DCS系统在火电厂的应用研究

王广

【摘要】文章结合具体火电厂实例，在简要分析DCS系统比较选择的基础上，对DCS系统的应用和常见问题进行分析，可为类似工程处理及相关工作者提供参考。

【关键词】DCS系统;火电厂

随着我国经济的快速发展以及人们生活物质水平的不断的提高，对电力供应质量提出了更高的要求，作为电厂控制核心的集散型控制系统（DCS）也就变得越来越重要。自第一代DCS面世以来，DCS经过几代的技术更新和功能完善，发展至今，以其功能丰富、运行可靠、配置灵活、界面友好、安装简单等诸多优点在火电厂得到了广泛的应用。虽然我国从80年代就开始将DCS应用于火电厂，但由于在实践过程中不仅要考虑与电厂设备的互联，还要融入通信、计算机、自动化等多方面的技术，因此，不可避免面临着诸多难题和困境，有必要对DCS系统在火电厂中应用进行研究，以促进DCS系统在保证火电厂安全、稳定运行中发挥本有的功效。DCS系统在火电厂的应用是一个综合性的过程，文章结合具体实例仅对DCS系统在火电厂主控系统中的应用进行了研究，可为类似工程实践提供参考。

1.控制方案的选择

某火电厂新建工程2×600MW机组对该地区煤炭资源合理开发、能源资源优化配置、地区经济社会发展具有十分重要的意义，因此，从经济性、安全性、实用性等诸多方面综合性的去比较选择机组的仪控方案是非常重要的一个环节。从火电厂机组仪控方案使用现状来看，主要有PLC控制和DCS控制两种，虽然随着大型火电厂的不断增加，DCS将逐渐代替PLC，但对于二者的比较分析还是具有一定的实际意义，不仅有利于认识二者的特点和适用范围，结合火电厂实际选择合适的控制方案，还有利于更深层次认识DCS系统，促进DCS系统的推广应用。

PLC是由模仿原继电器控制原理发展起来的，PLC每完成一次循环操作需一定的扫描周期，这是DCS所没有的，但这也是使PLC的冗余不如DCS的原因。对于大型火电厂庞杂的控制系统来说，监控测点I/O总点数较多，显然采用PLC控制不合适。相比PLC而言，DCS系统具有明显的优点，DCS不受地理和环境的限制，使分散在各地的计算机系统资源同时为多个用户所共享，充分发挥各地资源的作用和特长，实现协同操作;它遵从相关标准，采用现场总线技术，既可使用FM/SM系列硬件模块用于现场数据的采集，又可方便的与远程I/O、CAN、Profibus等多种现场总线设备或模块连接;实时高效可靠的冗余控制器，基于以太网的上层监控系统，提供动态丰富、操作直观方便的人机交互界面;一体化的组态编程与调试软件，实现观全系统所有功能的组态，强大的数据储存与处理能力可以记录所有重要历史数据并提供生产数据分析报表。基于以上分析，本工程机组采用炉、机、电集中控制方式，两台机组设一个单元控制室，每台机组按炉、机、电一体化配置DCS系统，实现全LCD监控。在单元控制室通过DCS操作员站即能完成对机组启/停操作、正常运行工况的监视和调整以及异常与事故工况的处理。

2.DCS系统应用及常见问题

2.1 DCS系统整体方案

该火电机组DCS控制系统由数据采集系统（DAS）、模拟量控制系统（MCS）、旁路控制系统（BPS）、炉膛安全监控系统（FSSS）、顺序控制系统（SCS）、电气量监视控制系统（ECS）构成，其中旁路控制系统（BPS）纳入MCS控制范围。汽轮机数字电液控制系统（DEH）、给水泵用小汽轮机数字电液控制系统（MEH）与DCS采用相同的硬件设备，网络配置和操作员站采用一体化设计。系统采用工业以太网络，#1机组、#2机组、公用系统分别设置不同的网段。总体而言，主要包括硬件和软件两个部分。该机组DCS系统硬件主要包括工程师站、运行员操作站、网络交换机、控制处理机以及I/O卡件。系统的软件部分是本文研究的重点，在此主要以模拟量控制系统（MCS）为例进行软件的实现及应用分析。

