电厂热工控制DCS系统的设计与研究

艾 磊

神华陕西国华锦界能源有限责任公司，陕西榆林 719319

DCS系统是在对计算机局域网的研究基础上发展、演变起来的，是把局域网变成一个实时性、可靠性要求很高的网络型控制系统。相对于集中控制系统而言，DCS系统为分散控制系统。作为电厂中枢神经的DCS系统直接关系到整个机组试运能否顺利完成以及投运后的正常运作，因此在对其进行设计时，需要着重考虑其系统功能上的设计。

1 我国电厂DCS系统的发展现状

DCS系统已在我国电厂中广泛运用了十多年，机组主要的热工自动化系统也宜采用分散控制系统。目前，我国电厂中几乎所有的机组都采用了DCS系统，其功能主要包括数据采集和处理功能、模拟量控制功能、顺序控制功能和锅炉炉膛安全监控功能。对于机组部分试运行和整机启动调试过程中，DCS的能动作用加速了机组安装调试的进程；而且机组正式移交生产时，保护和控制系统的主要功能的投入使用，确保机组的安全经济的运作。

随着我国科技技术的不断提高，已经能够独立承担DCS系统组态及应用软件的设计、现场调试和相关的培训工作，开始改变完全依赖国外进口的局势。但是，对于当前我国DCS系统运行和维护工作量较大的问题，在对其进行实际设计时需要加强系统功能性的设计，以提高系统运行的工作效率。

2 我国电厂热工控制的现状分析

以自动调节系统的角度来看，我国电厂热工控制的现实情况具体表现在以下两个方面。

1）机组监控的相关软件来源于国外进口。由于国外的自动调节系统发展成熟，各种仪表和执行机构运行的可靠性强，各种设计参数合理，致使国内的机组、DCS系统等相关软件都采用进口的知名设备；

2）DCS系统程序的编制由国内自己执行。虽然在系统程序的编制工作上，采用国内自动调节系统程序编制的专业人士，但是在其系统编程和调试阶段，在其技术上无法做到相应精细程度，从而导致整个系统的运作存在一些问题。

3 电厂DCS系统的网络设计分析

DCS系统的网络设计是整个DCS系统设计的基础和核心，对DCS整个系统的实时性、可靠性及扩充性起着决定性的作用。

由于系统网络的实时性是衡量系统网络性能的指标，因此，DCS系统的网络设计必须满足实时性的要求，即在确定的时间限度内完成信息的传送。

系统网络的设计还必须具有良好的可靠性，保证网络通信一直处于良好的联通状态，可以通过采用双总线、环形或双重星形的网络拓扑结构来实现。

4 电厂DCS系统的功能设计研究

根据我国当前电厂DCS系统的发展状况，结合电厂的现实情况，对电厂DCS系统的功能设计主要包括数据采集系统（DAS）、模拟量控制系统（MCS）、顺序控制系统（SCS）、数字电液调节系统（DEH）和锅炉炉膛安全监控系统（FSSS）。

4.1 数据采集系统（DAS）

数据采集系统（DAS）又被称为计算机监控系统，其基本功能就是对机组整个生产过程的参数进行在线检测，经过相关的处理运算后以CRT的画面形式提供给操作员。在此系统中，可以实现自动报警、制表打印和性能指标的计算等功能，以提高操作员实际操作的准确性。

4.2 模拟量控制系统（MCS）

模拟量控制系统（MCS）是将汽轮发电机组的锅炉和汽机当作一个整体来进行控制，分为炉侧、机侧模拟量控制系统两部分。其中，炉侧MCS系统包含了几个重要调节系统,机炉协调控制系统、汽温调节系统、送、引风调节系统、启动分离器储水箱水位控制系统及蒸汽温度控制系统；而机侧MCS系统除了锅炉给水系统全程调节和除氧器水位调节是串级调节外，其它都是一些单回路调节系统，如除氧器压力、水位调节系统、凝汽器水位调节系统和闭式水箱水位调节系统。

MCS系统主要负责生产过程中水、风燃料等系统的主要过程中变量的闭环自动调节及整个单元制汽轮发电机组的负荷控制任务。

4.3 顺序控制系统（SCS）

顺序控制系统（SCS）也称程序控制，是将机组的部分操作按热力系统（或辅助机械设备）划分成若干个局部子系统，按照事先规定的顺序，通过对各设备运行状态的逻辑判断来发出操作指令，进而对机组设备的各部分实施顺序启动，以实现顺序控制的目的。其主要任务就是负责电厂厂房内主机或辅机的自动启停、参数监视及联锁保护工作。

由于SCS系统中指令的优先级是实行分层设计的，炉侧顺序控制的范围包括：送风机、引风机、炉膛吹灰系统等方面；机侧顺序控制系统的范围包括：汽机润滑油系统、内冷水系统、胶球清洗系统等方面。

虽然SCS系统是一个内容庞杂而控制逻辑相对简单的系统，但联锁保护逻辑的设计作为其核心内容，必须结合现场设备的实际情况进行设计，其设计的合理性不仅关系到辅机本身的安全，还关系到机、炉主设备的安全。

4.4 数字电液调节系统（DEH）

数字电液调节系统（DEH）是汽轮发电机组的重要组成部分，其主要作用是调节汽轮机的转速、功率和控制汽轮机前的压力，同时还可以实现机组启停过程和故障时的控制和保护功能。

4.5 锅炉炉膛安全监控系统（FSSS）

锅炉炉膛安全监控系统（FSSS）又称为燃烧器管理系统（BMS），该系统能在锅炉正常工作、启停等各种运行方式下，连续、密切的监视大量燃烧系统的参数和状态，通过不断地进行逻辑判断与运算，使得必要时发出动作指令，结合各种顺序控制和连锁装置的设计，使燃烧系统中的相关设备严格按照一定的逻辑顺序进行操作或处理未遂事故，以保证锅炉的安全。

[1]刘景芝，孙伟.一电厂热工控制DCS系统设计[J].自动化技术与应用，2007：26(12).

[2]孙星.分布式控制系统DCS研究[J].科技创新导报，2011(12).