（广东省粤电集团珠海发电厂 广东珠海 519000）
摘要：DCS控制系统具有性能稳定、分级管理、配置灵活的特点，应用范围比较广。针对DCS控制系统原理进行分析，对发电厂各控制系统纳入DCS控制系统应用的优势进行研究，探讨DCS控制系统在发电厂中控制的方式及相关注意事项，为DCS控制系统在发电厂中的应用提供相关依据。
关键词：发电厂；DCS控制系统；电气系统
随着科学技术的发展，计算机自动化控制技术在各个领域和行业中够得到了广泛的应用。对于电力行业也同样如此，因此计算机自动化控制系统与国民经济的发展联系已经非常密切，在火电厂中的应用也成为必然。通常而言，电气自动化控制水平决定着电厂的管理水平与运行能力。现阶段，在发电厂各系统中应用DCS控制系统，DCS控制系统是一种基于计算机技术，实现集中控制、管理、监控及分散控制的技术，对提高发电厂工作效率有明显的作用。
一、DCS控制系统概述
在对超级计算机技术应用的基础上，DCS控制系统对发电厂的生产实现了集中式的操作与管控，并且实现了分散控制。与集中式控制、分散仪表控制系统及类似控制系统相比，DCS控制系统有其自身的点，该控制系统需要用到计算机技术、信号处理技术及网络技术等，同时也需要对人机接口技术、测量技术与信息技术也有相关的应用，所以，多种技术融合与渗透发挥作用，DCS控制系统的思想是集中操作、分散控制、配置灵活、组态方便等特点。
以珠海发电厂为例，其DCS系统使用的是DIASYS Netmation系统（三菱公司生产），DIASYS Netmation?主要有以下两大特长:
1) 利用最新信息技术的系统
该系统以互联网通信技术为基础，具备面向工厂控制系统不可缺少的高可靠性，便于实现远程监控。其应用非常广泛，包括由客户的办公室对工厂实施操作监视，利用电话线路对工厂进行远程监视以及从三菱重工的工厂进行远程运转支持。对外部设置了防火墙，以确保安全性。此外，由于人机界面装置采用Microsoft Windows基准的微机，逻辑绘图软件采用MicrosoftOffice的计算机辅助设计 (CAD)工具VISIO，因此它就象使用普通办公自动化(OA)系统一样，是便于操 作和维护的系统。
2)采用完善的综合数据库，便于维护
这是可以利用一个数据库对工厂整个系统和控制设备进行一元化管理的系统。
由于是利用综合数据库对人机界面的画面，逻辑，系统构成等与工厂设备有关 的数据，使用完善的综合数据库，进行一元化管理，因此不需要其它辅助作业 就能进行高效率维护。系统构成图如图1所示：
图1 珠海发电厂DCS系统构成图
如系统构成图可知DIASYS Netmation系统主要分为以下几大块：
1、处理站 (MPS∶Multiple Process Station) 处理站(MPS)执行工厂的自动控制以及与现场的输入输出处理。拥有高速运算处理能力，可以对应需要高速运算处理的涡轮调速器控制和锅炉自动控制以及工厂自动起停控制等广范围的应用。此外，利用高性能CPU，可以针对设备性能计算和热吸收计算等复杂的数理处理，以高精度实现高速度计算。另外，采用AllenBradley公司提倡的局域网ControlNet作为子系统，可以直接与水处理设备，脱硫装置及灰尘处理设备等辅助系统进行控制用的可编程序控制器(PLC)进行连接，对 整个工厂实现无缝控制构筑。也可以经由ControlNet与 Foundation Fieldbus相连接。另外，为了对应2重化结构和光通信等，也可以将远程工艺流程输入输出装置，分散设置在工厂设备的附近。
2、操作站 (OPS∶Operator Station) 操作站(OPS)是一种对工厂进行监控的人机界面装置。由于是基于Windows的系统，既便于操作人员掌握操作方法，又便于使用设备。
