huán)境，人機(jī)界面的針對性強(qiáng)，極大的簡化了邏輯組態(tài)以及運(yùn)行操作，便于運(yùn)行、檢修維護(hù)管理，提高工作效率，有利于提高管理維護(hù)水平及培養(yǎng)全能值班員的運(yùn)行管理模式，更好的實(shí)現(xiàn)全廠管控一體化。

3.2 DCS的網(wǎng)絡(luò)通訊功能及可靠性優(yōu)于PLC

PLC控制器采用主從式通信協(xié)議，整個網(wǎng)絡(luò)必須設(shè)一個通信管理主站來負(fù)責(zé)逐個查詢網(wǎng)絡(luò)上的控制器，以獲得實(shí)時數(shù)據(jù)和狀態(tài)。如果這個通信管理主站故障，整個系統(tǒng)通信會中斷。因此，PLC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性差、協(xié)議轉(zhuǎn)換時反應(yīng)速度慢，開放性較差。而DCS的誕生和發(fā)展則與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)密不可分，網(wǎng)絡(luò)通信能力強(qiáng)。DCS往往采用廣播和點(diǎn)對點(diǎn)通信相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議。任何掛在DCS網(wǎng)絡(luò)上的站點(diǎn)，都會實(shí)時將自己產(chǎn)生的數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息用廣播方式發(fā)至網(wǎng)絡(luò)，以便實(shí)時獲得。DCS系統(tǒng)無需網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，無需通信管理站。同時，DCS可以提供多種標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)接口，可以同時與多個第三方控制信息系統(tǒng)連接。因此，DCS的網(wǎng)絡(luò)通信能力、可靠性以及系統(tǒng)開放性優(yōu)于PLC。

3.3 性價比更優(yōu)，經(jīng)濟(jì)效益明顯

傳統(tǒng)火電廠一般只在主控系統(tǒng)中采用DCS，而輔助車間控制采用PLC，主要是因?yàn)榇饲癉CS價格“昂貴”，而PLC價格比較便宜，可靠性亦能滿足要求，且普遍對輔助車間控制不重視。近年來，DCS的價格迅猛下降，與高端PLC價格相差無幾了。據(jù)某設(shè)計(jì)院近年來的工程應(yīng)用統(tǒng)計(jì)，進(jìn)口DCS的價格為平均每I/O點(diǎn)400～700元，國產(chǎn)DCS的價格更是在400元以下，而高端PLC+PC的每個I/O點(diǎn)平均價格在700元上下。但是DCS的可靠性、實(shí)時性等多方面的性能明顯優(yōu)于PLC，所以說DCS有更優(yōu)的性價比。

全廠主、輔控制系統(tǒng)DCS一體化經(jīng)濟(jì)效益明顯，因?yàn)镈CS一體化便于調(diào)整運(yùn)行人員配置，實(shí)現(xiàn)一專多能的運(yùn)行操作，起到減員增效作用；還利于不同系統(tǒng)間操作員畫面相互調(diào)用、減少操作員站配置、減少備品備件數(shù)量及種類，降低費(fèi)用。

3.4 DCS控制站功能更強(qiáng)大，系統(tǒng)冗余能力更強(qiáng)

與傳統(tǒng)輔助車間PLC相比，DCS除具有開關(guān)量信號處理功能外，還有強(qiáng)大的模擬量控制組態(tài)功能，甚至有自適應(yīng)控制、模糊控制、最優(yōu)控制等現(xiàn)代控制理論算法模塊，可以解決火電廠的任何復(fù)雜控制課題，易用性更強(qiáng)，而這些都是PLC遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到的控制水平。由于操作系統(tǒng)原因，PLC部件實(shí)現(xiàn)冗余的難度大、成本高，一般較少采用冗余配置。而DCS自誕生之日起便大量采用冗余配置技術(shù)，實(shí)現(xiàn)冗余非常方便，價格便宜，目前運(yùn)行的DCS在控制器、網(wǎng)絡(luò)、電源等主要部分均采用冗余配置。

3.5 故障診斷能力強(qiáng)，便于事故分析

DCS獨(dú)具SOE功能、事故追憶功能、歷史數(shù)據(jù)記錄功能、更高級的報(bào)警功能等等，使其具有更強(qiáng)的故障診斷功能以及事故分析能力。

4 策略及建議

4.1 優(yōu)化軟硬件配置及網(wǎng)絡(luò)選型

從設(shè)計(jì)階段開始就應(yīng)做好軟硬件配置及網(wǎng)絡(luò)選型的優(yōu)化工作，并將優(yōu)化工作貫穿到整個工程項(xiàng)目中去。在監(jiān)控軟件配置上，所有子系統(tǒng)的上位監(jiān)控軟件采用統(tǒng)一產(chǎn)品，使系統(tǒng)兼容性好，方便組態(tài)、鏈接和實(shí)時監(jiān)控、報(bào)警、報(bào)表、故障查詢、事故追憶等功能的實(shí)現(xiàn)。在硬件配置及網(wǎng)絡(luò)選型上采用統(tǒng)一產(chǎn)品及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用雙網(wǎng)通訊、冗余電源及控制器等保證系統(tǒng)的安全可靠。通過優(yōu)化以使DCS一體化的優(yōu)勢得到最大的實(shí)現(xiàn)。

