火電廠電氣自動化中分散控制系統(tǒng)的運(yùn)用研究

關(guān)大祥

摘 要：當(dāng)前分散控制系統(tǒng)在我國各個領(lǐng)域已經(jīng)實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用，能為生產(chǎn)作業(yè)安全、高效開展提供保障，將這個系統(tǒng)應(yīng)用在火電廠電氣自動化中，可進(jìn)一步加強(qiáng)電力生產(chǎn)體系穩(wěn)定運(yùn)行。本文主要以分散控制系統(tǒng)在電氣自動化中的應(yīng)用這一課題展開討論，在對分散控制系統(tǒng)特點(diǎn)及功能有所了解的基礎(chǔ)上，具體分析它的應(yīng)用途徑，通過將分散控制系統(tǒng)和電氣自動化中的監(jiān)控系統(tǒng)、安全防護(hù)系統(tǒng)結(jié)合起來，可進(jìn)一步提高火電廠電氣自動化水平。

關(guān)鍵詞：電氣自動化;分散控制系統(tǒng);火電廠

中圖分類號：TM621.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）03-0160-02

0 前言

隨著分散控制系統(tǒng)（DCS）的不斷發(fā)展，其在火電廠汽輪機(jī)和鍋爐自動化控制上實(shí)現(xiàn)較好應(yīng)用，可提高電力生產(chǎn)自動化水平，并且DCS應(yīng)用可靠性及靈活性已經(jīng)得到廣泛認(rèn)可。對于火電廠電氣自動化而言，需要充分利用DCS來達(dá)到預(yù)期的系統(tǒng)運(yùn)行目標(biāo)。要想突出該系統(tǒng)應(yīng)用價值，要從安全防護(hù)系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡(luò)等角度出發(fā)，在各部件有效連接下建立起完整的自動化控制系統(tǒng)，確保分散控制系統(tǒng)和電氣自動化體系有機(jī)結(jié)合。

1 分散控制系統(tǒng)特點(diǎn)及優(yōu)勢

1.1 分散控制系統(tǒng)特點(diǎn)

分散控制系統(tǒng)在不斷應(yīng)用實(shí)踐中改進(jìn)發(fā)展，已經(jīng)積累較多應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，為該系統(tǒng)在工程、科技等領(lǐng)域的推廣應(yīng)用創(chuàng)造有利條件。實(shí)踐表明，將分散控制系統(tǒng)運(yùn)用在火電廠生產(chǎn)實(shí)踐中，能促進(jìn)生產(chǎn)活動高質(zhì)量開展，進(jìn)而提高企業(yè)運(yùn)營效益。以火電廠為例，可實(shí)現(xiàn)多個計算機(jī)設(shè)備的互相連接，有利于擴(kuò)展生產(chǎn)管理信息共享范圍，在保證信息及時性的條件下，確保生產(chǎn)決策合理制定。當(dāng)前火電廠常見分散控制系統(tǒng)包括PC機(jī)總線型、可編程控制器型以及多功能控制器型幾種，能適用于不同電力生產(chǎn)體系中[1]?？偟膩碚f，分散控制系統(tǒng)體現(xiàn)出高監(jiān)控性能、高可靠性以及易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，能為不同功能設(shè)備接入到系統(tǒng)中提供功能接口，有利于火電廠生產(chǎn)管理的統(tǒng)一開展，在提高電力生產(chǎn)效率及質(zhì)量上有重要意義。

1.2 分散控制系統(tǒng)應(yīng)用優(yōu)勢

相較于以往電氣自動化系統(tǒng)來講，分散控制系統(tǒng)有著明顯優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在以下方面：一是操作性強(qiáng)，系統(tǒng)功能的完善，簡化了管理人員生產(chǎn)過程監(jiān)管工作，工作人員只需要進(jìn)行計算機(jī)設(shè)備操作，并可掌握電力生產(chǎn)情況并進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。二是功能多樣化，分散控制系統(tǒng)具有信息檢索、數(shù)據(jù)存儲、操作顯示和故障報警等基礎(chǔ)功能，并在這個基礎(chǔ)上新增了操作指導(dǎo)、數(shù)據(jù)記錄等功能，可滿足火電廠生產(chǎn)需要，確保該系統(tǒng)應(yīng)用價值的實(shí)現(xiàn)。三是層次分明，利用分散控制系統(tǒng)，可將施工現(xiàn)場中的多個計算機(jī)設(shè)備聯(lián)系起來，使得信息能在整個生產(chǎn)管理系統(tǒng)中流通，從而在信息及時供應(yīng)下提高管理效率。

