秦東東

（神華（福州）羅源灣港電有限公司，福建 福州 350001）

0 引言

近年來，DCS已廣泛用于電力生產(chǎn)，逐步形成數(shù)據(jù)采集DAS，模擬控制MCS，順序控制SCS，燃燒器管理BMS4大系統(tǒng)，在蒸汽輪機(jī)和鍋爐等熱設(shè)備的順序控制，數(shù)據(jù)采集和鍋爐安全監(jiān)控方面的都有成功經(jīng)驗(yàn)，提高了電廠自動化水平和機(jī)組運(yùn)行的安全水平和經(jīng)濟(jì)性[1]。DCS系統(tǒng)有效解決了集中控制系統(tǒng)的致命弱點(diǎn)-故障集中。DCS的最大優(yōu)點(diǎn)是故障是分散的，并且使用了大量的微處理器，因此每個(gè)微處理器都承擔(dān)著小規(guī)模的地理控制任務(wù)。

1 DCS控制系統(tǒng)概述

1.1 DCS基本原理

DCS又稱分布式控制系統(tǒng)，是一種新型電氣控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)的出現(xiàn)有效的彌補(bǔ)了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的不足。DCS控制系統(tǒng)主要是由計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備、顯示設(shè)備以及控制設(shè)備這四個(gè)部分組成的[2]。在火電廠中，DCS控制系統(tǒng)根據(jù)電廠生產(chǎn)特點(diǎn)劃分為幾個(gè)獨(dú)立的子系統(tǒng)，各個(gè)子系統(tǒng)之間協(xié)同工作，各自根據(jù)功能完成相應(yīng)的任務(wù)[3]。

1.2 DCS系統(tǒng)的特點(diǎn)介紹

（1）可靠性較高。DCS熱控系統(tǒng)的熱控工作不是由單獨(dú)一臺計(jì)算機(jī)完成的，而是由多臺計(jì)算機(jī)共同實(shí)現(xiàn)的。如果某個(gè)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障，不會導(dǎo)致整個(gè)控制系統(tǒng)崩潰。此外，每個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)的任務(wù)分散，單個(gè)計(jì)算機(jī)只需負(fù)責(zé)單一任務(wù)，便于依據(jù)用戶功能需求進(jìn)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這也在很大程度上提升了每臺計(jì)算機(jī)的可靠性[4]。

（2）開放性較廣。DCS系統(tǒng)具備模塊化，開放性和標(biāo)準(zhǔn)化的特點(diǎn)。如果需要擴(kuò)展或更改電氣系統(tǒng)，可以通過激活新的計(jì)算機(jī)訪問系統(tǒng)信息網(wǎng)絡(luò)將其從系統(tǒng)中移除，它不會影響其他系統(tǒng)的工作，因此DCS系統(tǒng)的開放比較好[5]。

（3）系統(tǒng)運(yùn)行靈活。DCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是基于控制應(yīng)用對象的軟硬件組合，DCS系統(tǒng)要經(jīng)過測量與控制信號以及相互連接來建立關(guān)系，采用合適的算法控制規(guī)律進(jìn)行應(yīng)用[6]，需要應(yīng)用的監(jiān)控畫面是由從圖形庫調(diào)用的相關(guān)圖形組成，控制系統(tǒng)可以根據(jù)需求較為方便的構(gòu)成，以實(shí)際需要進(jìn)行系統(tǒng)的運(yùn)行控制工作，系統(tǒng)運(yùn)行極為靈活，從而能夠很好的滿足電廠熱工控制的需求。

