伍時穎

實現一種面向DCS控制下的工業(yè)電氣監(jiān)控系統設計

伍時穎

（江門市壹泰機電科技有限公司，廣東 江門 529000）

隨著中國電力電氣技術的迅猛發(fā)展，不同類型的電氣設備數量在工業(yè)現場中逐日增加，對設備的實行實時監(jiān)測成為一個難題。DCS分布式控制系統在電氣行業(yè)的應用，使監(jiān)控難的問題迎刃而解。大量的應用實踐證明，在未來的電氣行業(yè)發(fā)展中，DCS將成為工業(yè)電氣監(jiān)控系統的核心技術。對DCS系統在工業(yè)電氣監(jiān)控中的應用進行了論述，提出了電氣監(jiān)控系統設計的整體思路，以期對今后電氣監(jiān)控系統的設計提供有價值的參考。

工業(yè)電氣監(jiān)控系統；DCS控制；系統設計；自動化監(jiān)控水平

DCS控制系統是集網絡技術、通信技術、計算機技術、自動控制技術于一體的綜合控制系統。對存在的危險進行分散、對控制程序實施優(yōu)化是該系統的典型特點。DCS控制系統的基礎是網絡通信，廣泛應用在工業(yè)系統的監(jiān)控過程中，具備很強的開放性和計算機的多級性，應用的具體領域包括公共顯示儀表計算機、分布式控制、公共控制、集中管理等。本文以火電廠的電力生產為例，詳細分析基于DCS控制的電氣監(jiān)控系統的應用以及設計思路。

1 DCS在電氣監(jiān)控系統中的應用分析

1.1 DCS提升自動化能力的應用

近年，在火電站的電力生產中DCS控制系統的應用已經很普遍，幾乎所有的電力生產企業(yè)都安裝了基于DCS控制的電氣監(jiān)控系統。因為DCS系統的特殊功能，電力企業(yè)“自動化孤島”的現象已經大幅度減少，同時也縮減了配套設備的采購數量和種類，自動化控制水平大大提升，企業(yè)效益穩(wěn)步提高。DCS系統在不斷升級，已經具備完善的集成功能，包括DAS、MCS、FSSS、SCS等，還包含汽機緊急跳閘、電氣控制系統、汽機數字電液控制以及輔助進行車間控制等諸多功能，這些功能完全可以保證復雜條件下生產運行中設備和機組的穩(wěn)定和安全。目前，一些新的火電站在采購設備時，汽輪機的固定配套設備的首選是DEH，而與PLC形式進行配置的是對獨立性和速動性很高的ETS。這種現象表明，DCS在應用過程中會產生和相關分系統軟硬件的不協調的現象。因為控制系統不一樣的采購渠道，設備的性能和接口存在不一致的問題，由此產生的“自動化孤島現象”，會嚴重影響DCS系統性能的提升。在傳統的電氣控制中必須具備很多的監(jiān)控運行節(jié)點，節(jié)點之間經常聯系不暢通，數據交換不及時，同時設備檢修過程中需要的配件種類和數量繁雜，不僅在管理上相對困難，更會產生很高的維護成本。所以，DCS技術的應用可以解決上述問題。

1.2 DCS分布式控制系統的功能分析

現今，電力企業(yè)的電工專業(yè)對DCS的應用已經很成熟，完全可以實現電氣、機械和鍋爐一體化以及全流程的控制功能，為集中監(jiān)控奠定了硬件基礎。分布式控制系統已經突破傳統的另一個表現是，電力企業(yè)重要控制系統軟件和硬件集成已經在DCS中實現。以往的模式中，在采購汽輪機時，廠商在提供相應的硬件時還附帶一套獨立的DEH控制系統。但基于電力企業(yè)內設備增加，要想真正把不同設備之間通信成本降下來，應該考慮控制的集約化。很多大型電力生產企業(yè)曾嘗試用DCS與DEH系統實施集成管理軟件和硬件。但由于種種因素，項目的實施并不順利。直到2010年后，一些汽輪機廠商才推出了DCS與DEH兼容的控制系統，解決了困擾電力系統多年的問題。如今，DCS系統已經完全將發(fā)電機變壓器組和輔助電源、DEH和ETS系統集成到自己的系統中，實現了對電氣監(jiān)控系統的全方位控制。

