陳金偉，田忠玉，張宇翼

中國華能集團有限公司，北京 100031

0 引言

隨著通信技術及技術機技術的發(fā)展以及大型火電廠對管理及控制的要求的不斷提高，電力控制系統(tǒng)已經(jīng)集中式的系統(tǒng)向開放式系統(tǒng)發(fā)展。集中式的系統(tǒng)在現(xiàn)場設備不斷增加的情況下，缺點就明顯的表露出來，如布線非常復雜、大幅提高成本、擴展性差、易受干擾等。但通過DCS系統(tǒng)對火電廠電力系統(tǒng)的控制，大幅度提高了電廠的安全運行系數(shù)，給火電廠創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟財富。在我國，目前超過300MW的機組都使用了DCS來控制單元控制室管轄的機爐，所以在應用與運行方面，我國已經(jīng)形成了堅實的基礎及豐富的實踐經(jīng)驗。

1 DCS系統(tǒng)論述

1.1 DCS在電力系統(tǒng)的作用

（1）完善和提高電氣系統(tǒng)的運行監(jiān)控能力和水平，整臺發(fā)電機組都采用現(xiàn)代化工具和手段實現(xiàn)高水平和完善的監(jiān)控，更有利于實現(xiàn)整個發(fā)電機組的綜合自動化，提高管理水平。目前，電氣系統(tǒng)重要的運行參數(shù)和狀態(tài)顯示及操作已進入DCS，實現(xiàn)了DCS對電氣系統(tǒng)的監(jiān)視與控制，很好地實現(xiàn)了整個機組（機、爐、電）的綜合自動化和廠級運行管理。

（2）提高電氣控制的可靠性。一是由于DCS自身具有很高的可靠性，而且可以通過配置冗余等形式的控制系統(tǒng)替代原有的固態(tài)邏輯和繼電器，提高控制的可靠性;二是可以省去大量操作終端，避免如硬接線、開關、按鈕等引起的故障;三是由于內部構成大量的聯(lián)動邏輯，設置了操作閉鎖和操作準許檢查邏輯，減少了人為誤操作的可能性。

（3）DCS控制系統(tǒng)的系統(tǒng)邏輯在計算機內部的控制運行和過程可靠性相對比較要高，為整個電氣控制系統(tǒng)提供保證了該系統(tǒng)控制運行的邏輯方式也可以說通過采用控制的冗余聯(lián)動邏輯形式來進行控制實現(xiàn)，避免了由以往系統(tǒng)冗余動作過多，所產(chǎn)生導致的系統(tǒng)終端的操作控制損失概率上的明顯降低，真正實現(xiàn)了操作的集中控制。

1.2 DCS系統(tǒng)在火電廠電氣控制對象

（1）機變系統(tǒng)：發(fā)電機主變油溫，發(fā)變組出口斷路器，無功功率，有功功率，功率因數(shù)，負序電流，中性點電流，定子電壓、電流，頻率，氫氣純度和露點，主變繞組溫度，機變系統(tǒng)異常告警和故障，自動同期裝置。

