| 摘要：文章在介绍了火电厂自动化 控制系统的分类和研究的基础上， 着重介绍了DCS 各子系统的功能， 以及介绍了他的优点。 【关键词】火电厂 自动化控制系统 DCS 1 前言 电使我们日常生活和日常工作中不可缺 少的物质，它甚至直接关系到国家经济命脉， 而电力的生产是一个复杂的过程，涉及到各方 面的知识和要求。随着科学技术的发展，电力 生产过程中使用的电力设备包括发电机等的性 能逐渐得到提升，同时整个生产系统的控制也 得到了进一步改进。以前使用的人工模式暴露 了许多缺点，很难优化庞大而且复杂的电力调 度。所以自动化控制系统在电力的生产上得到 了应用，本文在多部文献和现场实践经验的基 础上，介绍了火电厂自动化控制系统，及广泛 应用于火电厂中的微机分散控制系统（DCS）。 DCS 诞生于1975 年，已经经过了三十多年的 发展，其技术日益走向成熟。它利用计算机进 行综合控制，集“集”与“散”于一身，能实 现集中监视、操控和管理等需要集中起来的控 制，还能实现分散控制。 2 火电厂自动化控制系统的分类和研究 随着电力体制的改革和电力系统市场化 的逐渐发展，各电厂不得不采用先进的生产设 备和技术，在这种科学技术逐渐占领电力市场 的现状下，火电厂的信息化、数字化也将会上 升到一个新的高度。本文在介绍DCS 的基础 上，讨论了火电厂电气自动化控制（ECS）， 以及在工业逐渐一体化的大趋势下如何实现火 电厂控制的一体化。 2.1 自动控制的内容 一般来说，发电厂的自动控制包括以下 几点： （1）自动检测：能够自动测量能够实时 反映生产过程的各化学量、物理量和各设备在 生产工作时的参数，当这些量和参数与预期不 符时，系统需要对生产进行调整，以保证生产 能够在预期中正常进行。 （2）自动保护：当系统出现事故时，必 须启动保护系统防止事故进一步恶化造成人员 伤亡或机器设备发生故障而损坏，这样可以提 高系统的安全性并保证系统可靠运行。 （3）顺序控制：系统的运行主要依靠预 设的程序和条件，当满足不同的条件时，系统 会有不同的动作，保证系统的运行的准确性， 不会相互产生干扰。这种控制方式能大大减少 操作人员的工作量，节约人力成本。 （4）自动控制：当系统运行方式超过了 设定的工作条件，系统能够自动做出调整以便 回到预定的工作状态，所以自动控制也被称为 自动调节。 火电厂的自动控制是一个复杂而艰难的 过程，不仅要实现主机和辅助设备的同步控制， 而且不同的工艺过程需要采用不同的控制方 法，这时的控制系统和系统结构也会有所差异。 2.2 火电厂传统电气控制系统分析 二十世纪八十年代，电厂使用的控制系统 一般是基于I/O 接口的DCS 系统，它主要通 过DCS 来设置单独的控制器（DPU），然后 由I/O 接口向外界传输控制指令。这个时期的 电气自动化控制系统中，DCS 并不直接控制 电气的特殊控制功能，这种控制功能是由独立 的电气自动装置控制完成的。它的主要优点是 控制方式比较成熟，在现场运行时能够快速反 应，并且能够直接观察到控制结果。然而，由 于计算机通讯技术的快速发展，电力系统接入 的用户越来越多，当前的设备条件已经受到了 严重的限制，难以满足整个系统的自动化处理， 从而影响到系统的管理效率。所以，对于这种 控制系统的改进和完善是十分必要的，需要把 各个独立的控制装置加以整合并实现一体化。 到了九十年代末，变电站综合自动化系统 的现场总线技术是后来出现的第二种模式，根 据一般火电厂的工艺环节所构成的控制网络， 这种模式通常保留DAS（数据采集系统）方 式控制系统中关键硬接线部分。DAS 控制系 统中，信息的采集和系统的控制主要是由现场 总线来完成。而其他子系统（如输煤子系统和 SIS 等）的电气信息的获得主要靠ECS 的通信 网关获得，由于ECS 的这种功能，它成为了 火电厂自动化控制和监管的基础系统之一。这 种系统控制方式被广泛应用于各变电站和水电 站以及大型电厂中，通过不断实践取得了良好 的成效，而且不断被推广到其他行业中。然而， 这种控制系统的传输效率不高、网络拓扑结构 设计的不够合理，而且现场间隔层的通讯网络 可能造成通讯节点不足，这些缺点也会给整个 系统带来不利的影响，使得各种故障经常出现。 2.3 新型基于以太网技术的火电厂电气自动化 控制系统 由于微电子技术的不断发展，电气综合 保护测控装置的功能更加完善，可以实现基于 交流采样的保护、滤波、测量和通信等功能， 而这些测控功能的实现依赖于工业以太网技术 的发展。工业以太网有着许多优点，如成本低 廉、容量较大、传输速度很高、拓扑结构较好 以及具有良好的开放性等，它的这些优点刚好 弥补了上面两种已有的控制系统的缺陷。所以， 火电厂自动化控制系统中应用以太网是十分必 要的。 火电厂主要是将通信方式植入到DCS 系 统来实现系统的自动化控制，在现场间隔层和 站控层中嵌入工业以太网，利用双光纤以太网 通讯，这样就可以不用使用通信管理机，从而 提高了控制系统的传输速率。