1.3 DCS在脫硫和脫硝系統中的應用

隨著越來越高的環(huán)保要求標準施行，環(huán)境部門對火電廠為主的電力企業(yè)提出了更高的煙氣排放要求，由此，一些電力企業(yè)在安裝脫硫設備時，也自覺地安裝了煙氣脫硝設施，以最大限度地減少廢氣中的硝化物的含量。在脫硫過程中，與DCS系統的兼容程度還不夠，從系統結構進行分析，不管是干法和濕法脫硫，還沒有和DCS進行系統兼容，但兩者之間的關聯是一個電氣接口。而在電力生產過程中有兩種電煙氣脫硝技術，即有選擇性的催化和非催化還原法。另外，并沒有在脫硝裝置中安裝檢修旁路，在專業(yè)分工上，熱工值班人員負責脫硝裝置的監(jiān)控與維護。至于怎樣探索DCS與脫硝裝置實施結合，關鍵取決于以下兩方面的原因：脫硝設施的結構與控制措施和脫硫裝置存在很大的差異性；DCS的服務供應商沒有開通脫硝裝置的業(yè)務，而且項目集成經驗嚴重缺乏，雖然部分供應者具備一些經驗，但也很難實現系統合并任務。所以，要想實現脫硝裝置和DCS的控制兼容，還需要進行很多升級改造。但從未來的角度思考，為了創(chuàng)造電氣設備集中監(jiān)控的方便條件，就算脫硝設備依舊是一套自己的控制體系，但也必須增設I/O接口，真正實現和DCS系統的工作聯通，DCS的技術員對脫硝裝置直接監(jiān)控。

2 DCS控制下的工業(yè)電氣監(jiān)控系統總體設計

2.1 軟件結構的設計

2.1.1 子系統的人機界面

線上和線下是該系統的兩個組成部分。線上的實際功能為對現場電氣設施實時監(jiān)控，對系統的控制信息和其他實時數據進行及時顯示，確保監(jiān)控技術人員通過顯示屏監(jiān)控現場設備的工作狀態(tài)。線下部分特殊功能是對監(jiān)控系統實施組建配置以及繪制圖形，從而科學配置自定義的界面。

2.1.2 子系統的實時操功能

該系統負責對電氣監(jiān)控系統和工作站的實時通信的狀況進行實時監(jiān)控，其詳細操作包括屬于基礎服務范疇的維護信息、檢測數據、信息分析及控制指令等。

2.1.3 子系統的報表管理

該系統具備控制與管理系統數據庫的功能，工作內容是對繁雜數據的輸入輸出，同時對顧客需要的數據統計報表進行制作。

2.1.4 子系統的數據庫配置

該系統是電氣監(jiān)控系統的核心構造，主要功能是把基礎運行數據提供給實時監(jiān)控功系統，并且以數字化的方式清晰記錄站內眾多模擬量，有針對性地進行儲存，方便技術人員查閱。

2.1.5 子系統的高級應用

該系統是以網絡化為基礎的電氣監(jiān)控系統的應用，主要是構建網絡化的監(jiān)控系統，促使主站的很多功能都可以在電氣監(jiān)控系統中合理應用。軟件結構中的幾個重要功能模塊如圖1所示。

圖1 軟件結構

2.2 硬件結構的設計

電氣監(jiān)控系統的硬件由4個層級構成，如圖2所示。測控層在最底層，該層次包括被監(jiān)測的現場電氣設備。而前置機在測控層的上面，其主要功能是對測控層的相應電氣設備進行有效的保護，并且準確分析處理與測控層之間的數據信息。管理層可以通過ＲS485總線接收該信息，然后管理層可通過工以太網與電氣主站進行數據傳輸。

圖2 基于DCS控制下的工業(yè)電氣監(jiān)控系統硬件結構

3 結束語

顯而易見，隨著現代電力電氣技術的整體發(fā)展，電力工業(yè)的電氣無論是數量還是種類都在顯著增加，但從整體狀況看，在發(fā)電站的電力生產過程中自動化監(jiān)控水平還有待提高，工業(yè)現場無論是軟件還是硬件設施都存在不協調的現象，對管理水平和生產效率都有不良的影響。而DCS系統在工業(yè)電氣監(jiān)控系統中的廣泛應用，基本解決了電氣系統監(jiān)控不到位的難題。并且可以預見，在未來的電力電氣發(fā)展中，DCS控制下的工業(yè)電氣監(jiān)控系通過更科學合理的設計，為工業(yè)生產作出貢獻。

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10.15913/j.cnki.kjycx.2020.08.052

2095－6835（2020）08－0120－02

〔編輯：嚴麗琴〕