（2）發(fā)電機勵磁系統(tǒng)：電壓、勵磁電流、變壓器繞組溫度。

（3）直流系統(tǒng)：電流、電壓，直流系統(tǒng)故障和異常告警，直流通信通道。

（4）UPS不間斷電源及保安系統(tǒng)：UPS母線上電壓，保安段母線電壓。

（5）廠用電源快切裝置：快切故障和異常告警，快切開關電流、電壓。

（6）6KV母線工作及備用進線斷路器：斷路器電流、電壓，斷路器分合狀態(tài)。

（7）6KV母線各個機爐負荷斷路器：斷路器電流、電壓，斷路器分合狀態(tài)。

（8）6Kv母線各個變壓器(如低壓變，公用變，除塵變。輸煤變)高壓側斷路器：斷路器分合狀態(tài)，斷路器電壓、電流。

1.3 電氣控制系統(tǒng)與DCS關系

目前，許多大火電廠主要電氣控制系統(tǒng)設備的所有重要設備運行系統(tǒng)參數(shù)設定和報警狀態(tài)記錄已經(jīng)可以進入計算機或DCS控制系統(tǒng)，可真正做到CRT屏幕自動提示、報警、記錄自動打印記錄和報警輸出，已建立完成了控制四個大型電氣系統(tǒng)安全運行參數(shù)的一套基本安全操作系統(tǒng)。然而，許多單元操作儀表參數(shù)或被檢查元件數(shù)量上，仍多采用模擬儀表或數(shù)字儀表和信號燈等顯示方式托盤，使系統(tǒng)的能夠和運行時間依賴性還不強，因此，接入DCS監(jiān)控系統(tǒng)實際上是系統(tǒng)為了全面提高整體運行與監(jiān)控系統(tǒng)能力，使系統(tǒng)之運行成為了一個整體來實現(xiàn)全面準確掌握對系統(tǒng)各系統(tǒng)單元操作的綜合操作，彌補了對傳統(tǒng)的電氣系統(tǒng)需要由專人負責操作系統(tǒng)的不足的認識不足，使整體運行的及時感增強，誤差感減少，DCS系統(tǒng)自動連續(xù)運行可靠才能可靠性得到最大保證首先，DCS自動化系統(tǒng)控制器本身必須具有相對很高水平的安全可靠性，可以考慮配置冗余控制系統(tǒng)該控制器系統(tǒng)取代使用了許多原有控制器的固態(tài)邏輯器件和可編程繼電器，提高保證了控制器系統(tǒng)持續(xù)運行工作的高可靠性。

2 DCS控制系統(tǒng)的基本結構

2.1 數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡

DCS使用的現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸通信網(wǎng)絡是建立一個現(xiàn)場實時網(wǎng)絡，即根據(jù)需要或者根據(jù)現(xiàn)場網(wǎng)絡環(huán)境的現(xiàn)場實時性要求而進行實時現(xiàn)場的通信。在所規(guī)定好的工作時間周期內自動完成實時信息資料的自動傳輸?，F(xiàn)場的I/O網(wǎng)絡控制生產(chǎn)現(xiàn)場站、操作員站、工程師站三者通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)實時通信的網(wǎng)絡來相互建立連接聯(lián)系和及時交換數(shù)據(jù)信息。工作系統(tǒng)的其他各個工作方面，共同用來完成一個DCS網(wǎng)絡系統(tǒng)的所有整體功能。根據(jù)網(wǎng)絡拓撲。有星型，公共汽車型和環(huán)型三種。 目前，分散控制系統(tǒng)主要采用環(huán)路和總線網(wǎng)絡，兩種模式。任意相鄰的任何兩個傳輸通信節(jié)點與其連接端口之間要進行的信息傳輸及通信交換，均可以通過彼此直接與其相連端口的該兩個節(jié)點互相連接，并相互通過一個消息網(wǎng)絡相連而進行，即都是所有連接的兩節(jié)點間，均要共享并有其相同的數(shù)量的信息傳輸和通信接口質量。為了要便于用戶實現(xiàn)對傳輸?shù)男畔⒚襟w資源數(shù)據(jù)的及時有效地共享，實現(xiàn)用戶對通過多節(jié)絡點進行共同實時傳輸信息的輸入和信息資源數(shù)據(jù)的實時傳輸?shù)恼埱?，也是必須并且要求?shù)據(jù)傳輸是分時地進行傳輸?shù)模苊鈹?shù)據(jù)在實時使用時和消息網(wǎng)絡連接傳輸上而造成數(shù)據(jù)的信息交叉與沖突。DCS控制系統(tǒng)的應用現(xiàn)場自動化和工業(yè)I/O集中控制站自動化，都是一種面向受控過程的控制生產(chǎn)和活動全過程的信息化的過程。現(xiàn)場總線完成I/O總線連接的處理，實現(xiàn)能夠直接訪問數(shù)據(jù)存儲器的DDC（Value control）網(wǎng)絡節(jié)點。它可實現(xiàn)的一個最基本的功能是有了以下幾個最主要的方面，即流量、壓力、電平、溫度、電流、電壓、功率和各種狀態(tài)數(shù)量等，并可同時將以上所有的這些狀態(tài)數(shù)量都存儲在整個系統(tǒng)內存中，使Form～1與現(xiàn)場的總處理量一致[3]。

