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摘要：随着时代的发展，当前越来越多的火电厂尝试进行机电一体化的改造与设计，然而在改造过程中又发现需要一套性能优良的控制系统。DCS系统即分散式控制系统，是为了满足生产自动化要求，而结合控制技术、通信技术等开发出的新型控制系统，其在电力、化工、冶金等行业内应用广泛。为了了解火电厂机电一体化中DCS系统的具体应用，本文率先对机电一体化的优势进行简介，随后对DCS系统进行详细分析，并结合某电厂锅炉机电一体化改造的实例对其具体应用进行系统阐述。
关键词：火电厂；机电一体化；DCS；应用
机电一体化技术是当前发电厂最普遍、最常用的技术之一，而且随着科学技术、信息技术、数字科技的不断发展，其在发电厂中的普及程度将越来越高。对于当前国内各发电厂来说，其在进行机电一体化设计或者改造过程中遇到的最大问题就是缺乏一套合适的控制系统。因为当前国内各发电厂所采用的控制系统五花八门、参差不全[1]。在此背景下，DCS厂家根据各发电厂实际需求，借鉴先进的通信、控制技术而研发的DCS系统受到各发电厂的青睐，成为发电厂机电一体化改造中首先选用的控制系统。
一、机电一体化的优势分析
第一，安全性高。与发电厂传统的生产模式相比，机电一体化技术能够实现对生产的自动监视、控制、问题诊断、故障警报以及自动保护等功能。这样在电厂出现生产事故时能够及时做出反应，从而使故障造成的经济及人员损失降到最低，极大的提高了电厂生产的安全性。
第二，操作更为方便，使用性能高。当前发电厂的机电一体化系统普遍采用了数字显示和程序控制等技术，对于工作人员来说，需要操作的按钮数量大大减少，操作性能极大的提高。而且操作步骤的减少，还会降低因人为操作错误而造成的生产事故，保障了电厂的生产安全。
第三，生产效率高。机电一体化下的火电厂生产，各种设备机械完全可以根据事先设定的程序进行运转，排除了人为干预因素，极大的提高了产品的合格率及生产率，这对提高整个发电厂的生产效率也有很大帮助。
鉴于机电一体化的诸多优点，其在未来发电厂中的应用还会更加普及，并且其技术也会向着智能化、数字化、微型化、人性化、集成化、绿色化等方向发展，而其对于DCS的需求也就更加迫切[2]。
二、DCS介绍
本文中，笔者主要通过DCS的体系结构、DCS的特点、DCS分散方式、DCS的系统功能等四个方面对DCS进行详细的介绍。
（一）DCS的体系结构
第一，我们要了解DCS的组成，具体如图1所示。
图1：DCS系统的组成示意图
第二，DCS的功能结构。从功能上来划分，我们可以将DCS分成四部分：现场层、控制层、监控层、管理层。
现场层：现场层主要包括位于生产现场的各种设备，常见的有各类传感器、执行器、传送设备等。这些现场设备的作用是将现场生产中的各种信息转化为电信号传送到控制层；或者将控制层传来的各种电信号转换为各种机械动作，实现系统对生产的控制。
控制层：一般来说，控制站以及数据采集站共同构成了控制层。其作用是根据现场传回的各种信号，并进行分析，给出一定的控制指令，从而对现场生产进行控制。当然，数据分析这一过程需要由数据采集站完成，同时其也具有安全存储数据的功能。
监控层：主要包括运行员操作站、工程师工作站以及计算站。
管理层：该层的设备可以包括厂级管理计算机、机组管理计算机等。其功能是对发电厂各部分、生产各环节进行监测，服务的多是厂长、总工程师等各管理人员。
（二）DCS的特点
第一，适应性和扩展性好。由于该系统是一种分散性的系统，因此在应用中可以根据现场实际灵活组合系统的硬件或软件，既适合小规模生产也适合大规模的生产。同时，在生产过程中，企业可以根据生产规模的扩大逐渐增加硬件或软件，因而具有很好的扩展性。