2 分散控制系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)

2.1 NCS功能

NCS是一個獨(dú)立系統(tǒng)，包含的控制回路與監(jiān)測點(diǎn)數(shù)不多，在建立電力生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)時，需要注重該系統(tǒng)的設(shè)計。在對NCS系統(tǒng)功能進(jìn)行分析時，發(fā)現(xiàn)主要體現(xiàn)在以下方面：一是數(shù)據(jù)收集及處理功能。該系統(tǒng)能連續(xù)收集生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的電流、電壓、頻率及開關(guān)狀態(tài)等參數(shù)信息，以及異常情況和運(yùn)行操作等信息，之后在通信網(wǎng)絡(luò)媒介作用下，將信息傳輸給工作人員。二是畫面顯示功能。在NCS系統(tǒng)運(yùn)行中，會將監(jiān)控系統(tǒng)收集到的畫面呈現(xiàn)出來，包括220kV一次接線圖、備用變壓器、直流系統(tǒng)圖、主要設(shè)備等，能使得監(jiān)控人員直觀掌握生產(chǎn)情況和電氣設(shè)備運(yùn)作情況，確保整個生產(chǎn)過程在嚴(yán)格的監(jiān)控下。三是數(shù)據(jù)記錄功能，是指對電力生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，同時能完成數(shù)據(jù)記錄。在得到數(shù)據(jù)信息的情況下，可實(shí)現(xiàn)報表打印、操作記錄打印及事故追憶打印等功能。四是數(shù)據(jù)通行功能。通過分散控制系統(tǒng)將生產(chǎn)中的重要信息互相交換，如設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)以及設(shè)施監(jiān)測等信息，可滿足系統(tǒng)設(shè)計要求。

2.2 ECS功能

單元機(jī)組ECS是分散控制系統(tǒng)中的一個子系統(tǒng)。對于控制系統(tǒng)來講，主要包括端子柜、現(xiàn)場控制站、繼電器柜等組成部分，能做到對電氣自動化系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)際的控制。另外，監(jiān)視系統(tǒng)作用下，可得到單元接線圖、直流系統(tǒng)圖、電氣設(shè)備一覽、變壓器和電氣運(yùn)行參數(shù)等畫面，從而發(fā)揮系統(tǒng)功能，為火電廠電氣自動化管理工作的開展提供依據(jù)。ECS功能與NCS較為類似，主要進(jìn)行單元機(jī)組各設(shè)施的運(yùn)行數(shù)據(jù)采集、處理、數(shù)據(jù)記錄以及和數(shù)據(jù)通信等，在這些功能實(shí)現(xiàn)下，可加大對電氣設(shè)備可靠運(yùn)行的保護(hù)[2]。

2.3 分散控制系統(tǒng)和電氣專用裝置連接起來

可將分散控制系統(tǒng)和繼電保護(hù)裝置連接起來，實(shí)現(xiàn)兩者間的數(shù)據(jù)傳輸，以便確保控制行為的規(guī)范化，要求分散控制系統(tǒng)滿足繼電保護(hù)裝置的通信要求。通常將裝置保護(hù)動作的和輸出接點(diǎn)口連接到分散控制系統(tǒng)，將繼電保護(hù)裝置輸出信號存儲在分散控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，再次得到保護(hù)裝置運(yùn)行畫面。另外，還需要將分散控制系統(tǒng)和勵磁調(diào)節(jié)器連接起來，以便在分散控制系統(tǒng)作用下，進(jìn)行勵磁調(diào)節(jié)器操作，使其能適應(yīng)電氣自動化系統(tǒng)運(yùn)行需求。在上述操作下，可充分發(fā)揮分散控制系統(tǒng)功能，加大該系統(tǒng)和其他功能系統(tǒng)的聯(lián)系，從而加大對電力生產(chǎn)安全保護(hù)。

3 火電廠電氣自動化中分散控制系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1 網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)

