DCS 用于發電廠電氣控制系統的研究

【文章摘要】
對于DCS 系統來說，其是一種基于計算機技術，對發電廠電氣控制進行集中操作、監控、管理以及分散控制的特殊控制技術。DCS 本身因為具備配置靈活、分級管理以及性能穩定可靠這些優越性進而得以廣泛應用。本文對DCS 控制系統進行介紹，對DCS 在發電廠電氣控制系統的應用優勢進行分析，對發電廠電氣控制應用DCS 的目的進行研究，對發電廠DCS 控制方式進行探討，最后闡述了DCS 系統應用時的注意事項。
【關鍵詞】
DCS ；發電廠；電氣控制系統；應用
由于科技水平不斷的進步提升，自動化控制水平的不斷提高，計算機控制技術得以在各個行業和領域廣泛應用。當然電力工業也不例外，由于計算機控制技術對社會及國民經濟的重要性，因此對火力發電廠的生產提出更高的要求。一般而言， 從某種意義來說，電氣控制系統自動化水平的高低和電廠的運行以及管理水平存在關聯。在當前，發電廠常用的控制模式即為電氣系統關鍵功能設備實施DCS 系統監控，可以明顯提升發電廠機組進行運行的工作效率，對于其經濟性和穩定可靠性有所幫助。
1 DCS 控制系統概述
DCS 控制系統主要運用超級的計算機相關技術，不僅要集中式管控、操作發電廠的生產，還要運用科學技術進行分散控制，此類控制系統和分散儀表控制系統、集中式控制系統進行對比，存在不同之處，其不僅要運用網絡技術、信號處理技術與計算機技術，還要運用信息技術、測量技術以及人機接口技術等，多種技術互相滲透互相發展而形成。控制思想是集中操作、分散控制、組態方便、配置靈活。
某電廠1 號機DCS 系統主要使用西屋公司生產的一種OVATION 系統，在DCS 上存在12 對DPU，不僅要承擔模擬量控制（MCS）、燃燒器管理(BMS) 以及順序控制(SCS) 這些功能，還要承擔數據采集功能(DAS) 與電氣順控(ECS) 的功能。首先是5 臺操作員站、其次是1 臺歷史站、最后是1 臺工程師站都在系統之中。OVATION 系統響應周期也不長，CRT 畫面對鍵盤操作指令進行響應的時候，只需花費不到1s，畫面數據進行刷新只需不到1 s。同時也擁有良好的I/O 硬件性能，精度也不低，模擬量輸入信號精度為全范圍高電平處于±0.1% ，低電平處于±0.15% ， 輸出信號精度保持在±0.1%。
2 DCS 用于發電廠電氣控制系統的優勢以及目的
2.1 DCS 系統的開放性與靈活性特征
從設計角度而言，DCS 系統設計環節具有系列化、標準化、開放化等特點，系統通信方式是以局域網網絡為基礎，從而實現穩定可靠而又高效的信息傳輸。按照發電廠電氣控制系統的實際功能需求，對DCS 系統功能進行相應擴充及優化，由于是按照模塊化設計方案執行，因此能夠相當快捷的把計算機添加到系統通信網絡中，或者是進行一些計算機的刪除，在這個過程中對其他計算機的運行情況不存在不良影響。
DCS 系統在運行時，對于組態軟件而言，其軟件和硬件組件能夠利用不同的流程應用對象的方式實現。具體實現方式是對測量信號、控制信號以及其對應連接關系進行確定，基于控制算法庫對控制規律進行選擇，還有就是按照圖形庫對基礎圖形監控畫面進行調用，因此整個控制系統的構成相對簡單和靈活，具有很高的可行性。
2.2 DCS 系統的可靠性特征
由于DCS 系統在運行時，每一臺計算機都具有分散系統控制的功能，并且可以獨立實現，因此要求系統結構采用容錯設計方案。這種方案哪怕是其中一臺計算機出現問題，也無法對DCS 系統整體功能產生直接影響。而且由于在DCS 系統中，每一臺獨立的計算機所承擔的任務相對單一，因此從功能實現方式分析，對結構、軟件固定的計算機設備進行選擇，從而對計算機運行的穩定可靠性的提高起到一定的促進作用。
2.3 控制功能齊全的特征
具有較多的控制算法，把批處理控制、順序控制還有連續控制進行了集合， 不僅實現了自適應、前饋與串級的控制， 還實現了解耦與預測控制，還能引入要求的特殊控制算法。DCS 系統構成方式具有非常好的靈活性。
處于底層的過程控制級往往存在著分散的數據采集站、現場控制站等就地實現控制與數據采集功能，再經由數據通信網絡傳輸至生產監控級計算機，生產監控級接受來源于過程控制級的數據并對其實施對應的集中操作管理。
2.4 完全集控運行
DCS 系統可以實現全部電氣設備進行監控和操作，和機組控制組成一個綜合自動化系統，幫助運行人員能夠在任何一臺DCS 終端上實現電氣系統整個機組進行監控和管理，使得單元機組具備了監控集控運行的功能。
2.5 提升電氣控制穩定可靠性
