浅谈DCS系统在火电厂电气控制方面的应用

陈金伟，田忠玉，张宇翼

中国华能集团有限公司，北京 100031

0 引言

随着通信技术及技术机技术的发展以及大型火电厂对管理及控制的要求的不断提高，电力控制系统已经集中式的系统向开放式系统发展。集中式的系统在现场设备不断增加的情况下，缺点就明显的表露出来，如布线非常复杂、大幅提高成本、扩展性差、易受干扰等。但通过DCS系统对火电厂电力系统的控制，大幅度提高了电厂的安全运行系数，给火电厂创造了巨大的经济财富。在我国，目前超过300MW的机组都使用了DCS来控制单元控制室管辖的机炉，所以在应用与运行方面，我国已经形成了坚实的基础及丰富的实践经验。

1 DCS系统论述

1.1 DCS在电力系统的作用

（1）完善和提高电气系统的运行监控能力和水平，整台发电机组都采用现代化工具和手段实现高水平和完善的监控，更有利于实现整个发电机组的综合自动化，提高管理水平。目前，电气系统重要的运行参数和状态显示及操作已进入DCS，实现了DCS对电气系统的监视与控制，很好地实现了整个机组（机、炉、电）的综合自动化和厂级运行管理。

（2）提高电气控制的可靠性。一是由于DCS自身具有很高的可靠性，而且可以通过配置冗余等形式的控制系统替代原有的固态逻辑和继电器，提高控制的可靠性;二是可以省去大量操作终端，避免如硬接线、开关、按钮等引起的故障;三是由于内部构成大量的联动逻辑，设置了操作闭锁和操作准许检查逻辑，减少了人为误操作的可能性。

（3）DCS控制系统的系统逻辑在计算机内部的控制运行和过程可靠性相对比较要高，为整个电气控制系统提供保证了该系统控制运行的逻辑方式也可以说通过采用控制的冗余联动逻辑形式来进行控制实现，避免了由以往系统冗余动作过多，所产生导致的系统终端的操作控制损失概率上的明显降低，真正实现了操作的集中控制。

1.2 DCS系统在火电厂电气控制对象

（1）机变系统：发电机主变油温，发变组出口断路器，无功功率，有功功率，功率因数，负序电流，中性点电流，定子电压、电流，频率，氢气纯度和露点，主变绕组温度，机变系统异常告警和故障，自动同期装置。

（2）发电机励磁系统：电压、励磁电流、变压器绕组温度。

（3）直流系统：电流、电压，直流系统故障和异常告警，直流通信通道。

（4）UPS不间断电源及保安系统：UPS母线上电压，保安段母线电压。

（5）厂用电源快切装置：快切故障和异常告警，快切开关电流、电压。

（6）6KV母线工作及备用进线断路器：断路器电流、电压，断路器分合状态。

（7）6KV母线各个机炉负荷断路器：断路器电流、电压，断路器分合状态。

（8）6Kv母线各个变压器(如低压变，公用变，除尘变。输煤变)高压侧断路器：断路器分合状态，断路器电压、电流。

1.3 电气控制系统与DCS关系

目前，许多大火电厂主要电气控制系统设备的所有重要设备运行系统参数设定和报警状态记录已经可以进入计算机或DCS控制系统，可真正做到CRT屏幕自动提示、报警、记录自动打印记录和报警输出，已建立完成了控制四个大型电气系统安全运行参数的一套基本安全操作系统。然而，许多单元操作仪表参数或被检查元件数量上，仍多采用模拟仪表或数字仪表和信号灯等显示方式托盘，使系统的能够和运行时间依赖性还不强，因此，接入DCS监控系统实际上是系统为了全面提高整体运行与监控系统能力，使系统之运行成为了一个整体来实现全面准确掌握对系统各系统单元操作的综合操作，弥补了对传统的电气系统需要由专人负责操作系统的不足的认识不足，使整体运行的及时感增强，误差感减少，DCS系统自动连续运行可靠才能可靠性得到最大保证首先，DCS自动化系统控制器本身必须具有相对很高水平的安全可靠性，可以考虑配置冗余控制系统该控制器系统取代使用了许多原有控制器的固态逻辑器件和可编程继电器，提高保证了控制器系统持续运行工作的高可靠性。