厂级DCS 系统 与其他系统的通讯主要通过站控层的通信子站 来完成，主要过程包括多台子站，以太网通信 通道、违约协议和DCS 通信等。有许多火电 厂已经成功应用了以太网来实现自动化，而且 经过多年的发展，以太网自动控制技术已经逐 渐成熟。这种控制方式是融合了传感、采集和 执行为一体的深层次控制方案。这种配置结构 不仅降低了投资成本，还清楚的理顺了DCS 和ECS 之间的关联，从而促进了这两个系统 不断融合，实现整个系统的自动化。当前这种 控制模式是火电厂首要的选择。 3 DCS自动化控制系统 DCS 具有检测和管理的功能，他可以实 现以前由不同生产厂家生产的不同设备联合在 一起运行才能达到的功能，所以DCS 能够实 现多种不同的功能，集“集”与“散”为一体。 系统的每个功能都是由不同的模块来实现的， 所以每个模块可以单独称为一个子系统，当将 这些模块组合到一起那么就产生了DCS 自动 控制系统。 3.1 DCS控制子系统 DCS在系统硬件和软件都允许的条件下， 各个功能模块可以增加或减少，以便适应火电 厂多样化的需求。常用的子系统有如下几种： 数据采集子系统DAS：它不仅可以实现 在线连续测量各部分的信号，如液位、温度、 流量、压力等，还可以独立出来成为一个结构 （上下位机结构），此外，它还能形成小的集 散型系统，实现网络的实时控制。DAS 能为 系统提供多种热力系统流程图，并且检测系统 中主要的运行参数，一旦发现异常就会给出警 告；能高频率高速度地采集继电器开关处所发 出的信号，如果发现异常信号便会及时记录下 来并发出警报。此外，DAS 还能给出系统中 主要参数的变化趋势，便于预测系统的运行状 态；定时打印制表，及时记录下系统的有关参 数，以便后来查阅。 模拟量控制系统MCS：它代表着一个机 组自动化水平的高低。它可以实现对锅炉和汽 机协调运行、一次风压、二次风量、炉膛氧量 和压力、磨煤机以及锅炉的给水等各种项目的 控制，以提高系统的工艺水平，不仅降低了生 产成本还能提高整个系统的效率。 顺序控制系统SCS：这种控制方式可以 大大简化系统的人工操作，操作人员只需要一 个或几个按钮就可以实现对系统的启停以及完 成整个机组的动作。它能够实现以下功能：1. 当 系统满足一定的工作条件时，经过判断之后， 能够自动执行相应的程序而不需要操作人员的 手动切换；2. 操作人员可以利用人机转换接口 实现手动和自动控制的切换，在自动运行时， 操作人员能在点步和跳步中根据实际的需要来 任意选择，同时还能选择显示相应的信息，如 故障或报警信息；3. 在任何需要的时候都能够 通过系统自带的检查程序检测系统运行是否正 确；4. 系统发生任何意外情况都可以立刻自动 终止系统的运行，已达到保护系统的目的。 燃烧器管理系统BMS：这个系统主要指 针对锅炉炉膛的安全监控，一般在大型的火电 机组都会设置这样的自动控制系统。BMS 可 以保证锅炉能够按照预设的燃烧程序进行操 作。一旦出现紧急情况，系统能够迅速关闭燃 料投放程序，同时能够起动降温系统，从而防 止锅炉出现爆炸、爆燃等危害性极大的事故。 3.2 DCS的优点 DCS 系统在实际应用中具有如下的优点： （1）可靠性高：DCS 采用的是拓扑结构， 能够将系统的控制功能分散在系统下的各操作 点上，使它们不仅相互独立而且相互联系，这 样的好处就是当一处出现故障时，另外的站点 可以正常运行，保证系统能正常工作而不会丧 失性能。 （2）良好的开放性：这主要体现在DCS 系统的设计理念上，设计过程标准化、模块化， 而且DCS具有良好的兼容能力和可扩展能力， 使得DCS 能够方便接入其他系统而不会产生 兼容问题，而且如果卸载原来的操作系统，不 会对DCS 造成不利的影响。 （3）功能多样：由上面对DCS 的子系统 介绍可以看出，DCS 可以实现顺序控制、连 续控制以及批处理控制等多种功能，而且还能 实现实际工作中所要求的特殊功能。 DCS 系统还有维护容易、灵活性高、协 调性好等优点。 4 结语 经过三十多年的发展，DCS 系统的功能 和结构得到了不断发展和完善，然而在实际工 作过程中仍然会出现一些问题，如何进一步发 展DCS 仍然还需要一些技术上的改进，以适 应工程实际的需求。相信经过不断探索，DCS 在火电厂的自动化控制系统中将会发挥越来越 大的作用。 参考文献 [1] 宋成林. 浅谈DCS 系统在热点长自动控制 上的应用[J]. 科技纵横,2009(05). [2] 宋邦富.DCS 应用及发展[J]. 化学工程与 设备,2010(03). [3] 白建云. 大型火力发电厂顺序控制技术研 究与应用[J]. 技术交流,2007(03). [4] 李子连. 火电厂自动化发展综述[J]. 中 国电力,2004(02). 作者单位 陡河发电厂 河北省唐山市 030600 |
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