1.3 DCS系統(tǒng)在火電廠應(yīng)用的必要性

隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，基于電氣行業(yè)開發(fā)了比較完善的電氣二級專業(yè)技術(shù)和管理模式，例如，當(dāng)前應(yīng)用較為普遍的火力發(fā)電廠電氣自動化管理模型。從管理層而言，火電廠的電氣專業(yè)系統(tǒng)是獨(dú)立的，與網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)技術(shù)有一定的差距。為了彌補(bǔ)這一差距，研究人員提出將DCS系統(tǒng)應(yīng)用于火力發(fā)電廠[7]。DCS系統(tǒng)的應(yīng)用使火力發(fā)電廠系統(tǒng)更可靠，并避免由于硬接線和按鈕而導(dǎo)致的故障。DCS系統(tǒng)的內(nèi)部邏輯非常緊湊，原始繼電器模式或固態(tài)邏輯可以由控制系統(tǒng)代替，這降低了由于誤操作而導(dǎo)致故障的可能性，提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和安全性。通過DCS系統(tǒng)，將電氣監(jiān)控系統(tǒng)和電氣操作設(shè)計(jì)為一個(gè)單元，對機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行整體監(jiān)控，提高集中控制的能力[8]。通常，DCS系統(tǒng)提高了火力發(fā)電廠運(yùn)行的整體控制和自動化水平。

2 DCS的單元機(jī)組監(jiān)控

單個(gè)單元機(jī)組的特點(diǎn)是連續(xù)生產(chǎn)，在工廠級自動化之前，DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了單元的直接監(jiān)控功能，同時(shí)還將其管理功能不斷擴(kuò)大。例如，實(shí)現(xiàn)對渦輪機(jī)的壽命管理，對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、分析并指導(dǎo)操作。管理功能的增強(qiáng)使得DCS系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜，并且每個(gè)單元重復(fù)設(shè)置相同的軟件模塊，這經(jīng)常導(dǎo)致投資浪費(fèi)和可靠性降低。在工廠級自動化之后，要盡量簡化單元級DCS的功能，同時(shí)要加強(qiáng)對電氣保護(hù)測量以及控制信息的深入理解，對機(jī)組進(jìn)行直接的監(jiān)控，使，DCS本身簡化為單層結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)可靠性的提升和成本的降低[9]。在進(jìn)行單元優(yōu)化控制方面，單元級控制系統(tǒng)中能夠快速、可靠、直接干預(yù)的單元應(yīng)盡量保留。DCS系統(tǒng)硬件構(gòu)成如圖1所示。

圖1 DCS系統(tǒng)硬件構(gòu)成Fig. 1 Hardware configuration of DCS system

3 DCS熱控系統(tǒng)應(yīng)用中常見故障的應(yīng)急處理

在火電廠中，DCS熱控系統(tǒng)故障是不可避免的，對于故障的處理，必須在一定原則下進(jìn)行。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，必須立即通知熱工人員處理。操作人員要針對性的采取處理措施，以確保設(shè)備安全。操作人員首先要對故障類型和形成原因進(jìn)行分析，然后針對性的進(jìn)行故障處理。如果設(shè)備能夠安全運(yùn)行而無法有效控制，先要保證其運(yùn)行穩(wěn)定，再聯(lián)系維護(hù)人員進(jìn)行維修，如果這樣操作效果不明顯則要停止設(shè)備[10]。在熱控系統(tǒng)故障緊急處理時(shí)，必須確保每個(gè)位置的操作人員的操作安全。發(fā)生電源故障，不可盲目恢復(fù)，必須要由專業(yè)檢修人員進(jìn)行處理。DCS系統(tǒng)如果出現(xiàn)通訊癱瘓，則需要切換用電。

3.1 操作故障的應(yīng)急處理

如果某個(gè)操作員站出現(xiàn)黑屏，其他操作員能夠正常監(jiān)控，在保證監(jiān)控設(shè)備正常運(yùn)行的前提下，及時(shí)通知熱工人員進(jìn)行處理。系統(tǒng)如果監(jiān)視失常，可以通過工程師站內(nèi)的操作站對機(jī)組進(jìn)行監(jiān)控，然后組織檢修人員及時(shí)進(jìn)行檢修。當(dāng)電源處于正常狀況，但是操作站都有故障，可以通過熱啟來判斷操作站是否正常，如果操作站存在故障則應(yīng)通知熱工檢修人員進(jìn)行檢修。如果操作系統(tǒng)不能進(jìn)行熱啟，且短時(shí)間無法恢復(fù)，則要停止系統(tǒng)運(yùn)行[11]。如果機(jī)組運(yùn)行正常，但不能對運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行有效監(jiān)視，也必須停止運(yùn)行。