火電廠電氣自動化中分散控制系統(tǒng)的應(yīng)用，勢必會進(jìn)行各類信息交流，在信息有效共享下發(fā)揮系統(tǒng)功能，因此，對通信網(wǎng)絡(luò)提出了更高要求，需要在通信系統(tǒng)完善構(gòu)建下，發(fā)揮其信息傳輸載體作用。在整個生產(chǎn)控制系統(tǒng)中，通信網(wǎng)絡(luò)占據(jù)重要地位，只有加強(qiáng)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)的條件下，才能實(shí)現(xiàn)資料和生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時傳遞，為工作人員提供準(zhǔn)確的生產(chǎn)信息，從而做到對生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行中突發(fā)情況的有效應(yīng)對。分散控制系統(tǒng)對應(yīng)的通信網(wǎng)絡(luò)通常選擇總線式結(jié)構(gòu)形式，提供多種信息傳輸渠道，可為管理工作開展提供針對性信息資源。在這個結(jié)構(gòu)形式下，利用同軸電纜為傳輸媒介，在以太網(wǎng)環(huán)境下實(shí)施信息管理，可充分發(fā)揮通信網(wǎng)絡(luò)信息傳輸功能，達(dá)到資源共享和通信效率提高的目的。

除了上述網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)構(gòu)建方式外，還可建立非實(shí)時通信系統(tǒng)，用來傳輸一一些沒有實(shí)時傳遞要求的數(shù)據(jù)信息，從而為大量數(shù)據(jù)提供多條傳輸通道，可減少實(shí)時網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)運(yùn)行壓力，從而延長系統(tǒng)運(yùn)行時間，保證數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確性，有助于整個通信網(wǎng)絡(luò)傳輸效率及質(zhì)量的提高。并且將不同類型信息分離開來，能提高信息分析準(zhǔn)確性，以免造成指令錯誤的問題。對于火電廠來講，要結(jié)合上述兩種信息傳輸載體，進(jìn)而得到預(yù)期的通信系統(tǒng)運(yùn)行效果，加快信息傳輸并為能源配置提供依據(jù)，確保能源供應(yīng)合理化。

3.2 監(jiān)督控制系統(tǒng)

將分散控制系統(tǒng)應(yīng)用在火電廠電氣自動化中，可提高系統(tǒng)監(jiān)督控制功能，從而做到對電力生產(chǎn)情況的有效監(jiān)管。監(jiān)督控制功能的實(shí)現(xiàn)，對生產(chǎn)安全和生產(chǎn)效率有一定影響，在監(jiān)控系統(tǒng)作用下，及時排除生產(chǎn)中不合格的產(chǎn)品，以免造成生產(chǎn)效能低下[3]。對于火電廠來講，可在分散控制技術(shù)應(yīng)用下提高系統(tǒng)監(jiān)督功能，以便在生產(chǎn)實(shí)踐過程中發(fā)揮監(jiān)控作用，是生產(chǎn)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的保障。因此，在分析電子自動化中分散控制系統(tǒng)運(yùn)用時，有必要注重其監(jiān)控功能，以便發(fā)揮分散控制系統(tǒng)應(yīng)用價值。在信息技術(shù)應(yīng)用下，工作人員可遠(yuǎn)距離監(jiān)控生產(chǎn)現(xiàn)場，改進(jìn)了原有工作模式，使得操作人員能直觀掌握生產(chǎn)數(shù)據(jù)，進(jìn)而根據(jù)數(shù)據(jù)提供的生產(chǎn)信息實(shí)施相關(guān)管理操作。例如，在電力生產(chǎn)實(shí)際中，要在生產(chǎn)活動開始前設(shè)置相關(guān)參數(shù)，確保系統(tǒng)在設(shè)定的參數(shù)范圍內(nèi)下發(fā)生動作。當(dāng)生產(chǎn)過程中數(shù)值超過標(biāo)準(zhǔn)范圍時，系統(tǒng)將發(fā)出警報信號，自動化系統(tǒng)自行切斷故障線路并進(jìn)行簡單維修。從這個角度來看，分散控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的實(shí)現(xiàn)，對工業(yè)生產(chǎn)全過程的順利開展有重要意義，有利于生產(chǎn)操作規(guī)范化，盡可能降低生產(chǎn)中的安全風(fēng)險。

