电厂DCS集散控制系统的设计及应用

李少毅

摘 要： DCS系统其实是计算机控制系统，随着计算机可靠性和运算速度大大提高，网络技术逐渐成熟，DCS集散控制系统已经成为一种控制功能分散、操作管理集中，既能解决复杂的过程控制，提高自动化水平，又集系统分析和管理功能的控制模式。本文主要是对电厂DCS集散控制系统的设计及应用进行分析和说明。

关键词： 电厂；DCS集散控制系统；设计；应用

1、DCS集散控制系统概述

DCS集散控制系统其实又被称为分布式控制系统，主要是对生产过程进行集中管理和分散控制的一种计算机系统。DCS集散控制系统的发展主要是随着现代社会科学技术的发展以及工业自动化水平的不断进步、过程控制的不断复杂而逐渐产生的。在DCS集散控制系统出现之前，控制系统的发展主要是经历了数据采集系统、数字控制系统等阶段，DCS集散控制系统与这些系统相比是具有较大的优势的，如DCS集散控制系统的集中管理，控制功能分散，具有灵活性、可拓展性和可靠性，良好的人机交互能力等。随着我国对DCS集散控制系统的研究和发展以及对国外相关技术的吸收，再进行改进，加上科学技术和计算机技术、通讯技术以及控制技术的不断发展，我国集散控制系统的发展已经比较成熟，得到广泛的应用，技术已接近国际水平。

2、电厂DCS集散控制系统的设计

（1）点火系统的程序设计

现在燃煤电厂普遍采用等离子技术完成锅炉点火，而代替传统的燃油点火来节省成本。而且等离子技术成熟可靠。但在实际使用时，点火程序的设计变得尤为重要。我们在对等离子系统设计的时候，主要是包括以下的几个方面：

等离子点火系统控制流程如下：锅炉具备点火条件后，控制等离子点火头推进锅炉燃烧器，配合磨煤机和一次风系统的投入，加高电压至等离子点火头，使产生高温电弧，从而使高温煤粉燃烧起来。简单的一个系统，包括了程序控制、协调控制、各种保护等。在DCS系统就能实现所有功能的设计和试验：程序控制里需满足等离子点火头的进退以及升电压、引弧等步骤，完全有DCS的程控模块发出指令和接受反馈；协调控制就需与磨煤机系统、一次风系统协调控制，做到等离子点火的最优化；保护功能能确保有危险信号，如点火失败、灭火时，退出系统以保护炉膛的安全等等，通过DCS系统，都能完美的实现，并能在监视屏幕上监控整个点火过程。

（2）炉膛压力控制系统的优化设计。

我们对炉膛压力控制系统进行优化，以华能济宁电厂为例来进行说明，华能济宁电厂所采用的炉膛压力控制系统运行主要就是通过调整双速离心式引风机入口挡板的开度，来达到平衡引风量和送风量的，并且在炉膛压力规定的上下限内来实现调节的功能。根据反馈的回路的总风量来刀刀锅炉鼓风机的目的，鼓风机转子打开指令通过处理后导入阻尼前馈信号引风机、引风机反馈控制循环使用可变比例控制，增益的强度如上图所示。

我们利用DCS集散控制系统进行设计，主要是在之前的基础之上增加引风机反馈回路中的变比例这一应用，而且还要进行相关的动态调试，并对相关的回路数的数据进行整定。如炉膛压力控制回路如上图所示。

我们将三个炉膛压力中的中间测量值来作为最终的测量值，而且还利用调整引风机的入口挡板的开度来将炉膛压力的设定值维持在规定的上下限内。在对主控的PID参数进行整定是要利用变比例控制，积分时间为118秒，这样主要是为了防止在炉膛的压力设定值与实际值之间出现较大的差距时，系统的稳定性下降。

（3）电气设备的更新设计

电气设备的更新设计主要是扩展DCS控制柜，电气公用的部分和机组部分分别由一组冗余控制器来进行操作控制。其次是将汽轮机交流和直流油泵的启动、停止控制都要设计到DCS集散控制系统中，与此同时不取消硬手操作设备。将柴油发电机的启动、停止按键、仪表、报警信息接入集散控制系统，同时在控制盘上加设一对启动、停止按键将，110V、220V直流系统的仪表、报警信息接入集散控制系统。最后将全部的开关的断开、闭合、状态显示灯、电气系统的报警光字牌等信号接入DCS集散控制系统，实现机、炉、电的协调控制。

3、电厂DCS集散控制系统的应用

电厂DCS集散控制系统的应用其实是电厂管理水平的整体体现，主要是表现在以下几个方面：

（1）所有单元机组的DCS控制一体化应用。

所有单元机组控制应用同一套DCS系统，形成一个统一的整体，发挥DCS系统的稳定性，自动化程度高等优点，集中控制，可以减少运行人员的人数和劳动量，制定灵活的值班制度，也可以实现单元机组共用辅助系统，灵活改变运行方式。

（2）炉机电整体控制。

通过接入锅炉、汽机、发电机、辅助系统的信號，运用DCS灵活的网络结构，可以把整个发电工艺的运行和控制状况集中监视和控制，通过高度自动化控制模块、精准的逻辑判断和计算能力、高可靠性和人性化的组态界面，能充分的将整个工艺系统进行协调控制，能大大提高机组的效率和经济性，不断进行数据分析和优化，全面实现机组的运行和维护管理。

（3）发电厂管理的应用。

DCS系统是一个发电机组运行状况的一个巨大的实时数据库，所有机组的运行状况既有实时数据，也有历史数据。这些数据经过统计和处理，能对整个电厂的管理，包括电厂的发电成本的计算、物资采购的计划、发电计划的安排、状态检修计划、人员配置、绩效考核等等，都能通过DCS上传的数据实现。

（4）节约电缆，但效果不明显。

现在我国DCS集散控制系统所使用的设备器件价格较高，需要防尘和保持温度、湿度，所以这就在一定的程度上阻碍了DCS集散控制系统的应用，因为DCS系统的一些主要设备是需要设置在条件比较好的电子室，每个现场信号需要通过电缆连接到电子室的，虽然是通过电缆来进行连接，但是与传统的仪表控制系统进行比较就会发现所用的电缆是大大减少的，比较节约电缆，但是效益是有限的。随着通讯技术的发展和成熟，DCS系统现场总线的方式也逐步进入市场应用，当所有现场设备都具备通讯模式时，一定数量的信号只要通过一根通讯电缆就能上传到DCS，实现节约电缆的最大化。

4、结束语

本文主要是对电厂DCS集散控制系统的设计和应用进行了分析与研究，并通过三个方面来进行阐述，首先是对集散控制系统进行了概述，其次是对电厂DCS集散控制系统的设计进行分析，最后阐述了电厂DCS集散控制系统的应用，希望通过本文法阐述可以提供一些借鉴作用。■

参考文献

[1]陈亚鹏；集散控制系统在电厂中的应用研究[D]；华北电力大学（北京）；硕士学位论文；2016.

[2]张辉、孙岩；电厂集散控制系统应用分析[J]；科技视界；2014（02）.