浅淡DCS在火电厂中的应用

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　　摘要：随着电力工业的迅速发展和热工自动化水平的提高，分散控制系统(DCS)已在国内各电厂中得到广泛应用。本文主要对DCS在火电厂应用中的各个子系统的功能和任务进行了介绍。
　　关键词：DCS 火电机组 功能 任务
　　
　　引言
　　 DCS一直以来是电力、冶金、石化等各个流程工业领域首选的控制系统，尤其被广泛应用于火电厂。火电厂自动化的发展可以分为两条主线，一条主线是实现自动化的物质手段即硬件，从气动、电动模拟仪表、集中式计算机控制系统到分散控制系统（DCS）的发展；另一条是软件即控制策略的发展。DCS技术是20世纪70年代以来，在过程自动化领域取得的最大成绩，它在火电厂的应用奠定了火电厂现代化和自动化是基础。
　　
　　DCS概述
　　 DCS是以微处理器群为核心，对系统的设备、工艺流程及各子系统间的协调控制，即整个机组的控制目标和任务事先按一定方式分配给各个微处理器，形成功能上的分级，而各个微处理器通过对数字通信网络进行联系、交换信息，实现微处理器控制作用分散、显示和操作以及管理集中的有机结合，实现信息资源共享。分散具有广泛的含义，包括功能分散、控制分散、数据分散、通信分散、设备分散，从而达到危险分散，提高机组的安全运行水平。
　　 目前已投入运行的DCS产品达几十种之多，由于制造厂商各自的商业利益，产品之间存在很多差异，不能完全统一，但都遵循着DCS是一种分级的控制系统这一原则。通常把DCS分为4级，各级的作用如下：
　　 第1级：过程控制级，直接与生产过程相连。这一级的维处理器通过通信方式对来自现场各被监控设备的参数进行快速采集和处理，同时进行监测与控制，并向上一级传送采集到的实时数据、接受操作和组态信息。
　　 第2级：控制管理级，主要由操作员站、工程师站和高速通信网线组成。该级的计算机综合监视来自过程控制级的所有信息，通过人机对话进行集中显示和操作，可以对过程控制级的控制方案进行修改、组态，对参数进行调整，并进行历史数据存档、故障存档等。
　　 第3极：生产管理级，该级的计算机对来自下一级的信息进行处理，显示各机组的运行情况，供生产管理者参考决策。
　　 第4级：经营管理级，实现全厂办公自动化，担负全厂的管理工作。
　　
　　火电机组DCS的功能和任务
　　随着火电机组自动化水平的提高，分散控制系统功能覆盖的范围也越来越大，主要包括以下几个方面：
　　3.1 数据采集系统（Data Acquisition System，DAS）
　　 其主要功能是将反映整个机组生产过程进行状况的各种实时物理、化学模拟量参数（包括压力、温度、流量、物位、功率、电流、电压等）以开关量进行周期性扫描采样，然后进行必要的数据处理以提供监视、报警、保护、报表等在线操作指导。
　　3.2 模拟量调节系统（Modulating Control System，MCS）
　　 其主要功能是应用常规控制技术（如PID等）和各种先进控制算法（如预测控制、自抗扰控制等）完成各个调节回路设备的自动控制，实现对运行参数的自动调节，使生产过程自动维持在规定的工况下运行。
　　3.3 顺序控制系统（Sequence Control System，SCS）
　　 顺序控制系统是根据预先拟定的步骤、条件或时间，自动地对设备进行一系列操作，如控制单元机组的启停及对各种辅机启停、阀门的开关等控制，它是火电厂热工自动化的一个重要方面，其结构也是分级递阶型的，最高一级为机组级，往下依次为功能组级、子组级、驱动级。
　　 机组级顺序控制对减轻操作运行人员脑力和体力劳动、避免误操作有着重要意义，但该系统投资大、日常维护量也大，在机组启停不频繁的情况下，其优势并不明显。同时，国内大部分火电厂现有的设备水平尚未完全达到实现机组级顺序控制的要求，因此，真正应用机组级启停顺序控制系统的例子还很少。
　　3.4 自动保护系
　　 在发生事故时自动采取保护措施，以防止事故进一步扩大，保护生产设备不受严重破坏。如炉膛安全监测系统（FSSS）、燃烧器管理系统（BMS）。BMS主要由锅炉保护和燃烧系统程序控制两部分组成，承担着炉膛吹扫、燃料点火及投粉程序控制、炉膛火焰监测及紧急锅炉跳闸等功能。另外，还有汽轮机的超速保护、振动保护即汽机紧急跳闸系统（ETS）等。自动保护系统本质上是顺序控制系统的一部分，因其特殊重要性，所以值得单提。
　　3.5 共用系统的控制
　　共用系统主要包括电气共用系统、循环水泵系统、燃油泵、仪用空压站、雨水泵等。
　　3.6 电气控制系统（Electrical Control System，ECS）
　　 纳入DCS的ECS完成对电厂电气侧发电机-变压器组和厂用变压器组的控制，主要体现两个方面的功能：
　　监视部分
　　发电机-变压器组系统、励磁系统、高低压厂用电系统及备用电源系统、220V直流系统和UPS电源系统、电气公用系统、电气设备开关、闸刀的状态监视，中央信号及事故报警、事故记录及追忆功能。
　　控制部分
　　 发电机-变压器组单元电气一次设备的控制、连锁，发电机程序启停，ASS的投切，厂用工作电源，高、低压厂用变压器与高、低压备用变压器之间的正常切换操作，电气接地系统管理，220kV断路器、隔离开关的控制。
　　3.7 汽轮机数字电液调节系统（Digital Electric-Hydraulic Control，DEH）
　　 其主要功能是承担汽轮发电机组的转速控制和负荷控制，并具有寿命管理、阀门管理等功能。
　　除了以上所提到的功能外，近些年火电机组DCS的功能已延伸到辅助车间的控制以及脱硫控制系统。火电机组辅助车间控制主要包括输煤程控系统、水务（化学水处理、凝结水精处理等）控制、除灰除渣系统等。如果是空冷机组，还包括空冷控制系统。这些辅助系统可以采用DCS控制，也可以采用PLC系统控制。近年来，辅控DCS一体化控制方案得到越来越多的应用。

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