3.2 通訊網(wǎng)絡(luò)故障的應(yīng)急處理

對于SCS出現(xiàn)故障，則要通知熱工人員及時(shí)處理，為了確保機(jī)組能夠正常的運(yùn)行，要根據(jù)機(jī)組運(yùn)行情況，安排人員進(jìn)行監(jiān)視，如果設(shè)備運(yùn)行異常，就要盡快停止機(jī)組的運(yùn)行。對于MCS系統(tǒng)通訊故障，要加強(qiáng)對其監(jiān)控和處理，要保證系統(tǒng)的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)在允許的范圍內(nèi)，一旦超出范圍則要立即停止運(yùn)行。對于ECS系統(tǒng)通訊故障，要及時(shí)安排檢修人員進(jìn)行檢修，如果系統(tǒng)不能恢復(fù)正常，就必須立即停止其運(yùn)行。

3.3 DCS系統(tǒng)其它功能障礙的應(yīng)急處理方法

DEH如果發(fā)生失電導(dǎo)致汽輪機(jī)跳閘，則先依據(jù)跳閘的處理方法進(jìn)行處理，如果無效則要進(jìn)行手動停止機(jī)組運(yùn)行。對于FSSS失電的情況，要馬上啟動MFT保護(hù)機(jī)制，否則就立刻停止機(jī)組運(yùn)行[12]。對于MEH失電造成兩個(gè)氣泵都發(fā)生跳閘的問題，則要對聯(lián)鎖動作進(jìn)行檢查，否則就需手動進(jìn)行干預(yù)，盡量避免MFT的發(fā)生。

4 提高火電廠DCS可靠性的方法

4.1 把握好DCS控制系統(tǒng)的選型環(huán)節(jié)

DCS控制系統(tǒng)的選型對電廠DCS系統(tǒng)的可靠性有著非常重要的影響。首先，要對其它電廠DCS運(yùn)行狀況進(jìn)行了解，尤其是要關(guān)注類似機(jī)組上運(yùn)行良好的部分控制系統(tǒng)，從而為選型提供參考；其次，在選型過程中要充分考慮系統(tǒng)硬件的可靠性，優(yōu)選功能更為全面，性能更佳的硬件設(shè)施，必須具備較好的運(yùn)算、儲存和抗干擾的能力；再次，DCS要確保足夠的冗余程度來確保故障不會影響機(jī)組整體的安全運(yùn)行；最后，DCS系統(tǒng)軟件應(yīng)選擇便于維護(hù)和擴(kuò)展的，不能出現(xiàn)因軟件不穩(wěn)定而導(dǎo)致控制器的死機(jī)以及系統(tǒng)崩潰的問題，此外，要求人機(jī)交互方式良好，可對程序進(jìn)行修改和下載。

4.2 施工工藝和質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)

在火電廠的運(yùn)行過程中，要提高其工作的穩(wěn)定性與安全性，就必須采取合理的措施來保證其安裝工作的有效性。為現(xiàn)階段，針對火電廠的DCS控制系統(tǒng)在安裝工作中所存在的問題，相應(yīng)的單位以及工作人員必須立足于實(shí)際的火電廠生產(chǎn)情況，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行深刻分析，在安裝規(guī)模較大時(shí)對其施工工藝與質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，以此來確保安裝工作的安全可靠，從而提升系統(tǒng)的安裝水平[13]。與此同時(shí)，在實(shí)際的安裝過程中，要將控制系統(tǒng)對火電廠的干擾降到最低，提前對電纜類型進(jìn)行區(qū)分，還需要規(guī)范使用屏蔽線，在安裝電纜時(shí)還要對其進(jìn)行完整的標(biāo)記，杜絕后續(xù)的風(fēng)險(xiǎn)問題。除此之外，還需要對DCS控制系統(tǒng)中的電子設(shè)備進(jìn)行管理，按照火電廠的安裝要求來開展安裝計(jì)劃，以此來減少火電廠所面對的安裝壓力，最大程度保證火電廠的可持續(xù)性發(fā)展。