首先，火电厂热工控制信号主要包括压力、液位、流量、温度和少量化学分析参数。MCS系统中，对于最重要的参数信号，如功率、主汽压力、汽机第一级压力、炉膛压力、给水流量等，一般要设计有3个测量信号。对于这些信号的物理位置安排上，尽可能将它们分配到3块模拟量输入卡件上;在信号选择上采用三选中算法。注意在流量差压信号处理时，考虑小信号切除问题，小信号切除范围定为1%。

其次，火电厂MCS系统中，有一些典型的多控制输出系统，它采用两个或两个以上的控制驱动装置控制一个变量，而调节器是共用的，如送风控制、炉膛压力控制、一次风压控制、燃料控制、给水控制都是典型的多控制输出系统。为了实现多个控制驱动装置投自动时的无扰，在控制总量一定的情况下，一路控制输出变化时其余控制输出能自动调整以保证控制总量的不变，多控制输出系统为达到优良的控制品质需要有满足要求的多输出平衡回路，根据以往类似工程经验，利用DCS系统平台设计了较完善的平衡回路，较好地满足了这些要求。

再次，MCS系统中的超驰控制功能实现在特殊的情况下，切断调节器的正常输出，自动将控制输出切换到预设值，而调节器转为跟踪状态，当超驰控制消失时，调节器恢复正常工作。因此，超驰控制功能是必不可缺的，对于安全保护的超驰控制，要求优先级高于正常自动和手动操作。在该机组MCS系统中，考虑工艺系统这方面的需要，实现超驰控制功能。

2.2 DCS系统存在问题

该电厂在应用上述DCS系统后，在现场调试过程中，组态工具曾发生三次无法打开的问题，现在的解决办法是重装工程师站，但重装后必须要把所有的控制器CP初始化，并断电重启，还要把所有的组态重新下载，这个过程要用一定的时间。这个问题对于调试来说，是十分严重的。在真正启动调试的过程中，是不可能重装工程师站的。可以看出，DCS系统应用过程中，会出现各种问题，这需要及时加以解决。笔者在这个项目的实施过程中，工总结出了以下行之有效的问题判别及解决方法。

（1）操作站死机

当发现某个操作站死机，监控画面数据不刷新，调节画面不起作用，查看右上方系统报警指示灯是否正常，并检查其他操作站是否工作正常，若正常，则仅该操作站有问题，维修即可。若其他操作站数据也不变，则为系统通讯网络出现故障，需检查网络设备的运行情况，进行修复。

（2）操作站断电

若部分操作站突然无显示，则说明UPS或市电断电，若有电的操作站可正常监控，此时不会影响控制系统的正常调节。

（3）控制站全部断电

由于所有控制站设备均为双路供电，一路UPS，一路市电，所以这种情况的发生几率很小。当控制站全部断电后，监控画面上两个系统报警红灯亮，通讯中断，数据全部不刷新，所有自调系统完全失控，调节阀将恢复到初始状态，气开阀全关，气关阀全开。此时，应立即紧急处理或停车，同时到现场进行操作。

（4）操作站全部断电

此时，查看控制站电源指示灯是否正常，卡件诊断指示灯有无故障红灯，绿灯表示卡件正常工作，若以上都正常，则可以确定控制站工作正常，自调系统工作正常，只是操作工暂时看不到监控画面，且不能对现场进行遥控操作，立即通知微机维修人员进行维修，并到现场进行监控。

（5）调节阀仪表气源压力低或仪表空气全部断气

当发现多个自调系统失灵，监控画面上自调阀阀位在全开或全关位置，立即检查仪表气源压力，若气源压力小于0.4MPa，则不正常，检查气源管道有无堵塞或漏气现象;若气源压力小于0.2MPa，立即进行紧急停车。

3.结语

DCS的应用是一个系统性的过程，虽然目前市场上有诸多较为成熟的DCS系统，但若将其应用于火电厂，还需考虑诸多方面的问题，不仅仅是系统的实现，还涉及系统的调试和维护，是一个基于电厂运行的全过程，这就要求基于经济性、安全性、稳定性出发应用DCS系统。

参考文献

[1]曹冬梅.DCS系统在通辽电厂4号机组中的应用及改造[D].华北电力大学，2012.