基于DCS的电厂自动化设计与实现

杨广东

（徐州华美坑口环保热电有限公司，江苏 徐州 221141）

一、引言

电厂生产环境恶劣，工艺复杂，如果操作不当很容易形成生产事故。而随着科技的进步，自动化生产以及运营技术受到了广泛的青睐。在这样的背景下，电厂纷纷进行一体化与自动化改造，而其中DCS作为一种先进的手段而被广泛使用。DCS系统作为集散处理器计算机模式能够对具体的运营控制实现多级管理，并随着网络体系的建立而形成网络化管理体系，保障电厂体系的合理化运营。本文以电厂为研究对象，以DCS为构建手段，对电厂自动化建设过程中的DCS系统设计与实现提供必要的理论基础与实践指导。在具体的研究过程中主要对电厂自动化的根本目标进行总结，来为后续的实际建设提供必要的目标基础，也为实现过程中的途径提供了必要的基础；并为后续的实际自动化设计进行分析，按照模块分析的方式对其功能进行规划，同时总结在具体构建以及实现的过程中可能存在的注意要点。希望通过本文的研究能够为今后的相关体系建设以及电厂自动化的具体构建步骤来提供必要的理论基础与实践指导。

二、电厂自动化设计目标

电厂自动化设计是其后续改造的必然，也是其实现自动化生产与安全运营的必要条件。在这样的背景下，我们有理由对电厂自动化设计的目标来进行分析，进而使得后续基于目标实现的设计更为严谨，也更为具有方向性。从其根本目标而言主要可以分为如下几个方面：

第一，监控目标。电厂自动化设计的基础是对于各个生产环节以及设备运营状态的掌握，只有在掌握的基础上才能够做到对于各个环节的综合控制。因此，控制目标的实现是电厂自动化的根本目标，也是后续自动化建设体系中的必然。就电厂自动化建设的实践我们发现，电厂监控的自动化主要通过两种方式来进行实现。一方面是通过数据化建设将各项设备的运行指标进行数据化建设，并通过数据化对其进行表征。另一方面，是采用视频系统对具体的运作状态进行表征。二者相互协同，相互互补，形成完整的监控体系。

第二，控制目标。控制目标是电厂自动化设计的根本也是要完成的根本任务。通过对不同设备的远程控制来达到对电厂整体控制的效果。在具体的控制层面则可以分为两个部分，一方面是对下级机的控制，通过人机互动界面对相关参数进行设定，而不同的工序环节涉及到不同的下级机，只有完成对下级机的通讯控制才能够完成从控制终端到设备终端的转化。另一方面是对终端设备的控制，利用二级机内的集成程序对相关的参数设备控制来实现自动化管理体系。具体则可以根据设备原理与设定参数为主。

第三，统计目标。在实现了对电厂的实时数据监控与设备控制的基础上，我们还应该对电厂的运营数据进行统计与分析。通过对统计数据的调用与具体分析能够掌握电厂的运行参数以及运行效率，为后续的电厂技术改造以及运营管理提供必要的基础与决策依据。

三、基于DCS电厂自动化设计方案

为了达到上述目的，电厂自动化设计方案采用基于DCS的设计思路来对其进行构建。其具体构建为为模块分类的设计原则并制定必要的技术流程，在具体的设计过程中可以分为如下两个层面：

第一，通讯构建。通讯体系的构建是自动化设计体系能够顺利运行的根本，也是整体设计有效性的基础保障。在具体设计的过程中我们需要保障便捷性、安全性以及有效性等三个方面。在便捷性的保障层面需要各个固定IP连接过程中采用无损与0延迟传输，即数据搜集与非处理环节之间的数据同步率达到最高；同时为了增加整体系统的调用范围，在该系统设计与实现过程中可以匹配一定数量的移动终端，便于设备现场检修过程中的数据支持；在安全性方面则主要是对数据传输过程中的安全性进行保障。一方面数据传输采用固定线路，非联网的传输方式，及保障了数据安全与可靠，同时也防止数据外泄与交换过程中的不遵从现象而产生的危害；另一方面在数据传输的过程中可以基于协同协议的方式建立独特的密码体系，对数据进行有效的加密，在不影响传输效率的同时提高数据的安全性；在数据的有效性方面：我们应该避免单DCS控制多个生产节点现象的产生，在具体的设计环节采用网状结构来实现备用管理，此种模式能够有效的防止由于单一设备的故障而导致大范围的停产与生产安全隐患。