3、维护工具 (EMS∶Engineering & Maintenance Station) 利用维护工具 （EMS）可以对整个系统进行维护和登录，包括在MPS上创建和修改运算逻辑，创建在OPS显示的图形画 面和趋势走向及控制环路，以及系统构筑等。所有维护数据 均由综合数据库ObjectDatabase(ORCA) 进行管理，不需要进行其它繁琐作业。使用DIASYS-IDOL++软件描述逻辑。不仅提供逻辑功能，同时还提供用于操作的控制环路面板和 报警显示等OPS要素和MPS要素，这是可以将其关系无缝记 载在同一图表上加以管理的扩展功能模块。
4、辅助站 (ACS∶Accessory Station) 辅助站(ACS)是对大量设备数据进行保存和管理的装置。可 以很容易地与用来保存收集数据的光磁盘等外部辅助存储装 置相连接。此外，还可以作为和外部相连接的界面装置。
二、发电厂电气控制系统应用DCS的优势
1、系统的灵活性与开放性特征
对于火力发电厂而言，其主要特征主要表现为：占地广、规模大、内部体系复杂，结合这些主要特征，要求对电气设备的控制不但要把握对全局的调控，而且要对设备运行过程中出现的实际问题做到及时响应和解决，采取既分散又集中的管控。针对以上问题，DCS系统内科学的控制算法、灵活的组态软件、高开放的联能力，这些特征完全可以解决火力发电厂的实际问题，所以近年来DCS系统不断在大型和中型火力发电机组机的相关自动化领域占据重要地位。
DCS系统设计中，具有开放化、标准化的特点，以局域网网络为基础部署系统通信方式，实现信息传输的高效性与稳定性。在发电厂电气控制实际需求基础上，优化与扩充了DCS系统功能，因为系统采用模块化设计，因此可将计算机添加到通信网络中，这一过程对计算机运行情况不会产生影响，通信网络结构如图2所示。系统运行中，软件与硬件等组态软件可对对象采用不同的流程方式进行控制与实现。具体方式包含控制信号、测量信号及连接关系等，控制规律依据控制算法库进行选择，基础图形监控则依据图形库进行调用，所以系统的构成具有灵活简单的特点，可行性较强。
图2 DCS通信网络结构示意图
2、系统可靠性特征
DCS控制系统由于具有分散控制的功能，所以运行期间每一台计算机都可实现分散控制，且是独立实现。所以，对系统结构进行设计的时候，也相应的进行了容错方案的设计。即便的系统中其中一台计算机出现了问题，对整体系统的运行不会产生影响。系统内不同的计算机所承担的任务都是独立的，且是单一的，所以在系统功能实现方式方面进行分析，对软件、结构固定的计算机设备有针对性的进行选择，计算机的运行也更加可靠。
3、系统控制功能齐全的特征
上文提到DCS控制系统中包含的控制算法比较多，将连续控制、顺序控制及批处理控制等畸形了整合，不但能够实现前馈、串级及自适应的控制，同时在预测、解耦方面也实现了有效控制，对要求的特殊控制算法也能够引入，因此其灵活性非常好。过程控制级处于底层，往往就地实现数据采集与控制功能，然后利用数据通信网络将采集到的数据传输给生产监控级计算机，该计算机对接收到的数据信息进行分析处理，实现集中操作管理的目的。
4、完全集控运行
发电厂中所有的电气设备都可以利用DCS系统进行操作与监控，DCS系统与机组控制共同组成了火电厂自动化系统，在任何一台DCS终端上，运行人员都能够对电气系统整个机组实现管理与监控，这就使DCS终端或单元机组对集控运行具有了监控的功能。
5、电气控制稳定性提高
DCS系统自身的可靠性与稳定性是非常理想的，在发电厂应用中，对固态逻辑与继电器都能够取代应用，实现这一目标的主要原因在于DCS系统对配置冗余手段进行了运用，使操作终端有效的减少，从而使系统的可靠性与稳定个性得到了有效的提升。此外，DCS系统内部包含诸多联动逻辑，可使人为操作的失误有效的减少，主要原因是针对操作准许检查逻辑与操作闭锁逻辑进行了设计。
三、DCS控制系统在发电厂中应用
1、随着火力发电厂各工艺过程的不断提升，对于应用其中的DCS技术而言，其系统内的软硬件只有不断升级才能满足电厂需要。目前情况下，DCS组态完全可以实现DEH、FWC、SOE、MBC、APC、BSEQ、TSEQ等控制功能。
2、DCS系统应用于火电厂烟气脱硫调控系统中，可使系统可靠顺利运行。以过程自动化为基础，逐步实现全集成自动化，在人员设置方面，对于需要主要监控的位置——烟气脱硫两套机组，设置一个工程师站以及两个操作员站，不但减小了劳动强度，对于烟气脱硫而言，大大提高了运行效率。