2 DCS控制系统的基本结构

2.1 数据通信网络

DCS使用的现场数据传输通信网络是建立一个现场实时网络，即根据需要或者根据现场网络环境的现场实时性要求而进行实时现场的通信。在所规定好的工作时间周期内自动完成实时信息资料的自动传输。现场的I/O网络控制生产现场站、操作员站、工程师站三者通过现场数据实时通信的网络来相互建立连接联系和及时交换数据信息。工作系统的其他各个工作方面，共同用来完成一个DCS网络系统的所有整体功能。根据网络拓扑。有星型，公共汽车型和环型三种。 目前，分散控制系统主要采用环路和总线网络，两种模式。任意相邻的任何两个传输通信节点与其连接端口之间要进行的信息传输及通信交换，均可以通过彼此直接与其相连端口的该两个节点互相连接，并相互通过一个消息网络相连而进行，即都是所有连接的两节点间，均要共享并有其相同的数量的信息传输和通信接口质量。为了要便于用户实现对传输的信息媒体资源数据的及时有效地共享，实现用户对通过多节络点进行共同实时传输信息的输入和信息资源数据的实时传输的请求，也是必须并且要求数据传输是分时地进行传输的，避免数据在实时使用时和消息网络连接传输上而造成数据的信息交叉与冲突。DCS控制系统的应用现场自动化和工业I/O集中控制站自动化，都是一种面向受控过程的控制生产和活动全过程的信息化的过程。现场总线完成I/O总线连接的处理，实现能够直接访问数据存储器的DDC（Value control）网络节点。它可实现的一个最基本的功能是有了以下几个最主要的方面，即流量、压力、电平、温度、电流、电压、功率和各种状态数量等，并可同时将以上所有的这些状态数量都存储在整个系统内存中，使Form～1与现场的总处理量一致[3]。

2.2 操作员站

操作台主要面向系统操作工，用其移动来处理系统一切的各种与系统HMI功能直接相关联的网络节点上的各种线路运行操作。它具有的一种主要使用的功能主要是用来为整个系统所有的网络操作管理人员提供一种人机界面。操作者随时可直接通过网络操作管理站，及时地了解网络现场各项操作运行情况进行状态、各种系统运行管理参数的当前值、异常的工作情况的发生了等。并能够通过计算机输入设备对进入生产过程了解，及时进行生产线自动控制操作和参数调整，确保进入生产作业过程系统的整体安全性和高可靠性，做到高效率，高品质。操作台的设计主要针对人机界面设备的输入以及计算机输入和系统输出设计工作中存在的一些协调和解决问题。我们的输出方面一般是彩色CRT，在计算机上的输入设备方面通常是通过：工作控制器和光标的控制指示装置（鼠标或轨迹球）组成。除了人机界面功能外，操作台上还必须具有日历功能及历史趋势数据处理的功能，主要可用于快速生成运行的报表和绘制历史趋势曲线，直接决定相关控制的部门到了后期的运行的状态，所以我们在整个设计制造阶段，应该去全面系统地考虑下这个核心问题[4]。为了过渡到设计的阶段，基本都是首先由热电气专业人员列出，然后再由热电控制的专业装置，本设计在实际应用中提高了系统性能性能不够全面，影响系统的实际运行。为了达到使整个系统都能够较快能适应于实际的演出的要求戏剧系统在最初设计的阶段，应由有两名和以上知识的相关专业人员负责进行设计工作。为了快速完成整套系统，容量、大小和功能的合理分配，计算应该尽可能详细对于有实际工作的抱负者要对系统DCS的总量进行做了比较详细的计算，对于其在戏剧实际应用中的实际应用还要做好在国际舞台操作演示中所需要的展示系统的各种功能，以及计算机软硬件的配置要求等才能能够确保戏剧系统正常的和高效运行。电气系统控制各功能系统的空间分布。在一些实际复杂的电气操作与操作装置中，由于这些系统运行的各种控制的方法，各种功能参数系统的工作逻辑要求和功能设置方式，都是必须经过系统科学分析计算的，还需要预先加以调整修正得经过长期反复地试验，系统复杂的控制运行逻辑模式一旦初步形成，长期不工作将再次改变。如果要想改变控制系统中的其他任何控制逻辑，首先需要先进入工控站再进行码表传输，且目前由于很多DCS工控系统本身不具备数据在线自动传输控制功能等，所以数据在自动传输控制过程中，可能会由此导致很多其他工控程序产生误操作，也因此，在电气自动化控制功能模块的数据分配使用过程中也一定要多注意避免这一现象。