對于DCS 系統來說，其本身的穩定可靠性非常明顯，其不僅取代了原本繼電器，還取代了固態邏輯，主要因為運用了配置冗余這一手段，這樣便減少了操作終端，更重要的控制系統穩定可靠性顯著地提升。除此之外，其內部里面擁有許多聯動邏輯，明顯減少了人為失誤，主要由于對操作閉鎖及操作準許檢查邏輯進行設置。
3 電廠電氣系統納入DCS 監控的范圍
按照電氣控制具有的特征以及單元機組運行過程的特性，需要把發電機變壓器組這一電氣系統控制納入DCS 監控， 也要把電源這一電氣系統的控制納入。由升壓站至電廠側的主廠房里面存在的廠用電快切系統及自動同期系統、發變組系統、高壓啟備電源系統、柴油發電機組、直流系統及UPS 系統這些電氣系統都要納入DCS 監控之中。
4 發電廠DCS 控制方式
把DCS 系統應用到發電廠之中的電氣控制系統里面的時候，需要遵循以下原則：把之前計算機數字化設備當成前提， 發揮電氣控制的全部功能。發電廠電氣控制系統中最普通的故障錄波設備、發電機勵磁調節設備而言，對應的工作情況、動作狀況等都以數字化處理為基礎，利用通訊方式將信息傳輸到DCS 系統中。控制系統和DCS 系統要獨立運行，這一點也非常重要，對于保障發電廠電氣系統運行安全有直接影響。DCS 系統實現時，電氣系統輸入信息和輸出指令等都是以通訊的方式呈現，一方面能夠保障系統的獨立安全的運行，另一方面還可以節約在DCS 系統的電線、電纜等設備投資。最重要的是輸入DCS 系統中的數據信息將應用于機組綜合控制及全廠信息系統。當運行后一段時間后，達到相關負荷標準后，可以利用自動或人為的方式。機組停機時，主控回路傳遞對應的控制操作指令，對電氣系統進行操作，使其切換到關閉狀態。
其存在以下幾項特征：促使專門控制裝置的優點與數字化裝置的通訊優點得以發揮，不僅促使系統總體構成的經濟性與實用性明顯提升，也促使它的可靠性變得更高；信息集中就是這種形式的分散控制。對于此類分散控制系統來說，其經常需要涉及到各種廠商的不同設備，熱工控制以及電氣控制都存在較為清楚的界面， 能夠根據之前的專業化系統設計、調試與維修；此時只要對通訊問題進行良好地處理，通常之下，組成的整體控制系統依然屬于真正的分散控制系統；能夠讓之前闡述的電氣控制進入DCS 之中.
5 DCS 系統應用時的注意事項
5.1 分配電氣控制功能方面
從分配電氣控制系統的功能而言，發電廠電氣控制系統在運行過程中，對應的工作參數及控制邏輯關系都要先經過科學計算和調試，而且系統運行模式一旦形成就進入恒定狀態，不能輕易變動，如果要對控制系統邏輯關系進行調整，需要經過工程師站進行代碼傳輸，恰好DCS 系統不支持代碼在線傳輸，因此這個過程有可能帶動控制系統內部其他程序出現誤操作，所以需要注意電氣控制功能分配的問題。
5.2 裝置時鐘配合方面
針對裝置時鐘配合方面而言，發電廠電氣控制系統引入DCS 系統，可以實現對整個電氣控制系統的集中控制，相互獨立而且布局分散的終端處理器共同聯合工作，從而促進控制任務順利完成。
5.3 系統設計的配合問題
配合對DCS 系統的設計相當重要， 和后期的運行狀態存在關聯，進行設計的時候，務必綜合考慮問題。之前進行的設計，大都為電氣專業對清單實施簡單地列舉，然后安排熱控專業的實施裝置，系統具體運用的時候，此類設計方式不能充分地發揮很好的性能，相當不利于系統運行。因此為讓系統可以良好地適應實際性能的發揮，進行設計的時候，需要安排至少兩個專業一起進行，應認真地分析系統規模、容量與功能的分配，認真地計算實際上進入DCS 的量，對于其在實際運行中所要表現出來的功能，以及軟硬件的配置等，均應實施有效的論證，確保系統能夠高效順利地運行。
5.4 系統調試問題
當DCS 系統用于電氣控制系統之中之后，需要進行和之前不一樣的系統調試工作。在之前，進行系統調試工作的時候， 需要分開進行熱控系統調試與電氣系統的調試，對應專業的人員相當熟悉自己所學的專業，進行調試會有好的效果。當進入到DCS 系統里面后，熱控調試工作者不能完全了解電氣系統，同時電氣人員也不完全了解DCS 系統，進而導致調試功能的缺失。因此為確保系統順利地運行，要于調試環節，有效地安排人員，確保整個的優化，確保整個系統可以順利穩定地運行。
6 總結
總的來說，本文以DCS 系統在發電廠電氣控制系統的應用為核心，先對DCS 系統的開放性、靈活性、可靠性以及功能齊全等優勢進行總結，繼而研究發電廠電氣控制系統引入DCS 系統過程中，控制系統和DCS 系統二者之間要保持相對獨立的運行關系。這個設計方案中電氣控制系統的相關裝置設備運行情況、數據參數等要以數據通訊方式傳輸到DCS 系統，保證二者相互獨立運行，并且運行安全、穩定、可靠。
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