電廠DCS集散控制系統(tǒng)的設計及應用

李少毅

摘 要： DCS系統(tǒng)其實是計算機控制系統(tǒng)，隨著計算機可靠性和運算速度大大提高，網(wǎng)絡技術逐漸成熟，DCS集散控制系統(tǒng)已經(jīng)成為一種控制功能分散、操作管理集中，既能解決復雜的過程控制，提高自動化水平，又集系統(tǒng)分析和管理功能的控制模式。本文主要是對電廠DCS集散控制系統(tǒng)的設計及應用進行分析和說明。

關鍵詞： 電廠；DCS集散控制系統(tǒng)；設計；應用

1、DCS集散控制系統(tǒng)概述

DCS集散控制系統(tǒng)其實又被稱為分布式控制系統(tǒng)，主要是對生產(chǎn)過程進行集中管理和分散控制的一種計算機系統(tǒng)。DCS集散控制系統(tǒng)的發(fā)展主要是隨著現(xiàn)代社會科學技術的發(fā)展以及工業(yè)自動化水平的不斷進步、過程控制的不斷復雜而逐漸產(chǎn)生的。在DCS集散控制系統(tǒng)出現(xiàn)之前，控制系統(tǒng)的發(fā)展主要是經(jīng)歷了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)字控制系統(tǒng)等階段，DCS集散控制系統(tǒng)與這些系統(tǒng)相比是具有較大的優(yōu)勢的，如DCS集散控制系統(tǒng)的集中管理，控制功能分散，具有靈活性、可拓展性和可靠性，良好的人機交互能力等。隨著我國對DCS集散控制系統(tǒng)的研究和發(fā)展以及對國外相關技術的吸收，再進行改進，加上科學技術和計算機技術、通訊技術以及控制技術的不斷發(fā)展，我國集散控制系統(tǒng)的發(fā)展已經(jīng)比較成熟，得到廣泛的應用，技術已接近國際水平。

2、電廠DCS集散控制系統(tǒng)的設計

（1）點火系統(tǒng)的程序設計

現(xiàn)在燃煤電廠普遍采用等離子技術完成鍋爐點火，而代替?zhèn)鹘y(tǒng)的燃油點火來節(jié)省成本。而且等離子技術成熟可靠。但在實際使用時，點火程序的設計變得尤為重要。我們在對等離子系統(tǒng)設計的時候，主要是包括以下的幾個方面：

等離子點火系統(tǒng)控制流程如下：鍋爐具備點火條件后，控制等離子點火頭推進鍋爐燃燒器，配合磨煤機和一次風系統(tǒng)的投入，加高電壓至等離子點火頭，使產(chǎn)生高溫電弧，從而使高溫煤粉燃燒起來。簡單的一個系統(tǒng)，包括了程序控制、協(xié)調(diào)控制、各種保護等。在DCS系統(tǒng)就能實現(xiàn)所有功能的設計和試驗：程序控制里需滿足等離子點火頭的進退以及升電壓、引弧等步驟，完全有DCS的程控模塊發(fā)出指令和接受反饋；協(xié)調(diào)控制就需與磨煤機系統(tǒng)、一次風系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制，做到等離子點火的最優(yōu)化；保護功能能確保有危險信號，如點火失敗、滅火時，退出系統(tǒng)以保護爐膛的安全等等，通過DCS系統(tǒng)，都能完美的實現(xiàn)，并能在監(jiān)視屏幕上監(jiān)控整個點火過程。

（2）爐膛壓力控制系統(tǒng)的優(yōu)化設計。

我們對爐膛壓力控制系統(tǒng)進行優(yōu)化，以華能濟寧電廠為例來進行說明，華能濟寧電廠所采用的爐膛壓力控制系統(tǒng)運行主要就是通過調(diào)整雙速離心式引風機入口擋板的開度，來達到平衡引風量和送風量的，并且在爐膛壓力規(guī)定的上下限內(nèi)來實現(xiàn)調(diào)節(jié)的功能。根據(jù)反饋的回路的總風量來刀刀鍋爐鼓風機的目的，鼓風機轉子打開指令通過處理后導入阻尼前饋信號引風機、引風機反饋控制循環(huán)使用可變比例控制，增益的強度如上圖所示。

我們利用DCS集散控制系統(tǒng)進行設計，主要是在之前的基礎之上增加引風機反饋回路中的變比例這一應用，而且還要進行相關的動態(tài)調(diào)試，并對相關的回路數(shù)的數(shù)據(jù)進行整定。如爐膛壓力控制回路如上圖所示。

