基于DCS的大中型火电厂电气控制系统的改造及应用

廖晓东++朱潇宇

【摘 要】 随着科学技术的发展，大中型火电厂的电气控制系统也开始向着高度自动化的方向发展。就目前来看，越来越多的火电厂开始进行电气控制系统的改造，从而通过将系统纳入到DCS中提升系统自动控制水平。基于这种认识，本文对基于DCS的大中型火电厂电气控制系统的改造及应用问题展开了探讨，从而为关注这一话题的人们提供参考。

【关键词】 DCS 大中型火电厂 电气控制系统 改造

从系统层次结构和设备组成上来看，大中型火电厂的电气控制系统与DCS系统拥有一定的相似性。但是，DCS控制系统能够实现设备的自动调度和管理，所以拥有更多的应用优势。因此，有必要通过将火电厂电气控制系统纳入DCS实现原有系统的改造，从而更好的促进火电事业的发展。

1 大中型火电厂的电气控制系统分析

从结构组成上来看，大中型火电厂的电气控制系统由发电机-变压器组、厂用电和升压站三个部分构成。按照层次结构划分，可以将系统划分为控制层、间隔层和通信层。其中，通信层负责实现控制层和间隔层的通信，为系统的网络资源。而系统间隔层为现场设备装置，控制层由各类监控站组成。目前，该系统仍然为采用常规方式或相对独立方式运行的控制系统，无法实现一体化的控制管理，所以给火电厂炉、机、电的集中控制运行的实现带来了阻碍。

2 基于DCS的大中型火电厂电气控制系统的改造及应用

2.1 DCS的结构组成

所谓的DCS，其实就是分散控制系统的英文简称。从结构上来看，大中型火电厂的DCS由现场层、控制层和监控层组成，其中监控层和控制层的通信需要利用数据通信网络实现，所以可以被称之为网络层。在系统控制方面，DCS具有良好的实时性和较高的运算速度，并且控制周期较短，能够实现大型机组的炉、机、电的一体化和综合自动化管理[1]。由于DCS与电气控制系统的层次结果基本相同，使用的设备类型也较为接近，所以可以用于进行电气控制系统改造。

2.2 电气控制系统的改造

2.2.1 现场层的改造

在将电气控制系统纳入DCS时，可以直接将系统原有的现场设备当成是DCS现场层设备，从而实现现场层的改造。为进行各独立装置的管理，需要按照不同电压等级进行现场设备的划分，然后将各装置动作信号和位置状态等开关量当成是输入量送至DCS系统。而采取硬接线方式进行各电气设备和DCS系统的连接，并且使用电缆将设备电气量信号传送至系统I/O柜上，则可以利用DCS的控制命令进行现场所有电气设备的运行控制。针对通信层单元，则需要采取高速现场总线或以太网通信接入DCS，然后由系统过程控制站与监控级通信。

2.2.2 控制层的改造

在进行系统控制层改造时，需要配置与其他过程控制单元相适应的控制柜，并且按照面向对象的方式将控制柜当成是该层级的电气控制单元。在此基础上，可以将原有电气控制系统间隔层的智能前端二次设备当成是机柜内的主要设备，从而实现系统测试控制。考虑到电气系统控制对数据采集和处理有着较高的要求，还要使用性能较高的主控单元进行控制器改造。

2.2.3 网络层的改造

在原来的电气控制系统中，存在有基于现场总线和基于快速以太网的通信网络。而DCE系统为基于快速以太网的系统，所以可以直接进行基于快速以太网的通信网络的移植，但是却法无法进行基于现场总线的通信网络的直接移植。针对该问题，还要使用网关进行通信协议的转换。具体来讲，就是为了实现保护设备与整个网络系统接口能够有效连接，需要将现场总线接口转换为以太网接口，然后利用站内通信规约进行设备与接口通信的实现。利用该种网络改造方式，不仅能够实现系统通信，还能够完成专用网关设备的开发。

2.2.4 监控层的改造

从监控设备组成上来看，电气控制系统和DCS使用的主要监控设备为PC机。在进行监控层改造时，可以使用以太网接口进行设备连接，从而实现系统的移植和转化。而在监控软件改造方面，由于DCS中涵盖原有电气控制系统的面向逻辑控制的控制策略，并且兼有模拟量控制的功能块图，所以可以直接使用原有的软件组态[2]。此外，也可以使用系统原有的人机界面软件作为监控层人机界面。而采取该种方式进行系统监控层的改造和转化，则能够使系统改造得到一定程度的简化。

2.3 改造后系统的应用

利用DCS完成系统改造后，系统将具有基于冗余技术的高可靠性，即系统每个层次都将配置必要的冗余。此外，改造后的系统还能够实现机组自启停过程的顺序控制。具体来讲，就是在机组正常启动后，系统将利用DPU主控模件逻辑运算进行启动是否位于控制层的判断[3]。当发电机电压达到一定值后，主控模块将完成自动周期装置的启停状态的判断。当机组停机后，系统会将高压厂用电切换到备用变压器上，并直至机组负荷为零。而系统控制层根据控制逻辑可以进行控制指令的发出，从而使发电机灭磁。

3 结语

总之，将大中型火电厂的电气控制系统纳入到DCS中进行改造，将能实现炉、机、电的一体化控制，所以能够使发电厂的自动控制水平得到提升，从而为发电厂带来更多的经济效益。因此，相信随着相关技术的发展，基于DCS的电气控制系统也将在火电厂中得到广泛的应用。

参考文献：

[1]于永杰，李康，徐磊.火电厂分布式控制系统（DCS）技改工程对电气控制系统的影响[J].科技与企业，2012，19：327.

[2]陈珊珊.火电厂电气控制与DCS系统探究分析[J].才智，2012，30：38.

[3]佘丹宁.火电厂ECS电气监控系统纳入DCS监控的应用分析[J].电气传动自动化，2013，03：39-43.