第二，控制能力灵活完善。与常规控制系统不同，该系统主要通过各种软件或者程序实现整个控制过程，因此当我们需要改变系统控制功能时只需要改变软件或者程序即可，控制能力十分灵活。
第三，可靠性高。系统全面采用模块化结构，导致单个单元故障并不会影响整体的运行，因而可靠性高。其次，系统在电源、通信等方面都采用了冗余设计。最后，与常规系统相比，其各模件之间并没有连接导线，极大的降低了故障发生率。
第四，可维修性强。首先，该系统采用的模件是统一设计的标准模块；其次，该系统采用了在线故障诊断技术，这在方便故障诊断及模块更换方面发挥着重要作用，因而该系统很容易进行维护维修。6
（三）分散方式
对于任一发电厂来说，其生产系统都是一个庞大的系统，而为了便于管理生产，DCS根据生产各环节的功能进行了分散控制，在整体系统下又分了很多的子系统。另外,DCS系统又按照物理分散、地理分散等方式进行分散控制，这些都极大的提高了系统的应用效果。
（四）系统功能
根据DCS系统能够实现的功能，我们可以将其分为数据采集与处理系统、模拟控制系统、顺序控制系统等三个部分。每个系统都发挥其特定的功能，从而使整个系统对生产过程进行完整控制。
发电厂锅炉机电一体化中DCS的应用分析
本文以某电厂的锅炉一体化改造为例，详细探讨DCS在改造过程中的应用。本厂采用的超高压锅炉型号为HG-440/13.7-L.YM13。该锅炉的具体改造主要包括以下几个部分。
第一，确定相应的DCS系统。该锅炉改造中采用的DCS系统并不复杂，其主要包括一个工程师站、一个控制柜以及若干操作员站。其中，控制柜又被分成信号端子柜和电源柜。
第二，锅炉连锁保护系统。在改造过程中，该厂应用到了锅炉连锁保护系统，该系统主要负责锅炉的跳闸保护、顺序控制和联锁。通过DCS系统的控制，该保护系统可以实现不同的保护功能。例如：若一台引风机跳闸，而其他引风机不跳闸，那么系统便会根据判断自动关闭跳闸引风机的出入口挡板；两台引风机跳闸，联锁跳闸两台一次风机和两台二次风机、高压流化风机、风机出入口挡板自动关闭，液力耦合器调节门在原位置[3]，等。
第三，自动调节控制系统。本次改造中引进的DCS系统还能够提高该循环流化床锅炉运行控制十分复杂的问题。而在应用DCS系统时，设计人员根据锅炉对控制系统的要求，设计了分别负责气温、负压、水位、給煤、燃烧等不同过程的多个自动调节回路，并通过DCS对这几个回路进行控制。这样在锅炉运行过程中，DCS系统可以根据现场实时数据，做出不同指令，控制相应的回路做出动作，从而达到对锅炉生产运行控制的目的。
结语：
机电一体化一直是发电厂发展过程中不断追求的重点，但是在一体化改造的同时，也需要选择合适的控制系统，以更好的提高发电厂的生产效率。本文以锅炉机电一体化改造为实例，对DCS在发电厂中的应用进行了系统分析，同时也对DCS进行了详细的了解，这对火电厂机电一体化中DCS系统的实际应用提供了理论参考。
参考文献
[1]张登红.DCS在发电厂电气控制中的应用[J].城市建设理论研究（电子版）,2015,(20):10902-10902.
[2]张浩.谈DCS在发电厂电气控制系统中的应用[J].中小企业管理与科技,2014,(22):309-309,311.
[3]张峰.DCS在火电厂机电一体化的运用[J].科技风,2012,(20):64.
论文作者:潘竟虎
论文发表刊物:《电力设备》2016年第7期
论文发表时间:2016/7/4
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