4.2 協(xié)調(diào)好各生產(chǎn)廠商、組態(tài)方及調(diào)試方的工作，加強(qiáng)聯(lián)絡(luò)管理

DCS一體化是近年才起步的，DCS生產(chǎn)廠商大都缺乏在輔控系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)；而輔控系統(tǒng)供應(yīng)商的傳統(tǒng)都是工藝與電控總包模式，其總包的控制系統(tǒng)基本上都采用PLC，比較缺乏應(yīng)用DCS的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)；同時，由于輔控系統(tǒng)的組態(tài)調(diào)試一般由其工藝系統(tǒng)供應(yīng)商總包負(fù)責(zé)，因此，負(fù)責(zé)主控DCS組態(tài)及調(diào)試的缺乏輔控系統(tǒng)的組態(tài)、調(diào)試實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。因此說，業(yè)主方要做好各方的協(xié)調(diào)工作，加強(qiáng)聯(lián)絡(luò)管理，建立一套完備、有效的聯(lián)絡(luò)、溝通、協(xié)調(diào)機(jī)制，確保充分溝通，為項(xiàng)目工程的順利開展打牢基礎(chǔ)。

4.3 加大培訓(xùn)力度，提高運(yùn)維管理水平

就目前國內(nèi)的火電廠而言，要想使主、輔控制DCS一體化真正發(fā)揮作用，達(dá)到設(shè)計(jì)初衷，還有較長的路要走，DCS一體化的主輔聯(lián)合運(yùn)行方式對管理水平與運(yùn)行人員素質(zhì)要求較高，要求是全能值班員的水平；同時，由于監(jiān)控點(diǎn)面廣量大，特別是輔助車間工藝系統(tǒng)差別較大，主控人員往往不熟悉輔助車間系統(tǒng)，而輔助車間運(yùn)行人員往往不熟悉主控系統(tǒng)；這都將給運(yùn)維管理帶來了不小的挑戰(zhàn)。因此，需要加大培訓(xùn)力度，需要負(fù)責(zé)運(yùn)維管理人員較早介入到工程建設(shè)中來，積極參與工程建設(shè)，同時，還應(yīng)該建立一套有針對性的、全面的培訓(xùn)管理辦法，提高運(yùn)行人員、檢修人員的技術(shù)水平及管理水平。

4.4 統(tǒng)一招標(biāo)采購

主、輔控DCS一體化采用了相同的軟硬件，實(shí)行集中控制。由于輔助車間系統(tǒng)較多，且傳統(tǒng)的模式都是采用PLC控制并總包給各工藝供應(yīng)商的方式，如果不采用主、輔控DCS統(tǒng)一招標(biāo)采購的方式，將會給配置相同的軟、硬件平臺，以及控制操作的整合增加難度，甚至無法實(shí)現(xiàn)。采用統(tǒng)一招標(biāo)方式，有利于統(tǒng)一人機(jī)界面設(shè)計(jì)及網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，降低采購、設(shè)計(jì)、安裝及調(diào)試的難度，并能降低費(fèi)用。

4.5 加強(qiáng)安裝、調(diào)試管理

采用主、輔控DCS一體化時，主控與各輔助車間往往需同時調(diào)試，這就要求協(xié)調(diào)好前期的安裝工作，為調(diào)試打牢基礎(chǔ)，同時也需要協(xié)調(diào)好調(diào)試工作，盡量不要造成相互影響，進(jìn)而影響工程節(jié)點(diǎn)的進(jìn)度。這就要求業(yè)主加強(qiáng)安裝、調(diào)試的管理協(xié)調(diào)工作，建立一套靈活、完善的管理制度，確定安裝調(diào)試工作的順利進(jìn)行。

5 結(jié)語

采用主、輔控DCS一體化方式，統(tǒng)一了全廠的控制手段和監(jiān)控方式，這是今后發(fā)展的趨勢。統(tǒng)一的DCS網(wǎng)絡(luò)控制，沒有了大量的協(xié)議轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)機(jī)構(gòu)更加簡潔，通訊速度更快捷，能實(shí)現(xiàn)真正意義的信息共亨。同時，采用主、輔控DCS一體化能夠提高全廠自動化控制水平，優(yōu)化火電廠的資源配置，提高運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，降低熱工備品備件種類和數(shù)量，減少維護(hù)人員和費(fèi)用，在經(jīng)濟(jì)上節(jié)約投資，為全廠管控一體化打下良好的基礎(chǔ)，是建設(shè)數(shù)字化電廠的必由之路，為火電廠在當(dāng)前競爭激烈的電力市場環(huán)境下提升競爭力提供了有力保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]王斯葆.大型火力發(fā)電廠輔助車間控制系統(tǒng)選擇[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2012（10）.

[2]楊延超，等.火電廠DCS主輔一體化及輔控集中控制模式的應(yīng)用效益[J].自動化博覽，2014（12）：96-98.

[3]錢培峻.超超臨界機(jī)組主輔控一體化控制的設(shè)計(jì)研究[J].華東電力，2010（7）.

[4]孫曉紅.電廠輔助車間控制方式比較與選擇[J].機(jī)電信息，2015（24）.