DCS 用于发电厂电气控制系统的研究

王玉栋 武汉轻工大学电气与电子工程学院 430048

【文章摘要】

对于DCS 系统来说，其是一种基于计算机技术，对发电厂电气控制进行集中操作、监控、管理以及分散控制的特殊控制技术。DCS 本身因为具备配置灵活、分级管理以及性能稳定可靠这些优越性进而得以广泛应用。本文对DCS 控制系统进行介绍，对DCS 在发电厂电气控制系统的应用优势进行分析，对发电厂电气控制应用DCS 的目的进行研究，对发电厂DCS 控制方式进行探讨，最后阐述了DCS 系统应用时的注意事项。

【关键词】

DCS ；发电厂；电气控制系统；应用

由于科技水平不断的进步提升，自动化控制水平的不断提高，计算机控制技术得以在各个行业和领域广泛应用。当然电力工业也不例外，由于计算机控制技术对社会及国民经济的重要性，因此对火力发电厂的生产提出更高的要求。一般而言，从某种意义来说，电气控制系统自动化水平的高低和电厂的运行以及管理水平存在关联。在当前，发电厂常用的控制模式即为电气系统关键功能设备实施DCS 系统监控，可以明显提升发电厂机组进行运行的工作效率，对于其经济性和稳定可靠性有所帮助。

1 DCS 控制系统概述

DCS 控制系统主要运用超级的计算机相关技术，不仅要集中式管控、操作发电厂的生产，还要运用科学技术进行分散控制，此类控制系统和分散仪表控制系统、集中式控制系统进行对比，存在不同之处，其不仅要运用网络技术、信号处理技术与计算机技术，还要运用信息技术、测量技术以及人机接口技术等，多种技术互相渗透互相发展而形成。控制思想是集中操作、分散控制、组态方便、配置灵活。

某电厂1 号机DCS 系统主要使用西屋公司生产的一种OVATION 系统，在DCS 上存在12 对DPU，不仅要承担模拟量控制（MCS）、燃烧器管理(BMS) 以及顺序控制(SCS) 这些功能，还要承担数据采集功能(DAS) 与电气顺控(ECS) 的功能。首先是5 台操作员站、其次是1 台历史站、最后是1 台工程师站都在系统之中。OVATION 系统响应周期也不长，CRT 画面对键盘操作指令进行响应的时候，只需花费不到1s，画面数据进行刷新只需不到1 s。同时也拥有良好的I/O 硬件性能，精度也不低，模拟量输入信号精度为全范围高电平处于±0.1% ，低电平处于±0.15% ， 输出信号精度保持在±0.1%。

2 DCS 用于发电厂电气控制系统的优势以及目的

2.1 DCS 系统的开放性与灵活性特征

从设计角度而言，DCS 系统设计环节具有系列化、标准化、开放化等特点，系统通信方式是以局域网网络为基础，从而实现稳定可靠而又高效的信息传输。按照发电厂电气控制系统的实际功能需求，对DCS 系统功能进行相应扩充及优化，由于是按照模块化设计方案执行，因此能够相当快捷的把计算机添加到系统通信网络中，或者是进行一些计算机的删除，在这个过程中对其他计算机的运行情况不存在不良影响。

DCS 系统在运行时，对于组态软件而言，其软件和硬件组件能够利用不同的流程应用对象的方式实现。具体实现方式是对测量信号、控制信号以及其对应连接关系进行确定，基于控制算法库对控制规律进行选择，还有就是按照图形库对基础图形监控画面进行调用，因此整个控制系统的构成相对简单和灵活，具有很高的可行218

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2.2 DCS 系统的可靠性特征

由于DCS 系统在运行时，每一台计算机都具有分散系统控制的功能，并且可以独立实现，因此要求系统结构采用容错设计方案。这种方案哪怕是其中一台计算机出现问题，也无法对DCS 系统整体功能产生直接影响。而且由于在DCS 系统中，每一台独立的计算机所承担的任务相对单一，因此从功能实现方式分析，对结构、软件固定的计算机设备进行选择，从而对计算机运行的稳定可靠性的提高起到一定的促进作用。

2.3 控制功能齐全的特征

具有较多的控制算法，把批处理控制、顺序控制还有连续控制进行了集合，不仅实现了自适应、前馈与串级的控制， 还实现了解耦与预测控制，还能引入要求的特殊控制算法。DCS 系统构成方式具有非常好的灵活性。

处于底层的过程控制级往往存在着分散的数据采集站、现场控制站等就地实现控制与数据采集功能，再经由数据通信网络传输至生产监控级计算机，生产监控级接受来源于过程控制级的数据并对其实施对应的集中操作管理。

2.4 完全集控运行

DCS 系统可以实现全部电气设备进行监控和操作，和机组控制组成一个综合自动化系统，帮助运行人员能够在任何一台DCS 终端上实现电气系统整个机组进行监控和管理，使得单元机组具备了监控集控运行的功能。

