分散控制系统在电厂热控系统改造中的应用

分散控制系统在电厂热控系统改造中的应用

李红

关键词：分散控制系统、电厂、热控改造、应用

一、分散控制系统简介

集散控制系统简称DCS，也可直译为“分散控制系统”或“分布式计算机控制系统”。它采用控制分散、操作和管理集中的基本设计思想，采用多层分级、合作自治的结构形式。其主要特征是它的集中管理和分散控制。目前DCS在电力、冶金、石化等各行各业都获得了极其广泛的应用。

可靠性是DCS发展的生命，要保证DCS的高可靠性主要有三种措施：一是广泛应用高可靠性的硬件设备和生产工艺；二是广泛采用冗余技术；三是在软件设计上广泛实现系统的容错技术、故障自诊断和自动处理技术等。当今大多数集散控制系统的MTBF可达几万甚至几十万小时。

二、分散控制系统在电厂热控系统改造中的应用

在DCS系统中,最为关键的配置就是冗余配置,该冗余配置主要包括控制器、网络接口以及相关的模件等。在DCS系统保持正常运行的状态下,相关的设备只需要运作一台就可以,而另外一台则主要是当做备用。而当运行的设备出现故障的时候,备用设备就可以自动地替代运行，保障系统运作的顺畅性。

（一）控制系统功能

1、数据采集系统(DAS)

DAS的主要功能是对过程变量的扫描和处理,即系统连续地采集全部模拟量、开关量、脉冲量等输入信息,并进行输人信号的正确性判断、数字滤波、非线性修正、参数补偿、二次参数计算、单位变换、开关量接点有效性检查及脉冲量累计等处理,对机组启/停、正常运行、事故处理进行监视。

2、协调控制系统(CCS)

CCS包括如下调节回路:单元机组协调控制系统、主汽压力控制系统、引风控制系统、送风控制系统等。

3、汽轮机控制系统(DEH、MEH)

DEH系统的功能包括:汽机挂闸、升速、同期、并网带负荷,正常运行负荷控制及保护功能。从而实现汽机从盘车开始到带满负荷及正常运行的监视与控制。

MEH系统的功能包括:控制给水泵汽轮机的启停,转速调节,正常运行状态监视、超速保护等,主要用于大范围控制锅炉给水泵转速,从而来实现锅炉给水流量的自动控制。

（二）控制系统特点

1、系统硬件软件一体化

在电厂热控系统改造中,合理的应用DCS,能够有效的保障热工控制系统实现一体化。在系统中,可以有效的应用相关硬件设备以及软件设备。使得系统单元可以得到有效的分散处理,保障卡件可以得到有效的应用。在对DCS进行应用时，能使得电厂热控系统中的卡件应用种类得到有效的控制,减少卡件应用的复杂性,这样能够有效减少卡件的使用量同时也能够减少备件的数量,从而减少日常维护的成本费用。

2、一体化的双网结构

各子系统的DPU和人机接口站(MMI)均挂在同一条数据高速通道上进行实时数据传输,同时MMI站由信息高速通道相连进行文件传输。系统采用分布式全局数据库,各系统的I/O测点及中间计算值相互透明,可全局共享,系统之间不存在通讯接口和通讯瓶颈。一体化的网络结构使系统资源充分共享,各系统均可利用系统提供的历史数据记录站(HSU)进行历史存储和报表打印。充分体现了DCS系统分散控制,集中监控的特点。数据的共享也减少了一次元件及电缆数量,降低了工程投资和日常维护量。

3、智能化的汉化界面

汉化的操作系统及应用系统界面,有助于运行人员掌握和操作。操作员站界面不仅仅用于工艺流程的监控,还为运行人员根据机组启停的不同阶段在线提供操作指导,能在线显示设备的启停条件、连锁条件和设备跳闸、故障和操作失败等信息,综合提示主要辅机跳闸、设备失电、控制回路切手动等信息,方便运行人员及时发现异常工况。

三、分散控制系统的发展趋势

（一）系统功能向开放式方向发展

传统DCS的结构是封闭式的，不同制造商的DCS之间难以兼容。而开放式的DCS将可以赋予用户更大的系统集成自主权，用户可根据实际需要选择不同厂商的设备连同软件资源连入控制系统，达到最佳的系统集成。这里不仅包括DCS与DCS的集成，更包括DCS与PLC、FCS及各种控制设备和软件资源的广义集成。

（二）仪表技术向数字化、智能化、网络化方向发展

工业控制设备的智能化、网络化发展，可以促使过程控制的功能进一步分散下移，实现真正意义上的“全数字”、“全分散”控制。另外，由于这些智能仪表具有的精度高、重复性好、可靠性高，并具备双向通信和自诊断功能等特点，致使系统的安装、使用和维护工作更为方便。

（三）工控软件正向先进控制方向发展

广泛应用各种先进控制与优化技术是挖掘并提升DCS综合性能最有效、最直接、也是最具价值的发展方向，主要包括先进控制、过程优化、信息集成、系统集成等软件的开发和产业化应用。在未来，工业控制软件也将继续向标准化、网络化、智能化和开放性发展方向。

（四）系统架构向FCS方向发展

单纯从技术而言，现阶段现场总线集成于DCS可以有三种方式：①现场总线于DCS系统I/O总线上的集成——通过一个现场总线接口卡挂在DCS的I/O总线上，使得在DCS控制器所看到的现场总线来的信息就如同来自一个传统的DCS设备卡一样。例如Fisher-Rosemount公司推出的DeltaV系统采用的就是此种集成方案。②现场总线于DCS系统网络层的集成――在DCS更高一层网络上集成现场总线系统，这种集成方式不需要对DCS控制站进行改动，对原有系统影响较小。如Smar公司的302系列现场总线产品可以实现在DCS系统网络层集成其现场总线功能。③现场总线通过网关与DCS系统并行集成――现场总线和DCS还可以通过网关桥接实现并行集成。如SUPCON的现场总线系统，利用HART协议网桥连接系统操作站和现场仪表，从而实现现场总线设备管理系统操作站与HART协议现场仪表之间的通信功能。

一直以来DCS的重点在于控制，它以“分散”作为关键字。但现代发展更着重于全系统信息综合管理，今后“综合”又将成为其关键字，向实现控制体系、运行体系、计划体系、管理体系的综合自动化方向发展，实施从最底层的实时控制、优化控制上升到生产调度、经营管理，以至最高层的战略决策，形成一个具有柔性、高度自动化的管控一体化系统。

结语：作为当前自动化系统的主流产品，DCS被广泛地应用于各行各业的自动控制之中，DCS在电厂中的运用已成为保障电厂稳定高效运行的重要技术手段。

参考文献：

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[3]韩河滨.分散控制系统在电厂热控系统改造中的应用[J].黑龙江信息科技.2015（31）

[4]孙浩植.试分析火电厂电气自动化中分散控制系统的运用[J].科技风.2017（23）