微机分散控制系统(DCS)在火电厂的应用

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  引言:介绍分散控制系统的特点及其在火电厂的应用,认为 DCS 仍是目前火电厂热控系统的主流;
  随着火力发电机组自动化的要求日益提高,现代火电热工自动化技术得到了相应发展。其中最有代表性的是问世于 80 年代的微机分散控制系统(DCS),自诞生伊始,便展示出蓬勃生机,日益发展完善,并广泛应用于大机组的自动控制。目前300MW以上的火电机组,都普遍采用DCS控制,200MW、100MW 机组也使用 DCS 进行改造,这主要是由于 DCS 系统给电厂在安全生产与经济效益等方面带来的巨大作用,使以往任何控制系统无法与其相提并论。
  一、DCS 向开放化发展
  火电厂自动化系统是由执行不同监控功能的计算机组成。为使多种计算机系统便于连接和通信,实现数据传递和资源共享,采用满足 MAP/TOP 协议要求的开放式工业计算机系统是必然的趋势。早期的 DCS 一般都采用专用控制网络将自家的工作站或可编程控制器(PLC)等产品连接起来构成,在网络中不允许连接其它厂家的产品或不同型号的产品。目前,DCS 各制造厂商纷纷将自己的专用网络进行改造,使其符合国际标准,或在自己的专用网络和普通网络之间加入网关,使其与以太网、MAP 网连接,使已有产品向开放式系统改进和完善。
  二、软件不断丰富
  大型火电机组控制对象多且复杂,具有非线性、大迟延、控制参数相互影响、干扰源多等特点,使得自动控制系统设计难度较大。在采用 DCS 后,可充分利用其潜在能力,实现高级复杂控制算法,如自适应控制、模糊控制、预估控制、非线性控制、神经元控制等,以提高机组自动控制的质量。例如镇海电厂200MW机组主汽压和主汽温的控制系统采用模糊控制技术,调节品质明显提高;华能南通电厂将 N—90分散控制系统中Smith预估器功能应用于 350MW 机组的协调控制系统,取得成功。除控制类软件不断丰富外,一些管理类软件、报警类软件、诊断类软件也在不断优化和发展。
  三、全 CRT 监控模式
  20 世纪 90 年代,以 RISC 技术为基础的 Workstation 引入 DCS 的人机接口(MMI),极大地丰富了 MMI 的图形功能、编程功能及人机对话功能,并满足过程监控的简捷、方
  便和实时性高的要求。90 年代初,国外新投运机组已实现了全 CRT 监控技术。在我国,DCS 应用初期,人们习惯和相信传统的监控设备和监控方式,因此在工程设计中仍配置
  了大量的传统监控设备作后备,经过近几年实践,DCS 在火电厂运行的可靠性得到了普遍肯定,目前工程设计中已取消大量传统的后备监控设备,仅保留少数几个紧急停机开关,预计不久,火电单元机组全 CRT 监控技术将被广泛接受;另外,近年来大屏幕显示技术引入 DCS,大大改善了人机界面。
  四、DCS 功能覆盖面的一体化
  早期火电厂 DCS 主要实现数据采集与处理(DAS)、模拟量控制功能(MCS),并逐步实现顺序控制功能(SCS),目前有的 DCS 还覆盖了炉膛安全监控系统(FSSS)和汽轮机电液调节系统(DEH),也就是说实现 DCS 一体化的方式有二:一是由 DCS 实现 DAS、MCS、SCS、FSSS、DEH五大功能,这样硬件型号统一,相互通信接口方便,在简化系统、减少监视操作面和便于维护管理等方面具有明显的优越性,但价格较贵,且要求厂家具有 FSSS 和 DEH 的设计运行经验,目前除贝利公司外,西屋公司、ABB 公司和日立公司等均已具备这一能力和经验。
  五、实现辅机 DCS 控制
  我国火电厂主机控制系统已广泛采用 DCS,并达到国际较先进水平。但辅助系统的控制却不同,按照目前各电厂辅助系统控制设备的配置情况,一些主要的辅助系统,如除灰、除渣、输煤、化学水处理等均采用 PLC 与上位计算机组成的控制系统,一些较为次要的控制系统近年来也逐步采用小型 PLC 进行控制,但在技术及管理上暴露出很多问题:较为分散的控制室不易管理;各个控制系统采用不同的硬件和软件,给备品备件管理、人员培训及维护等造成了一定难度。但若能实现辅助系统的DCS控制,就可解决这些问题。
  随着DCS、网络、计算机、大屏幕及PLC控制技术的日益成熟,在较为成熟的大机组上推广采用DCS技术的条件已经具备。对辅助系统的集中控制可采用多种技术方案,
  可将辅机系统接入主机DCS,或采用高度集中后,再与主机DCS和MIS连接在一起。实现主控室对辅助系统的监控。以实现减员增效,提高管理和技术水平。
  结束语
  DCS是集中了分散仪表控制系统和集中式计算机控制系统的优点发展起来的一种系统工程技术。它采用控制功能分散、操作管理集中、信息共享的基本原则,既具有监视功能(如DAS),又具有控制功能(如CCS、SCS、FSSS、DEH),结构上采用能独立运行的工作站进行局部控制,工作站间采用局部网络进行通讯实现信息传递,在功能上,采用分层递阶控制思想,并可与更上一级计算机或网络系统进行通讯联络。火电厂DCS的应用在不同程度上提高了火力发电机组的数据采集与处理、生产过程控制、逻辑控制、监视报警、联锁保护、操作管理的能力和水平,是目前热控系统的主流,其自身也在不断完善和发展,在火电厂热工自动化领域有广阔的应用前景。
  参考文献
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  (作者单位:华电能源股份有限公司佳木斯热电厂)
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