2.5 提升电气控制稳定可靠性

对于DCS 系统来说，其本身的稳定可靠性非常明显，其不仅取代了原本继电器，还取代了固态逻辑，主要因为运用了配置冗余这一手段，这样便减少了操作终端，更重要的控制系统稳定可靠性显著地提升。除此之外，其内部里面拥有许多联动逻辑，明显减少了人为失误，主要由于对操作闭锁及操作准许检查逻辑进行设置。

3 电厂电气系统纳入DCS 监控的范围

按照电气控制具有的特征以及单元机组运行过程的特性，需要把发电机变压器组这一电气系统控制纳入DCS 监控， 也要把电源这一电气系统的控制纳入。由升压站至电厂侧的主厂房里面存在的厂用电快切系统及自动同期系统、发变组系统、高压启备电源系统、柴油发电机组、直流系统及UPS 系统这些电气系统都要纳入DCS 监控之中。

4 发电厂DCS 控制方式

把DCS 系统应用到发电厂之中的电气控制系统里面的时候，需要遵循以下原则：把之前计算机数字化设备当成前提， 发挥电气控制的全部功能。发电厂电气控制系统中最普通的故障录波设备、发电机励磁调节设备而言，对应的工作情况、动作状况等都以数字化处理为基础，利用通讯方式将信息传输到DCS 系统中。控制系统和DCS 系统要独立运行，这一点也非常重要，对于保障发电厂电气系统运行安全有直接影响。DCS 系统实现时，电气系统输入信息和输出指令等都是以通讯的方式呈现，一方面能够保障系统的独立安全的运行，另一方面还可以节约在DCS 系统的电线、电缆等设备投资。最重要的是输入DCS 系统中的数据信息将应用于机组综合控制及全厂信息系统。当运行后一段时间后，达到相关负荷标准后，可以利用自动或人为的方式。机组停机时，主控回路传递对应的控制操作指令，对电气系统进行操作，使其切换到关闭状态。

其存在以下几项特征：促使专门控制装置的优点与数字化装置的通讯优点得以发挥，不仅促使系统总体构成的经济性与实用性明显提升，也促使它的可靠性变得更高；信息集中就是这种形式的分散控制。对于此类分散控制系统来说，其经常需要涉及到各种厂商的不同设备，热工控制以及电气控制都存在较为清楚的界面，能够根据之前的专业化系统设计、调试与维修；此时只要对通讯问题进行良好地处理，通常之下，组成的整体控制系统依然属于真正的分散控制系统；能够让之前阐述的电气控制进入DCS 之中.

5 DCS 系统应用时的注意事项

5.1 分配电气控制功能方面

从分配电气控制系统的功能而言，发电厂电气控制系统在运行过程中，对应的工作参数及控制逻辑关系都要先经过科学计算和调试，而且系统运行模式一旦形成就进入恒定状态，不能轻易变动，如果要对控制系统逻辑关系进行调整，需要经过工程师站进行代码传输，恰好DCS 系统不支持代码在线传输，因此这个过程有可能带动控制系统内部其他程序出现误操作，所以需要注意电气控制功能分配的问题。

5.2 装置时钟配合方面

针对装置时钟配合方面而言，发电厂电气控制系统引入DCS 系统，可以实现对整个电气控制系统的集中控制，相互独立而且布局分散的终端处理器共同联合工作，从而促进控制任务顺利完成。

5.3 系统设计的配合问题

配合对DCS 系统的设计相当重要， 和后期的运行状态存在关联，进行设计的时候，务必综合考虑问题。之前进行的设计，大都为电气专业对清单实施简单地列举，然后安排热控专业的实施装置，系统具体运用的时候，此类设计方式不能充分地发挥很好的性能，相当不利于系统运行。因此为让系统可以良好地适应实际性能的发挥，进行设计的时候，需要安排至少两个专业一起进行，应认真地分析系统规模、容量与功能的分配，认真地计算实际上进入DCS 的量，对于其在实际运行中所要表现出来的功能，以及软硬件的配置等，均应实施有效的论证，确保系统能够高效顺利地运行。

5.4 系统调试问题

当DCS 系统用于电气控制系统之中之后，需要进行和之前不一样的系统调试工作。在之前，进行系统调试工作的时候， 需要分开进行热控系统调试与电气系统的调试，对应专业的人员相当熟悉自己所学的专业，进行调试会有好的效果。当进入到DCS 系统里面后，热控调试工作者不能完全了解电气系统，同时电气人员也不完全了解DCS 系统，进而导致调试功能的缺失。因此为确保系统顺利地运行，要于调试环节，有效地安排人员，确保整个的优化，确保整个系统可以顺利稳定地运行。

6 总结

总的来说，本文以DCS 系统在发电厂电气控制系统的应用为核心，先对DCS 系统的开放性、灵活性、可靠性以及功能齐全等优势进行总结，继而研究发电厂电气控制系统引入DCS 系统过程中，控制系统和DCS 系统二者之间要保持相对独立的运行关系。这个设计方案中电气控制系统的相关装置设备运行情况、数据参数等要以数据通讯方式传输到DCS 系统，保证二者相互独立运行，并且运行安全、稳定、可靠。

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