火电厂DCS分散控制系统的故障及预防分析

火电厂DCS分散控制系统的故障及预防分析

许俊

（神华国华九江发电有限责任公司江西省九江市332504）

摘要：在传统火力发电厂生产过程中，由于供电技术不都成熟，并且造成的环境污染较为严重，使得其生产效率不高。同时，由于传统的供电机组存在笨重、结构复杂、体积庞大等的特点，使得火电厂生产过程中损耗大量能量，而电能的损耗量高达百分之十五至百分之三十左右。因此，将电气自动化技术应用到火力发电厂中来，能够有效提高电能的生产效率，促进火电厂良好发展。火电厂分散控制系统以电气自动化技术为基础，运用分层分布结构思想，通过以太网、数据通讯技术、过程控制单元和运行管理工作站联合作用实现综合测控，最后所得的数据进入计算机终端，进行数据处理、原因分析和任务自动执行，实现了发电厂运营过程的全面监管和维护。

关键词：火电厂；DCS；分散控制系统；故障；预防

1分散控制系统简介

1.1基本架构

分散控制系统的基础是微处理器，是融合计算机技术、网络通讯技术、测量控制技术等现代电子信息技术的现代控制系统。分散控制以及集中管理是其最为显著的特点，它能够集中监视、操作和管理生產过程，不同计算机控制的装置则完成具体的控制任务。分散控制系统的典型架构一般有四个层次，主要为现场层、控制层、网络层、监控层。这种系统架构，网络层连接监控层、控制层和现场层，使其数据能够进行交互。网络层是整个系统架构的基础，而控制层中则以基本单元“站”组成，利用专业的分布式动态实时数据库管理和保存各个站上的数据，实现站与站间的信息共享。控制层是直接管控生产过程的单元，数据信息传入过程控制单元后，控制单元会自动作出对应的反应。现场层则是执行单元包括数据采集和执行控制命令的装置。监控层的工作站则执行相对自治原则，每个工作站负责各自的领域或是功能。

1.2系统特点

火电厂分散控制系统主要有三种类型。分别为可编程控制器基础型、多功能控制器基础型和PC机总线基础型分散控制系统。其主要特点包括高可扩展性、高可靠性、高监控性能、相对分散的功能、数据共享以及易于编程和维护。分散控制系统一般采用分层数据通信网络。系统灵活，通信层次化，设备接口模块化，硬件集成，具有良好的可扩展性。分散控制理论支持分散控制系统，功能和位置相对分散。它可以分散系统的风险，避免设备故障对其他部件的影响。当系统的一部分被破坏时，其他部分相对独立，而其他部分不受影响，关键是关键。该装置还可设置冗余备份，为系统的稳定运行提供了可靠的保证，大大提高了分布式控制系统的可靠性。基于分布式控制平台的监控系统具有友好的人机交互界面，操作台实现了智能化操作。操作人员可实时监控和操作现场和生产过程，远程监控，监控性能良好。

2火电厂DCS控制系统主要故障分析

某火电厂装机容量是4×300MW机组，自2012年-2014年间4个机组的DCS控制系统相继改造为上海新华控制技术（集团）有限公司设计生产的XDC800分散控制系统。以单台机组为例，其有一工程师控制室，配置一台工程师站（ENG51），一个历史站（HSU52），一个通信站（COM54），一台OPC站（OPC53），机组中央集控室配备5个操作站（OPU41～45），一台单元长操作台（DYZ47）。

2.1实时数据网络故障

①网路全部瘫痪，即所有HMI操作无响应或响应延迟大，画面数据不刷新或刷新很慢，实时数据显示为坏点，全部控制设备无法监控；在系统自检画面中显示所有HMI、XCU网线连接为虚线，显示脱双网。该故障原因一般为交换机电源失去、交换机故障、多处网线连接故障或系统数据量过大造成网络堵塞所致。故障后果为机组所有或大部分设备失去监控，各控制器之间无法通信，可能引发设备损坏、机组跳闸的严重后果。

②实时数据网单网运行，即A网或B网单独运行，机组正常运行。故障原因是部分交换机电源失去、部分交换机故障或网线连接故障。但DCS控制任能正常运作，运行人员亦可对机组进行正常监控，若另一网络故障，将引起DCS全网瘫痪。

