摘要：目前,电厂的热工控制已全面采用DCS控制系统。从实际运行情况来看, DCS较好地实现了其控制功能,并发挥了安全经济、使用可靠的优点,取得了良好的效果。但是电气控制还在采用较常规的控制手段,使用盘台上一对一硬手操方式,或者虽然电气的继电保护、励磁调节、自动同期等装置已逐步实现了微机化,但其自动化的整体水平一直未能实现质的飞跃。本文探讨了电厂热工控制系统中DCS的应用探析。
关键词：电厂；热工控制系统；DCS；应用；
DCS 的全名是Distributed Control System，它是电厂热工控制系统在实行自动化发展过程中的一种应用系统，是高科技时代信息技术的产物。目前，我国的DCS 系统已经被广泛地应用到了电厂的热工控制系统中，该系统不仅可以提高电厂企业运行的安全性，还实现了对电厂热工控制系统智能化管理，提高了电力企业的经济效益，也促进了我国的经济发展。
一、优势
1.兼容性强。在通常状况下, 大型火电机组需要控制很多个对象, 而且被控对象具有较多的干扰源与控制参数,同时还具有非线性、延迟大以及彼此影响的特点, 这就在一定程度上加大了电厂自动控制系统的设计难度。在应用DCS控制系统以后,电厂可以有效地完成比较复杂以及高级的控制算法,例如神经元控制、自适应控制以及非线性控制等等, 这样就大大提高了电厂机组的自动控制能力以及水平。
2.远程智能I/O。到目前为止,很多DCS控制系统的生产厂家都已经开发出远程智能I/O装置,此装置主要包括三部分,分别是智能前端、计算机适配器以及现场通讯总线。其中,智能前端是属于一种测控装置,其主要在生产现场进行安装,其不仅能够合理地变换及准确地测量电热组, 同时还能够有效完成AD、DA的转换操作。作为一种独立系统,智能前端相当于现场的总线产;通讯适配器主要是对整个网络进行协调统一以及综合管理,其能够实现与主控系统间的信息转换;现场通讯总线选用的是全数字串行通讯方式,其支持主体与广播式、点对点以及点对多点的工作方式, 与目前广泛使用的现场总线产品基本一致。经过大量实践证明,远程智能I/O不但可以有效提高系统的安全性,同时还兼具很多现场总线的优势。
3.实现辅机DCS 控制。目前, 我国电厂以及具备在大机组上合理应用D C S技术的基本条件。在辅助系统方面,对于除灰、处理化学水以及除渣等操作的集中控制, 就能够采用不同的技术方案, 最为直接有效的一种方法即为将辅机系统和主机DCS连接起来,从而采用较为集中的方案;除此以外,另外一种方法即为使其相对集中以后, 再将其与主机D CS及M 1 S连接起来。这样不仅可以降低人工成本,提高效率,而且还能够有效提高技术水平以及管理质量。
二、电厂热工控制系统中DCS的应用
1.方式。一是结合DCS及电气控制系统与装置的现状,可以得出DCS实现电气控制的基本原则应该是,电气控制的核心功能要充分应用原有的专用微机数字化装置来实现。同时要保证这些控制系统在功能上自成安全独立运行的体统,脱离DCS,无须外部干预就可以保证电气系统运行安全。二是电气系统的运行状态、运行过程的参量以及电气系统其他运行信息的显示、报警、记录,都在DCS中进行和热工信息一样的处理,实现画面显示、声光提示和打印输出;各种远方操作进入DCS,通过CRT进行鼠标操作,并可以在DCS中设置操作准许、闭锁等防误逻辑。除发电机主开关、灭磁开关跳闸按钮、发电机功率仪表等后备设备外,可以取消电气操作台盘。电气系统进入DCS的输入信息和DCS输出的指令应当尽量采用通讯方式进行,这样有利于节省DCS的I/O点硬件和电缆。另外,输入DCS的这些信息,将用于机组综合控制和全厂信息系统。如机组自启停控制系统,在机组启动前,综合检查包括电气系统在内的整个机组的启动条件,当汽轮机接近额定转速时,启动励磁系统,定速后启动自动同期装置,进行发电机与电网并列;到一定负荷时再自动或由运行人员干预进行厂用电的切换;停机时主控回路发出相应指令,直到关闭电气系统。
2.DCS网络配置。DCS网络在结构上解决了传输介质或传输设备故障后引发的网络连通问题,从而大大提高了网络的可靠性。采用双网冗余结构,在环网的基础上又加了一道保险,形成冗余容错网。采用光纤作为传输介质,解决了通讯电缆抗电磁干扰性能差的问题,也为建立远程控制器之间的通讯创造了条件。在网络节点的分布上,遵循节点间点对点通讯相对独立的原则，以太网交换机具有根据网络数据的地址对各端口的数据进行分流的功能,而不像网络集线器(HUB)那样,各个端口上充斥着相关与无关的数据包，冗余DPU之间存在着点对点的实时数据跟踪和拷贝，通过将相关的冗余DPU连接在同一交换机上,各个冗余DPU之间的点对点数据传输在本地的交换机上直接转发,减轻了主干网的网络负荷。