2.2 操作員站

操作臺主要面向系統(tǒng)操作工，用其移動來處理系統(tǒng)一切的各種與系統(tǒng)HMI功能直接相關聯(lián)的網(wǎng)絡節(jié)點上的各種線路運行操作。它具有的一種主要使用的功能主要是用來為整個系統(tǒng)所有的網(wǎng)絡操作管理人員提供一種人機界面。操作者隨時可直接通過網(wǎng)絡操作管理站，及時地了解網(wǎng)絡現(xiàn)場各項操作運行情況進行狀態(tài)、各種系統(tǒng)運行管理參數(shù)的當前值、異常的工作情況的發(fā)生了等。并能夠通過計算機輸入設備對進入生產(chǎn)過程了解，及時進行生產(chǎn)線自動控制操作和參數(shù)調整，確保進入生產(chǎn)作業(yè)過程系統(tǒng)的整體安全性和高可靠性，做到高效率，高品質。操作臺的設計主要針對人機界面設備的輸入以及計算機輸入和系統(tǒng)輸出設計工作中存在的一些協(xié)調和解決問題。我們的輸出方面一般是彩色CRT，在計算機上的輸入設備方面通常是通過：工作控制器和光標的控制指示裝置（鼠標或軌跡球）組成。除了人機界面功能外，操作臺上還必須具有日歷功能及歷史趨勢數(shù)據(jù)處理的功能，主要可用于快速生成運行的報表和繪制歷史趨勢曲線，直接決定相關控制的部門到了后期的運行的狀態(tài)，所以我們在整個設計制造階段，應該去全面系統(tǒng)地考慮下這個核心問題[4]。為了過渡到設計的階段，基本都是首先由熱電氣專業(yè)人員列出，然后再由熱電控制的專業(yè)裝置，本設計在實際應用中提高了系統(tǒng)性能性能不夠全面，影響系統(tǒng)的實際運行。為了達到使整個系統(tǒng)都能夠較快能適應于實際的演出的要求戲劇系統(tǒng)在最初設計的階段，應由有兩名和以上知識的相關專業(yè)人員負責進行設計工作。為了快速完成整套系統(tǒng)，容量、大小和功能的合理分配，計算應該盡可能詳細對于有實際工作的抱負者要對系統(tǒng)DCS的總量進行做了比較詳細的計算，對于其在戲劇實際應用中的實際應用還要做好在國際舞臺操作演示中所需要的展示系統(tǒng)的各種功能，以及計算機軟硬件的配置要求等才能能夠確保戲劇系統(tǒng)正常的和高效運行。電氣系統(tǒng)控制各功能系統(tǒng)的空間分布。在一些實際復雜的電氣操作與操作裝置中，由于這些系統(tǒng)運行的各種控制的方法，各種功能參數(shù)系統(tǒng)的工作邏輯要求和功能設置方式，都是必須經(jīng)過系統(tǒng)科學分析計算的，還需要預先加以調整修正得經(jīng)過長期反復地試驗，系統(tǒng)復雜的控制運行邏輯模式一旦初步形成，長期不工作將再次改變。如果要想改變控制系統(tǒng)中的其他任何控制邏輯，首先需要先進入工控站再進行碼表傳輸，且目前由于很多DCS工控系統(tǒng)本身不具備數(shù)據(jù)在線自動傳輸控制功能等，所以數(shù)據(jù)在自動傳輸控制過程中，可能會由此導致很多其他工控程序產(chǎn)生誤操作，也因此，在電氣自動化控制功能模塊的數(shù)據(jù)分配使用過程中也一定要多注意避免這一現(xiàn)象。

3 火電廠中分散控制系統(tǒng)的應用

3.1 自動信號系統(tǒng)的應用

該自動信號系統(tǒng)能用于連續(xù)或定時連續(xù)采集傳輸信息，并實時自動采集處理的所有重要的以及與反映整個機組工況和有關的信息，相關的所有的重要設備的觀測點信號及各相關設備狀態(tài)信號。以便控制系統(tǒng)能夠及時和準確地向各系統(tǒng)，各運行單元調度管理人員提供系統(tǒng)設備有關的工況變化的動態(tài)信息，實現(xiàn)統(tǒng)全機纖維的安全與有效地經(jīng)濟的穩(wěn)定連續(xù)運行，它提供系統(tǒng)中的以下各種具體的業(yè)務功能：系統(tǒng)操作運行參數(shù)狀態(tài)顯示、成組信號顯示、俸狀圖動態(tài)信息狀態(tài)顯示、報警系統(tǒng)狀態(tài)的顯示等功能等[5]。