4.3 優(yōu)化程序設(shè)計(jì)和調(diào)試

鑒于火電廠DCS控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀，只有對其進(jìn)行優(yōu)化程序設(shè)計(jì)和調(diào)試，才能夠?yàn)槠浜罄m(xù)的應(yīng)用提供一定的保障，進(jìn)而為火電后續(xù)工作的展開奠定一定的基礎(chǔ)。在實(shí)際的優(yōu)化過程中，首先必須根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況制定一定的優(yōu)化組態(tài)程序設(shè)計(jì)，結(jié)合保護(hù)邏輯連鎖的判斷依據(jù)，對軟件以及硬接線進(jìn)行合理保護(hù)，并對開關(guān)量和模擬量進(jìn)行有效組合，采用三取二保護(hù)的機(jī)制來對其進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而保證DCS控制系統(tǒng)的可靠性，確保后續(xù)工作的正常開展。除此之外，在進(jìn)行調(diào)試的過程中，由于DCS控制系統(tǒng)從在線調(diào)整到投入運(yùn)行中包含了多個(gè)過程，在實(shí)際的調(diào)試過程中，相應(yīng)的測試人員以及程序設(shè)計(jì)人員要增強(qiáng)自身的責(zé)任感，在實(shí)際的測試過程中加強(qiáng)合作與交流，注意組態(tài)設(shè)計(jì)和邏輯控制保護(hù)設(shè)計(jì)的合理性，對控制系統(tǒng)中的所有回路進(jìn)行仔細(xì)測試，如果在測試的過程中發(fā)現(xiàn)了相應(yīng)問題，要及時(shí)進(jìn)行反映并記錄，將問題進(jìn)行有效解決，提高驗(yàn)收工作的水平。

4.4 加強(qiáng)人員管理和培訓(xùn)的力度

在DCS控制系統(tǒng)中，操作人員工作的有效性對整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行有著很重要的影響。對此，相應(yīng)的企業(yè)以及單位必須增強(qiáng)對人員管理與培訓(xùn)的意識，重視工作人員的專業(yè)技能與綜合素質(zhì)培養(yǎng)。企業(yè)可以定期進(jìn)行培訓(xùn)工作，在培訓(xùn)時(shí)可以將仿真機(jī)和實(shí)際系統(tǒng)相結(jié)合，邀請操作人員參與到調(diào)試階段的設(shè)計(jì)過程，從而使其能夠掌握DCS控制系統(tǒng)界面操作流程，以此來提升人員的專業(yè)技能水平，而在此過程中，也可以進(jìn)一步促進(jìn)其綜合素質(zhì)的提高。通過對人員工作業(yè)務(wù)水平的提升來減少人為失誤，保證系統(tǒng)的軟件和硬件性能，從而確保設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性和安全性，促進(jìn)DCS控制系統(tǒng)更加穩(wěn)定、安全的運(yùn)行。

5 結(jié)語

總之，隨著電力系統(tǒng)的改革，發(fā)電廠面臨嚴(yán)峻的市場挑戰(zhàn)，火電廠運(yùn)營成本和安全管理的要求也在不斷提高。將電氣控制結(jié)合到DCS系統(tǒng)應(yīng)用于火力發(fā)電廠，電氣自動化控制系統(tǒng)逐漸跟隨時(shí)代的腳步，以滿足日益嚴(yán)格的技術(shù)要求，同時(shí)，我國電力工業(yè)的快速發(fā)展也對DCS系統(tǒng)提出了更高要求。