3 火电厂中分散控制系统的应用

3.1 自动信号系统的应用

该自动信号系统能用于连续或定时连续采集传输信息，并实时自动采集处理的所有重要的以及与反映整个机组工况和有关的信息，相关的所有的重要设备的观测点信号及各相关设备状态信号。以便控制系统能够及时和准确地向各系统，各运行单元调度管理人员提供系统设备有关的工况变化的动态信息，实现统全机纤维的安全与有效地经济的稳定连续运行，它提供系统中的以下各种具体的业务功能：系统操作运行参数状态显示、成组信号显示、俸状图动态信息状态显示、报警系统状态的显示等功能等[5]。

3.2 DCS功能覆盖一体化的应用

目前，许多大火电厂主要电气控制系统设备的重要设备运行系统参数设定和报警状态记录，已经可以进入计算机或DCS控制系统，可真正做到CRT屏幕自动提示、报警、记录自动打印记录和报警输出，建立完成了控制四个大型电气系统安全运行参数的一套基本安全操作系统。然而，许多单元操作仪表参数或被检查元件数量上仍多采用模拟仪表或数字仪表和信号灯等显示方式托盘，使系统的能够和运行时间依赖性还不甚强，因此，接入DCS监控系统实际上是系统为了全面提高整体运行与监控系统能力，使系统之运行成为了一个整体来实现全面的综合操作系统，弥补了对传统的电气系统不足，使整体运行的及时感增强，误差感减少，DCS系统自动连续运行可靠性得到最大保证首先，DCS自动化系统控制器本身必须具有相对很高水平的安全可靠性，可以考虑配置冗余控制系统该控制器系统取代使用了许多原有控制器，提高保证了控制器系统持续运行工作的高可靠性。此外，由于许多故障操作终端都可以自动省略，可以自动通过硬件接线、开关、按钮等方式移除人为操作故障而使整个系统正常运行而更加灵活稳定和安全。 您也还可以直接在系统内自动设置相关的检查逻辑，使人为错误操作大大得到减少，从而大幅提高了整个系统可靠性的高。DCS的系统的应用方案的综合开放性能力和整体灵活性均非常地高，因此，对于整个的电气系统来说都是可以实时掌握整个系统的状态运行过程和进行监控，实现对整个机组运行的跟踪联动一个终端就能把对整个系统运行的操作人变成了一个主人，这样对于整个的DCS的系统也就基本可以说实现到了可以完全地集中操作。

3.3 实现辅机DCS应用

DCS控制器在近年来我国大中型火电厂主机控制系统生产中已经得到了较为广泛和应用，达到了多项国际同类先进控制水平。但各种辅助系统的控制手段不同，根据全国目前的各主要电厂各自配置各自的相应辅助的系统与控制辅助设备，一些较为主要电厂的大型辅助自动化系统，如锅炉灰、渣、煤、化学水处理控制系统多由一台PLC系统和一套上位机组配置成，另一些规模相对较小电厂的自动控制系统虽然近年来也有逐渐多采用了小型的PLC控制器进行自动控制，但由于在操作技术方法和组织管理技术上还是存在以下许多具体问题：分散运行的各控制室不容易组织管理；每个工业控制系统必须使用许多不同功能的辅助硬件设施和管理软件。备品备件的管理、人员技能培训周期长和设备维护相对困难[6]。但现在如果计算机能完全实现对辅助系统设备的全程DCS远程控制，就能轻松解决掉这些现实问题。随着当前DCS、网络、计算机、大屏幕显示和数字PLC可编程控制设备技术等的运用日益趋向成熟。

4 结语

本文经过一系列严格深入的实地调研，对整套DCS控制系统设备的安装应用维护全工作过程进行了详细的测试分析，从而进一步使该系统产品的质量可靠性水平得到有效提高，使得在各种电气控制系统产品中控制系统的综合应用技术更加科学，大大提高了现场电气智能控制装置综合运行监督控制的能力等级和精度水平，使整个电气系统安全运行的可靠性能力和设备安全性水平能够真正得到有力保证。在如此激烈复杂的劳动力市场竞争中，要想尽快提高劳动力企业生产的运行效率，就必须首先保证法律制度体系相对良好的稳定运行状态，对于促进火电厂的发展和能源的可持续利用也有很大的作用。