火電廠主、輔控制系統(tǒng)DCS一體化應用研究

謝光++王遠平

【摘 要】簡述了火電廠主、輔控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，分析輔助車間采用一體化DCS的優(yōu)勢，提出火電廠主、輔控制系統(tǒng)DCS一體化方案，并結合當前DCS一體化的應用現(xiàn)狀，提出應用策略及建議?；痣姀S主、輔控制系統(tǒng)DCS一體化是火電廠自動化設計應用的發(fā)展趨勢，是實現(xiàn)全廠管控一體化，建設數(shù)字化電廠，提高競爭力的必由之路。

【關鍵詞】DCS PLC 控制系統(tǒng) DCS一體化

1 概述

隨著電力生產(chǎn)競爭機制的逐步形成，全廠數(shù)字化、乃至全發(fā)電集團數(shù)字化的進程正在悄然展開?；痣姀S主、輔生產(chǎn)系統(tǒng)的自動化設計正面臨著如何適應電力生產(chǎn)技術發(fā)展潮流的問題，面臨著如何通過改進運維管理方式實現(xiàn)減員增效、降低運維管理費用等問題。全廠主、輔控制系統(tǒng)采用DCS的模式逐漸成為了火電廠熱工自動化控制系統(tǒng)設計的主流，當前新建的火電廠中，全廠主、輔控制系統(tǒng)采用軟硬件一體化的DCS設計已成為一種主流方式。

2 國內(nèi)主、輔控制系統(tǒng)現(xiàn)狀

2.1 主機控制系統(tǒng)現(xiàn)狀

一直以來，絕大多數(shù)火電廠的主廠房系統(tǒng)均采用DCS控制。采用爐、機、電集中控制方式，單元機組及公用系統(tǒng)合并設單元控制室。以兩臺機組為例：各單元機組分別設一套DCS，公用系統(tǒng)設一套公用DCS，公用DCS網(wǎng)絡通過通訊接口分別與兩臺單元機組相連。主機DCS功能包括DAS、MCS、SCS、FSSS、DEH及MEH等，能夠?qū)崿F(xiàn)爐、機、電系統(tǒng)的集中監(jiān)控。

2.2 輔助車間控制系統(tǒng)現(xiàn)狀

（1）由于各輔助車間系統(tǒng)的不同性，大部分輔助車間控制系統(tǒng)采用不同品牌PLC，更有部分較小的輔助車間系統(tǒng)還采用小型PLC+就地手操或組合儀表等常規(guī)控制裝置。造成了輔助車間控制系統(tǒng)品牌復雜，不利于設備管理維護，增加了備品備件難度。（2）為實現(xiàn)控制系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，有的火電廠將部分輔助車間控制系統(tǒng)通過通訊組網(wǎng)，但由于通訊不穩(wěn)定給維護及運行帶來了不小的困難；同時也存在現(xiàn)場值班點多且分散，輔助車間運行人員多，信息不能及時上傳，管理人員不能及時掌握設備狀況，應對突發(fā)事件的能力及手段較低等問題。（3）輔助車間控制系統(tǒng)一般由主體設備廠家配套提供，沒有統(tǒng)一的設計標準，各設備廠家都按自己的習慣設計，導致操作方式各異，容易造成誤操作。

3 主、輔控制系統(tǒng)DCS一體化的優(yōu)勢

3.1 更好的實現(xiàn)全廠管控一體化

主、輔控制系統(tǒng)采用一體化DCS，使全廠控制系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)集中操控成為了可能，簡化了控制室布置，提高了操控水平；同時，統(tǒng)一的控制系統(tǒng)軟硬件平臺，使全廠自動化控制系統(tǒng)的結構清晰、功能明確，進一步提高了全廠自動化水平。采用一體化DCS，統(tǒng)一了邏輯組態(tài)、畫面組態(tài)環(huán)境，人機界面的針對性強，極大的簡化了邏輯組態(tài)以及運行操作，便于運行、檢修維護管理，提高工作效率，有利于提高管理維護水平及培養(yǎng)全能值班員的運行管理模式，更好的實現(xiàn)全廠管控一體化。