第二，模块构建。模块构建是指在具体的功能目的下通过不同的模块来加以实现的设计方法。此种设计方法与原则能够较好的支持特定功能的实现，并便于软件的整体编辑。在具体的模块设计过程中根据电厂自动化设计体系的要求与目的主要可以分为如下几个方面：（1）数据采集模块：通过不同类型的传感器以及视频采集系统获得电厂内各个设备运行的基本数据，并采用集中传输的模式向各级处理器汇总。（2）数据处理模块：对于可以直接调取的数据则存档等待上级机调用，对于需要处理的数据则采用下级机中预制的函数来进行相关的数据处理与计算，供上级机的直接调用；（3）可视化人机模块：在该模块的设计过程中主要以便捷性与可操作性为主要的设计依据。建立完善的模拟电厂或者3D电厂模型，并将各个设备的运转情况以工序图的方式进行表征。该模块的此种设计思路能够方便操作人员对于相关数据的监控与管理。同时，在可操作模块的规划过程中可以通过参数按钮设置等方式来提供一键式控制范式，进一步提高电厂自动化建设水平；（4）分级控制模块：在电厂的控制体系中，我们对各个设备应该采用分级控制的理念来进行设计。下级机负责对相关具体的开关、继电、电流等设备的具体控制；中级机负责对单个设备的整体调节；上级机负责对电厂整体生产与运行工序的控制。在分级管理的思想下，构建整体的自动化管控体系。

四、自动化设计实现分析及其技术要点

上文对电厂自动化体系的设计进行了系统的分析，探讨了包括通讯体系以及功能体系的具体设计目的与原则，而在实际的实现过程中我们还需要对具体的实现过程加以注意，来保障电厂自动化整体的有效性。在具体的实现技术要点方面则可以从如下几个方面来加以注意：

第一，构建模式的选择问题。在电厂自动化体系设计与构建的过程中有多种模式，其中基于DCS的构建模式是当下较为先进的模式之一，其采用分散集中处理器对相关数据进行分级处理，能够有效的提高运算速率，并降低上级机的负荷。同样，此种模式也会带来一定的数据传输延迟与隐患，在具体的工程中应该通过适当的手段予以避免。

第二，电气施工质量问题。任何施工均需要从各个方面保障其质量，才能够在后续的应用过程中更为合规。在电厂自动化体系建设的过程中，电气施工质量是必不可少的环节。其中需要注意如下几点：首先，电气设备的供电需要进行保障，电子元件尤其是基于计算机的电子元件对于电压较为敏感，在其电气供电支持体系的施工过程中应该加装稳压器；其次，在自动化构建体系过程中，包括计算机、通讯通道等在内的硬件设施的质量标准应该通过严格的测试。以避免由于后续维修而产生的施工损耗；最后，电气施工的布线体系应该合理并科学。在实际的施工过程中电厂自动化建设体系需要的电气配套多种多样，布线的合理决定了后续设备维护与检修的便捷度，此方面内容在设计的过程中应该有所涉及。

第三，物资质量问题。要做到工程质量的保障，我们需要从物资质量方面下手。电厂在电气设备进场的过程中应该严格检验流程、明确检验标准、评价检验结果。通过一系列质量保障体系来获取较高的施工质量。同时，根据电厂的实际情况尽量避免第三方外包工程的参与，或者在外包的过程中采用材料统一采买的方式来保障物资的质量，为后续的自动化管理体系提供必要的保障。

结语

电厂自动化建设是现阶段电厂技术改造的必然，也是保障生产与安全运营的基础。本文以DCS为核心技术，讨论了其在具体的电厂自动化建设过程中的意义与要求，并对具体的目的实现模块以及实现过程中的注意事项进行了讨论，旨在为后续的电厂自动化设计以及施工提供必要的理论基础与实践指导。

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