2.2I/O网络故障

实例分析：由于该厂实际情况需将#3、#4机组集控室合并，#3机组的集控室及工程师室要搬至#4机组集控室及工程师室，因#3机组电子间距离合并后的集控室较远，直线距离超过100m，加上走桥架拐弯，实际不能采用网线连接，为可靠期间，DCS改造中采用4芯多模光纤把#3电子间网络柜NOO与#3工程师站、操作员站连接起来，在#3、4工程师站单独安装一面机柜，命名为COO网络柜，柜内安装两台24口A、B网DLINK交换机，一台16口DLINKC网交换机，光端机、光端盒等，网络拓扑结构为总线结构。#3电子间的XCU控制器的A、B网进NOO柜网络柜，操作员站、工程师站、单元长台的A、B网进COO网络柜。

3分散控制系统在火电厂电气自动化中的应用体现

3.1监督管理

利用分散控制系统，可以实现对于火电厂正常运行过程中的生产实践活动的监督管理，通过实时在线监测，发现其中存在的问题，排除不合格产品，还可以在此基础上，进一步针对超规超限问题发出告警信息，提醒现场管理人员的注意，保证火电厂的稳定可靠运行。从火电厂自身的角度分析，必须重视监测与管理工作，在监控过程中，依照相关需求，将参数输入到监控系统中，确保监控系统的正常运作。在这个环节，必须保证各项参数的准确性，要求生产活动的实际数值处于参数范围内，才能够保证作业系统的持续运转。

3.2自动化控制

在火电厂分散控制系统的设计中，系统控制主要集中在中央控制室，取消常规控制室，将电气自动化部分、控制部分和网状部分纳入系统。公用电力系统的检测控制和升压站的检测控制可以通过网络控制自动化系统进行。完成分层分散自动控制。同时，为了保证机组的稳定、稳定运行，不会影响机组的电气自动化系统。分布式控制系统可以建立两套机组。当第一个单元停止时，第二单元可以正常运行。因此，分布式控制系统可以正常检测公共电力系统和升压站的运行状态，为电厂正常生产和运输提供可靠保证。

3.3安全防护

分散控制系统在火电厂电气自动化中的应用，有效地保证了电厂运行的安全。分布式控制系统的大屏幕显示技术能有效地显示机组运行的数据信息，人机操作界面更人性化，人机操作过程更简单，具有较强的智能化和自动化特点。它不仅有效地降低了操作者的工作强度，而且减少了操作人员的操作。线路成本是电厂运行安全的保证，对各种安全事故起到了有效的预防作用。

4分散控制系统在火电厂电气自动化中的应用策略

分散控制系统由于它独特的特点，在使用过程中，环境的要求尤其严格，无论是空气中的温湿度还是周遭环境中的卫生和磁场，都有详尽的要求，应严格恪守其要求，以便分散控制系统能够更好的运行。分散控制系统在运行过程中其周遭环境的温应控制在5℃以内，防止机柜温度上升，避免会对计算机造成伤害。此外，分散控制系统的控制室内卫生要比较干净，其湿度要相对干燥，因为空气中的湿度和灰尘会导致信号收发受阻，所以，在使用的过程中一定要防止空气过于潮湿和累积尘埃等现象发生。最后还要确定分散控制系统控制室周围环境是否有强大的磁场，如果工厂内有大型设备会产生电磁场，那么应严格进行管理，远离分散控制系统控制室，以避免电磁场对分散控制系统产生干扰，确保运行通畅。

结论

总而言之，火电厂作为电力生产的主体，要加强电气自动化控制技术的运用和创新，实现电厂智能化、自动化的生产目标。火电厂应将分散控制系统应用在电机、锅炉等关键系统中，对机组运行的数据进行及时的跟踪和收集、归档，并为机组维修和保养提供参考数据，实现自动化技术的一体化运用，有效提升电厂运营水平，保障电厂的经济效益。

参考文献：

[1]江丹，常乐.浅析分散控制系统在火电厂电气自动化中的应用[J].无线互联科技，2013，（12）：150.

[2]张积鹏.电厂ECS纳入DCS监控集成自动化系统研究[J].电工技术，2015（1）：45～47.