3.2 DCS的網(wǎng)絡通訊功能及可靠性優(yōu)于PLC

PLC控制器采用主從式通信協(xié)議，整個網(wǎng)絡必須設一個通信管理主站來負責逐個查詢網(wǎng)絡上的控制器，以獲得實時數(shù)據(jù)和狀態(tài)。如果這個通信管理主站故障，整個系統(tǒng)通信會中斷。因此，PLC網(wǎng)絡結構復雜，可靠性差、協(xié)議轉(zhuǎn)換時反應速度慢，開放性較差。而DCS的誕生和發(fā)展則與計算機網(wǎng)絡通信技術密不可分，網(wǎng)絡通信能力強。DCS往往采用廣播和點對點通信相結合的網(wǎng)絡通信協(xié)議。任何掛在DCS網(wǎng)絡上的站點，都會實時將自己產(chǎn)生的數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息用廣播方式發(fā)至網(wǎng)絡，以便實時獲得。DCS系統(tǒng)無需網(wǎng)絡服務器，無需通信管理站。同時，DCS可以提供多種標準網(wǎng)絡接口，可以同時與多個第三方控制信息系統(tǒng)連接。因此，DCS的網(wǎng)絡通信能力、可靠性以及系統(tǒng)開放性優(yōu)于PLC。

3.3 性價比更優(yōu)，經(jīng)濟效益明顯

傳統(tǒng)火電廠一般只在主控系統(tǒng)中采用DCS，而輔助車間控制采用PLC，主要是因為此前DCS價格“昂貴”，而PLC價格比較便宜，可靠性亦能滿足要求，且普遍對輔助車間控制不重視。近年來，DCS的價格迅猛下降，與高端PLC價格相差無幾了。據(jù)某設計院近年來的工程應用統(tǒng)計，進口DCS的價格為平均每I/O點400～700元，國產(chǎn)DCS的價格更是在400元以下，而高端PLC+PC的每個I/O點平均價格在700元上下。但是DCS的可靠性、實時性等多方面的性能明顯優(yōu)于PLC，所以說DCS有更優(yōu)的性價比。

全廠主、輔控制系統(tǒng)DCS一體化經(jīng)濟效益明顯，因為DCS一體化便于調(diào)整運行人員配置，實現(xiàn)一專多能的運行操作，起到減員增效作用；還利于不同系統(tǒng)間操作員畫面相互調(diào)用、減少操作員站配置、減少備品備件數(shù)量及種類，降低費用。

3.4 DCS控制站功能更強大，系統(tǒng)冗余能力更強

與傳統(tǒng)輔助車間PLC相比，DCS除具有開關量信號處理功能外，還有強大的模擬量控制組態(tài)功能，甚至有自適應控制、模糊控制、最優(yōu)控制等現(xiàn)代控制理論算法模塊，可以解決火電廠的任何復雜控制課題，易用性更強，而這些都是PLC遠遠不能達到的控制水平。由于操作系統(tǒng)原因，PLC部件實現(xiàn)冗余的難度大、成本高，一般較少采用冗余配置。而DCS自誕生之日起便大量采用冗余配置技術，實現(xiàn)冗余非常方便，價格便宜，目前運行的DCS在控制器、網(wǎng)絡、電源等主要部分均采用冗余配置。

3.5 故障診斷能力強，便于事故分析

DCS獨具SOE功能、事故追憶功能、歷史數(shù)據(jù)記錄功能、更高級的報警功能等等，使其具有更強的故障診斷功能以及事故分析能力。

4 策略及建議

4.1 優(yōu)化軟硬件配置及網(wǎng)絡選型

從設計階段開始就應做好軟硬件配置及網(wǎng)絡選型的優(yōu)化工作，并將優(yōu)化工作貫穿到整個工程項目中去。在監(jiān)控軟件配置上，所有子系統(tǒng)的上位監(jiān)控軟件采用統(tǒng)一產(chǎn)品，使系統(tǒng)兼容性好，方便組態(tài)、鏈接和實時監(jiān)控、報警、報表、故障查詢、事故追憶等功能的實現(xiàn)。在硬件配置及網(wǎng)絡選型上采用統(tǒng)一產(chǎn)品及技術標準，系統(tǒng)設計采用雙網(wǎng)通訊、冗余電源及控制器等保證系統(tǒng)的安全可靠。通過優(yōu)化以使DCS一體化的優(yōu)勢得到最大的實現(xiàn)。