以火電廠為例，其主要提供人們?nèi)粘Ｉ钪械闹匾茉矗虼?，需要加大對生產(chǎn)過程的控制，確保能源穩(wěn)定供應(yīng)，可借助監(jiān)控系統(tǒng)來保障生產(chǎn)可靠性。分散控制系統(tǒng)下，監(jiān)控系統(tǒng)能接收來自不同環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)信息，從而做到生產(chǎn)監(jiān)管全面開展，當(dāng)某個環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障時，則監(jiān)控系統(tǒng)能及時判斷故障位置并發(fā)出信號，使得維修人員及時開展維護(hù)工作。具體來說，監(jiān)督控制系統(tǒng)在保障電力生產(chǎn)可靠方面有重要意義，要求管理人員從生產(chǎn)實(shí)際出發(fā)，適當(dāng)引進(jìn)分散控制系統(tǒng)，不僅能提高系統(tǒng)監(jiān)控功能，還能實(shí)現(xiàn)監(jiān)控范圍的拓展，進(jìn)而對整個生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)管，可加大對生產(chǎn)環(huán)節(jié)的控制。

3.3 安全防護(hù)系統(tǒng)

除了上述運(yùn)行系統(tǒng)外，還需要注重分散控制系統(tǒng)下安全防護(hù)系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)，在保證安全防護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行效果的基礎(chǔ)上，為火電廠生產(chǎn)可靠性提供保障。企業(yè)管理者應(yīng)意識到安全防護(hù)系統(tǒng)重要性，利用分散控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)安全防護(hù)工作全面開展，真正達(dá)到安全生產(chǎn)的目的[4]。實(shí)際建立安全防護(hù)系統(tǒng)時，要結(jié)合生產(chǎn)中典型的安全事項(xiàng)，合理設(shè)置系統(tǒng)內(nèi)各項(xiàng)參數(shù)，在參數(shù)設(shè)定和系統(tǒng)安全隱患分別對應(yīng)的條件下，可保證安全防護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行效能的實(shí)現(xiàn)。當(dāng)完成條件輸入后，可啟動安全防護(hù)系統(tǒng)，進(jìn)而在系統(tǒng)功能正常發(fā)揮下，保障生產(chǎn)流程順利進(jìn)行。

需要注意的是，安全防護(hù)系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)是協(xié)調(diào)運(yùn)行的，監(jiān)控系統(tǒng)主要是識別生產(chǎn)過程中的故障問題，而安全防護(hù)系統(tǒng)主要是進(jìn)行電氣自動化系統(tǒng)的全面識別，在保障生產(chǎn)效益方面有重要意義。以某一火電廠為例，在進(jìn)行火電廠規(guī)劃建設(shè)時，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際需求，將分散控制系統(tǒng)運(yùn)用到生產(chǎn)系統(tǒng)中，以便實(shí)現(xiàn)集中管理及分散控制。該火電廠分別對NCS和DCS進(jìn)行針對性設(shè)計，將分散控制系統(tǒng)和網(wǎng)址通信協(xié)議連接起來，在兩個系統(tǒng)作用下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)有效共享。在系統(tǒng)供電方面，主要采用兩臺機(jī)組共同作業(yè)的方式，當(dāng)一臺供電裝置出現(xiàn)故障問題后，可保證生產(chǎn)系統(tǒng)正常運(yùn)行。在分散控制系統(tǒng)中，還設(shè)計了機(jī)組ECS，可提高系統(tǒng)現(xiàn)場控制功能。在對上述系統(tǒng)運(yùn)行功能進(jìn)行分析時，可發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)在電力自動化中的使用，能保障電氣設(shè)施正常作業(yè)，以及監(jiān)控工作順利開展，表明分散控制系統(tǒng)在電氣自動化中有較高應(yīng)用價值。

4 結(jié)語

綜上所述，分散控制系統(tǒng)在電氣自動化中的運(yùn)用是必然趨勢，可在分散控制系統(tǒng)作用下，提高電力生產(chǎn)自動化水平，保障生產(chǎn)穩(wěn)定性。因此，電力企業(yè)要做到對DCS系統(tǒng)運(yùn)用情況的充分掌握，能結(jié)合自身生產(chǎn)實(shí)際情況，盡可能加大分散控制技術(shù)在生產(chǎn)體系中的應(yīng)用。通過利用DCS系統(tǒng)，將不同位置的計算機(jī)設(shè)備連接起來，能得到一個全方位的控制系統(tǒng)，具有可靠性高、性能好等優(yōu)點(diǎn)，可為在火電廠電力生產(chǎn)效益的實(shí)現(xiàn)奠定基礎(chǔ)。

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