3.DCS系统的保护与控制功能。维护与管理的主要部分有：设备设施与内部软件的检测，维护和控制。一是设备设施的维护。对于输出入部分的检验与维护主要由系统的检测进行的。一般的修复方法就是更换模块，由人工对其内部构造部分是由因何导致故障进行检测是十分艰难的。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆这即是由大部分从业人员的专业技能修养还未达到一定水平所导致的，还有一个原因是由人工进行检测，对于了解内部构造的技术是十分困难的，大部分的输出入部分的故障是出现在测试与运行的初步阶段，实施维修的技术人员要根据机组发生故障的各种信息为基础，在一定的进行一定的安全保护下对机组进行修复。另外，人为的不当操作也会引起机组故障，企业可以通过对技术人员的专业操作培训来降低这一故障的发生率。二是内部软件的检测。要对内部的应用软件信息进行定期的备份与保存，对所产生的信息变化进行相应的记录。对数据库内信息的变化也要进行保存，以防丢失。在对软件进行检验室要分门归类，将每个软件的级别，权限，功能进行详细的检测，还要做好更新，控制，完善管理等工作。要保证有安全的安全防护系统保障软件运行安全。在发生故障时，工作人员的专业技能要保障其能够继续安全工作，并且对故障进行排查。如有操作员站不能顺利的工作，必须马上采取有效措施，停止机组运行，对系统进行故障排查与解除。
4.高速网络通信。由于DCS系统以互联网技术为核心，因此，在该系统应用中采用高速网络通信技术，有助于进一步改善DCS网络质量，保证其网络数据传输的稳定性。就电厂集散系统而言，以太网延迟的不确定性、网络风暴、网卡溢出等问题出现拥塞，影响集散控制系统的数据传输及运行，并且随着电厂生产规模不断扩大，这些现象所造成的影响也将会越来越明显。针对这种情况，在应用DCS系统过程中可以采取以下两种解决措施：一是在原有以太网的基础上，通过网络流量控制技术（包括sFlow监测技术、SNMP监测技术等）收集网络流量数据，并对这些数据内容进行分析，并建立与之相适应的流量模型，最终掌握整个局域网的数据流量情况，最终根据DCS系统运行要求，在不影响计算系统运行的基础上，实现对数据资料的实时采集。二是升级通信网络，将基于事件触发的TCP/IP以太网升级为基于时间触发的TTE网络。在经过这种处理后，以时间触发将会代替事件触发，并且随着系统运行的进一步深入，会将通信任务以合理的调度要求进行定时发送，而这个发送过程会得到全局时钟的控制，保证了信息传输的实时性、全局性，避免出现数据争抢物理链条现象的发生。
三、DCS 在电厂热工控制系统中的维护与管理
1.硬件维护与管理。当出现输入/输出模块故障时，通常情况下系统诊断完成，然后将故障模块进行更换即可。但当模块出现故障时，对于一些对专业理论和实践都较为缺乏的技术人员来讲，其很难判断出热控制控制故障，这与技术人员对仪表制造技术缺乏掌握也具有一定的关系。当输入/输出模块出现故障时，通常都会发生在调试或是运行阶段，而且在维护上也需要由生产厂家来进行操作，对于模块的更换一般技术人员是无法做到的。当设备运行过程中发生故障时，在现场会出现异常反应或是报警的情况，在这种情况下，通常也会发现个别组件或是设备不能正常工作，这时现场的技术人员则需要及时对故障的原因进行判断和处理。对于不能处理的则需要通常工程技术人员，由工作人员将现场的故障信息提供给工程技术人员，在安全保护措施都到位的情况下进行维修。当操作员站出现死机故障时，通常情况下都有着复杂的原因，但也不能忽视人为操作的影响，这种故障发生时，通常情况下通过对控制逻辑进行修改，更新下载软件，然后再次对设备进行启动，则故障即可解决。
2.软件的维护与管理。要及时备份应用软件，记录所有的变化；及时保存修改的数据库，同时也要做好备份；检测与测试软件时，要检测每个级别的权限，对软件功能进行测试；要对软件的管理、更新、修改做好规范；要有良好的系统病毒保护防范软件；在设备运行阶段或进行维护时，要有严格的保护和隔离措施；当有的操作站在运行时有故障发生，要在保证可用的操作员站能够继续运行并能够完成监测工作的前提下，进行故障排除，假如有故障没有办法排除，要依据设备运行的状态进行故障排查和排除；强化设备和软的监督检查制度，要保证工作人员能够做出迅速反应并采取相应的维护与维修对策。
3.需要注意的若干问题。一是系统设计的配合问题。在传统的DCS设计中,DCS结构设计、容量、规模选择、功能分配与DCS厂家的技术联络都是由热控专业完成的,电气专业和热控专业的配合很少。原先部分电气量进入DCS,是由电气专业设计变送器,选好状态,列出清单、明细,交由热控专业进行分配。深入了解DCS的特点,提出电气控制进入DCS的特殊要求,以便DCS的生产厂家在硬件配置、软件制作、系统功能组态时考虑.另外,还要负责DCS和独立的电气控制装置的数据通讯协议建立等工作。二是装置时钟配合问题。按照前面讨论的电气控制进入DCS的原则,整个机组的控制装置是由DCS和若干独立的微处理机和数字装置组合构成的。各种独立的装置都有自己的时钟,而且,从现实的情况看,不少装置在设计时没有考虑和外界进行时钟的配合问题。这就需要在实际工程中统一考虑,或者制定相应的对接办法，否则,系统中带时标的信息将会发生紊乱。
在电厂的热工控制系统中应用DCS控制系统,不仅能够有效保障机组的运行安全, 而且还可以实现远程控制, 可以有效地管理与维修内外部设施与系统,从而大大降低企业的生产成本,提高企业的社会效益及经济效益, 从而促进电厂在蓬勃发展,进而带动我国国民经济的发展。
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论文作者:徐汉博
论文发表刊物:《电力设备》2017年第14期
论文发表时间:2017/9/19
标签：电厂论文; 系统论文; 控制系统论文; 故障论文; 机组论文; 热工论文; 装置论文; 《电力设备》2017年第14期论文;