4.2 協(xié)調(diào)好各生產(chǎn)廠商、組態(tài)方及調(diào)試方的工作，加強聯(lián)絡管理

DCS一體化是近年才起步的，DCS生產(chǎn)廠商大都缺乏在輔控系統(tǒng)應用實踐經(jīng)驗；而輔控系統(tǒng)供應商的傳統(tǒng)都是工藝與電控總包模式，其總包的控制系統(tǒng)基本上都采用PLC，比較缺乏應用DCS的實踐經(jīng)驗；同時，由于輔控系統(tǒng)的組態(tài)調(diào)試一般由其工藝系統(tǒng)供應商總包負責，因此，負責主控DCS組態(tài)及調(diào)試的缺乏輔控系統(tǒng)的組態(tài)、調(diào)試實踐經(jīng)驗。因此說，業(yè)主方要做好各方的協(xié)調(diào)工作，加強聯(lián)絡管理，建立一套完備、有效的聯(lián)絡、溝通、協(xié)調(diào)機制，確保充分溝通，為項目工程的順利開展打牢基礎。

4.3 加大培訓力度，提高運維管理水平

就目前國內(nèi)的火電廠而言，要想使主、輔控制DCS一體化真正發(fā)揮作用，達到設計初衷，還有較長的路要走，DCS一體化的主輔聯(lián)合運行方式對管理水平與運行人員素質(zhì)要求較高，要求是全能值班員的水平；同時，由于監(jiān)控點面廣量大，特別是輔助車間工藝系統(tǒng)差別較大，主控人員往往不熟悉輔助車間系統(tǒng)，而輔助車間運行人員往往不熟悉主控系統(tǒng)；這都將給運維管理帶來了不小的挑戰(zhàn)。因此，需要加大培訓力度，需要負責運維管理人員較早介入到工程建設中來，積極參與工程建設，同時，還應該建立一套有針對性的、全面的培訓管理辦法，提高運行人員、檢修人員的技術水平及管理水平。

4.4 統(tǒng)一招標采購

主、輔控DCS一體化采用了相同的軟硬件，實行集中控制。由于輔助車間系統(tǒng)較多，且傳統(tǒng)的模式都是采用PLC控制并總包給各工藝供應商的方式，如果不采用主、輔控DCS統(tǒng)一招標采購的方式，將會給配置相同的軟、硬件平臺，以及控制操作的整合增加難度，甚至無法實現(xiàn)。采用統(tǒng)一招標方式，有利于統(tǒng)一人機界面設計及網(wǎng)絡構建，降低采購、設計、安裝及調(diào)試的難度，并能降低費用。

4.5 加強安裝、調(diào)試管理

采用主、輔控DCS一體化時，主控與各輔助車間往往需同時調(diào)試，這就要求協(xié)調(diào)好前期的安裝工作，為調(diào)試打牢基礎，同時也需要協(xié)調(diào)好調(diào)試工作，盡量不要造成相互影響，進而影響工程節(jié)點的進度。這就要求業(yè)主加強安裝、調(diào)試的管理協(xié)調(diào)工作，建立一套靈活、完善的管理制度，確定安裝調(diào)試工作的順利進行。

5 結語

采用主、輔控DCS一體化方式，統(tǒng)一了全廠的控制手段和監(jiān)控方式，這是今后發(fā)展的趨勢。統(tǒng)一的DCS網(wǎng)絡控制，沒有了大量的協(xié)議轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)機構更加簡潔，通訊速度更快捷，能實現(xiàn)真正意義的信息共亨。同時，采用主、輔控DCS一體化能夠提高全廠自動化控制水平，優(yōu)化火電廠的資源配置，提高運行的穩(wěn)定性和可靠性，降低熱工備品備件種類和數(shù)量，減少維護人員和費用，在經(jīng)濟上節(jié)約投資，為全廠管控一體化打下良好的基礎，是建設數(shù)字化電廠的必由之路，為火電廠在當前競爭激烈的電力市場環(huán)境下提升競爭力提供了有力保障。

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