3.2 DCS功能覆蓋一體化的應用

目前，許多大火電廠主要電氣控制系統(tǒng)設備的重要設備運行系統(tǒng)參數(shù)設定和報警狀態(tài)記錄，已經(jīng)可以進入計算機或DCS控制系統(tǒng)，可真正做到CRT屏幕自動提示、報警、記錄自動打印記錄和報警輸出，建立完成了控制四個大型電氣系統(tǒng)安全運行參數(shù)的一套基本安全操作系統(tǒng)。然而，許多單元操作儀表參數(shù)或被檢查元件數(shù)量上仍多采用模擬儀表或數(shù)字儀表和信號燈等顯示方式托盤，使系統(tǒng)的能夠和運行時間依賴性還不甚強，因此，接入DCS監(jiān)控系統(tǒng)實際上是系統(tǒng)為了全面提高整體運行與監(jiān)控系統(tǒng)能力，使系統(tǒng)之運行成為了一個整體來實現(xiàn)全面的綜合操作系統(tǒng)，彌補了對傳統(tǒng)的電氣系統(tǒng)不足，使整體運行的及時感增強，誤差感減少，DCS系統(tǒng)自動連續(xù)運行可靠性得到最大保證首先，DCS自動化系統(tǒng)控制器本身必須具有相對很高水平的安全可靠性，可以考慮配置冗余控制系統(tǒng)該控制器系統(tǒng)取代使用了許多原有控制器，提高保證了控制器系統(tǒng)持續(xù)運行工作的高可靠性。此外，由于許多故障操作終端都可以自動省略，可以自動通過硬件接線、開關、按鈕等方式移除人為操作故障而使整個系統(tǒng)正常運行而更加靈活穩(wěn)定和安全。 您也還可以直接在系統(tǒng)內自動設置相關的檢查邏輯，使人為錯誤操作大大得到減少，從而大幅提高了整個系統(tǒng)可靠性的高。DCS的系統(tǒng)的應用方案的綜合開放性能力和整體靈活性均非常地高，因此，對于整個的電氣系統(tǒng)來說都是可以實時掌握整個系統(tǒng)的狀態(tài)運行過程和進行監(jiān)控，實現(xiàn)對整個機組運行的跟蹤聯(lián)動一個終端就能把對整個系統(tǒng)運行的操作人變成了一個主人，這樣對于整個的DCS的系統(tǒng)也就基本可以說實現(xiàn)到了可以完全地集中操作。

3.3 實現(xiàn)輔機DCS應用

DCS控制器在近年來我國大中型火電廠主機控制系統(tǒng)生產(chǎn)中已經(jīng)得到了較為廣泛和應用，達到了多項國際同類先進控制水平。但各種輔助系統(tǒng)的控制手段不同，根據(jù)全國目前的各主要電廠各自配置各自的相應輔助的系統(tǒng)與控制輔助設備，一些較為主要電廠的大型輔助自動化系統(tǒng)，如鍋爐灰、渣、煤、化學水處理控制系統(tǒng)多由一臺PLC系統(tǒng)和一套上位機組配置成，另一些規(guī)模相對較小電廠的自動控制系統(tǒng)雖然近年來也有逐漸多采用了小型的PLC控制器進行自動控制，但由于在操作技術方法和組織管理技術上還是存在以下許多具體問題：分散運行的各控制室不容易組織管理；每個工業(yè)控制系統(tǒng)必須使用許多不同功能的輔助硬件設施和管理軟件。備品備件的管理、人員技能培訓周期長和設備維護相對困難[6]。但現(xiàn)在如果計算機能完全實現(xiàn)對輔助系統(tǒng)設備的全程DCS遠程控制，就能輕松解決掉這些現(xiàn)實問題。隨著當前DCS、網(wǎng)絡、計算機、大屏幕顯示和數(shù)字PLC可編程控制設備技術等的運用日益趨向成熟。

4 結語

本文經(jīng)過一系列嚴格深入的實地調研，對整套DCS控制系統(tǒng)設備的安裝應用維護全工作過程進行了詳細的測試分析，從而進一步使該系統(tǒng)產(chǎn)品的質量可靠性水平得到有效提高，使得在各種電氣控制系統(tǒng)產(chǎn)品中控制系統(tǒng)的綜合應用技術更加科學，大大提高了現(xiàn)場電氣智能控制裝置綜合運行監(jiān)督控制的能力等級和精度水平，使整個電氣系統(tǒng)安全運行的可靠性能力和設備安全性水平能夠真正得到有力保證。在如此激烈復雜的勞動力市場競爭中，要想盡快提高勞動力企業(yè)生產(chǎn)的運行效率，就必須首先保證法律制度體系相對良好的穩(wěn)定運行狀態(tài)，對于促進火電廠的發(fā)展和能源的可持續(xù)利用也有很大的作用。