FGD烟气脱硫主要的模拟量调节系统包括蒸汽加热器后的烟气温度控制,冷凝水箱水位控制,石灰石浆液流量控制等系统;主要的顺序控制系统包括锅炉与FGD保护系统、烟气系统、吸收塔系统、排放坑系统、除雾器系统、循环泵系统、石灰石系统、石膏浆液系统、辅机系统、电气系统等
3、DCS系统应用于火电厂脱销控制，将脱硝系统的控制功能分类分别纳入火电厂DCS系统中的子系统中，接受APS（自动启停控制系统）的控制，实现全过程，全工况的脱销控制，有利于逻辑设计及画面的统一、运行操作及热工维护，有利于传输实时过程数据，完成就地监视、操作，定期巡检，集控室过程信息集中实时监视功能。
4、DCS系统应用于火电厂电气控制
1）根据单元机组运行特点及电气控制的特点，在DCS监控中纳入发电机变压器机组，同时也将电源、发变阻系统、柴油发电机组、高压启备电源系统、UPS系统、直流系统、自动同期系统及厂用电快切系统等都需要纳入到DCS监控的范围内。发电厂电气DCS综合自动化控制系统如图3所示：
图3 发电厂电气DCS综合自动化控制系统示意图
2）在发电厂电气系统中应用DCS系统，其控制方式要遵循以下方式：电气控制的全部功能在之前计算机数字化设备基础上要全部发挥出来。发电厂控制系统内主要包含发电机励磁调节设备、故障录波设备等，采用数字化处理方式对设备动作、工作情况进行处理，然后将相关信息发送到DCS系统中。DCS系统与控制系统是独立运行的，确保了电气系统的安全。在DCS系统工作状态下，电气系统以通讯的方式实现输出指令与输入信息，确保了系统独立运行，并且也使DCS系统的电缆、电线设备的投资得到节约。主要的一点是对于全厂信息系统与机组综合控制中都对输入DCS控制系统的数据信息都以人为或自动的方式进行了利用。机组在停机时，主控回路将对应的控制操作指令传递给DCS系统，实现对电气系统的控制操作，使电气系统也切换到关闭状态。DCS控制方式主要具有以下几个方面的特征：首先，充分的发挥了数字化装置的通讯优势与DCS控制装置的优点，使整体系统的实用性与经济性都得到了有效的提升，系统可靠性提高；其次，实现了信息的集中实现了系统的分散控制。对分散控制而言，需要注意的是不同厂商生产的不同设备的区别；进行电气控制时，可按照之前系统设计、维修、调试等进行控制；只需要对通讯进行优化处理即可。在此基础上，系统仍然属于分散控制系统，之前的电气控制仍然可实现DCS控制。
3）注意事项
发电厂采用DCS控制系统，需要注意以下几个方面：首先，对电气控制功能的分配。防止系统内部其它程序出现误操作。其次，装置时钟配合。DCS系统的引入实现电气控制系统集中控制，终端处理器布局分散且相对独立，其需要共同联合工作，有效的装置时钟配合是确保控制任务顺利完成的基础。第三，系统设计配合。要对系统的容量、规模、功能认真分析的基础上，对进入DCS系统的量进行认真计算。第四，系统调试问题。电气系统引入DCS系统后，调试方式也发生了改变，要求电气人员对DCS系统完全了解的基础上，实现对系统的有效调试。
四、结语
将发电厂各子系统引入DCS控制系统，是对该系统的可靠性、开放性及灵活性的有效应用，本文针对DCS系统的优势进行了分析，对DCS系统在发电厂内应用的范围进行了介绍，针对DCS系统与各控制系统的关系进行分析，二者具有相对独立又相互联系的关系，也正是这种关系的存在使系统能够可靠、安全、稳定的运行，在大中型火力发电厂中，对于机、电、炉进行一体化控制必然成为社会发展的大趋势。
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[6]DIASYS Netmation系统说明书.
论文作者:李强
论文发表刊物:《电力设备》2016年第13期
论文发表时间:2016/9/30
标签：系统论文; 控制系统论文; 发电厂论文; 操作论文; 电气论文; 分散论文; 火力发电厂论文; 《电力设备》2016年第13期论文;