我們將三個爐膛壓力中的中間測量值來作為最終的測量值，而且還利用調(diào)整引風機的入口擋板的開度來將爐膛壓力的設定值維持在規(guī)定的上下限內(nèi)。在對主控的PID參數(shù)進行整定是要利用變比例控制，積分時間為118秒，這樣主要是為了防止在爐膛的壓力設定值與實際值之間出現(xiàn)較大的差距時，系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。

（3）電氣設備的更新設計

電氣設備的更新設計主要是擴展DCS控制柜，電氣公用的部分和機組部分分別由一組冗余控制器來進行操作控制。其次是將汽輪機交流和直流油泵的啟動、停止控制都要設計到DCS集散控制系統(tǒng)中，與此同時不取消硬手操作設備。將柴油發(fā)電機的啟動、停止按鍵、儀表、報警信息接入集散控制系統(tǒng)，同時在控制盤上加設一對啟動、停止按鍵將，110V、220V直流系統(tǒng)的儀表、報警信息接入集散控制系統(tǒng)。最后將全部的開關的斷開、閉合、狀態(tài)顯示燈、電氣系統(tǒng)的報警光字牌等信號接入DCS集散控制系統(tǒng)，實現(xiàn)機、爐、電的協(xié)調(diào)控制。

3、電廠DCS集散控制系統(tǒng)的應用

電廠DCS集散控制系統(tǒng)的應用其實是電廠管理水平的整體體現(xiàn)，主要是表現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）所有單元機組的DCS控制一體化應用。

所有單元機組控制應用同一套DCS系統(tǒng)，形成一個統(tǒng)一的整體，發(fā)揮DCS系統(tǒng)的穩(wěn)定性，自動化程度高等優(yōu)點，集中控制，可以減少運行人員的人數(shù)和勞動量，制定靈活的值班制度，也可以實現(xiàn)單元機組共用輔助系統(tǒng)，靈活改變運行方式。

（2）爐機電整體控制。

通過接入鍋爐、汽機、發(fā)電機、輔助系統(tǒng)的信號，運用DCS靈活的網(wǎng)絡結構，可以把整個發(fā)電工藝的運行和控制狀況集中監(jiān)視和控制，通過高度自動化控制模塊、精準的邏輯判斷和計算能力、高可靠性和人性化的組態(tài)界面，能充分的將整個工藝系統(tǒng)進行協(xié)調(diào)控制，能大大提高機組的效率和經(jīng)濟性，不斷進行數(shù)據(jù)分析和優(yōu)化，全面實現(xiàn)機組的運行和維護管理。

（3）發(fā)電廠管理的應用。

DCS系統(tǒng)是一個發(fā)電機組運行狀況的一個巨大的實時數(shù)據(jù)庫，所有機組的運行狀況既有實時數(shù)據(jù)，也有歷史數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)經(jīng)過統(tǒng)計和處理，能對整個電廠的管理，包括電廠的發(fā)電成本的計算、物資采購的計劃、發(fā)電計劃的安排、狀態(tài)檢修計劃、人員配置、績效考核等等，都能通過DCS上傳的數(shù)據(jù)實現(xiàn)。

（4）節(jié)約電纜，但效果不明顯。

現(xiàn)在我國DCS集散控制系統(tǒng)所使用的設備器件價格較高，需要防塵和保持溫度、濕度，所以這就在一定的程度上阻礙了DCS集散控制系統(tǒng)的應用，因為DCS系統(tǒng)的一些主要設備是需要設置在條件比較好的電子室，每個現(xiàn)場信號需要通過電纜連接到電子室的，雖然是通過電纜來進行連接，但是與傳統(tǒng)的儀表控制系統(tǒng)進行比較就會發(fā)現(xiàn)所用的電纜是大大減少的，比較節(jié)約電纜，但是效益是有限的。隨著通訊技術的發(fā)展和成熟，DCS系統(tǒng)現(xiàn)場總線的方式也逐步進入市場應用，當所有現(xiàn)場設備都具備通訊模式時，一定數(shù)量的信號只要通過一根通訊電纜就能上傳到DCS，實現(xiàn)節(jié)約電纜的最大化。

4、結束語

本文主要是對電廠DCS集散控制系統(tǒng)的設計和應用進行了分析與研究，并通過三個方面來進行闡述，首先是對集散控制系統(tǒng)進行了概述，其次是對電廠DCS集散控制系統(tǒng)的設計進行分析，最后闡述了電廠DCS集散控制系統(tǒng)的應用，希望通過本文法闡述可以提供一些借鑒作用?！?/p>

參考文獻

[1]陳亞鵬；集散控制系統(tǒng)在電廠中的應用研究[D]；華北電力大學（北京）；碩士學位論文；2016.

[2]張輝、孫巖；電廠集散控制系統(tǒng)應用分析[J]；科技視界；2014（02）.