火电厂DCS应用分析

摘要：随着现代工业的发展，DCS控制系统已经被广泛应用，并具备了一定的实践经验。本文主要介绍了DCS的应用功能，并简单分析了DCS的优点以及在应用中可能遇到的问题。

关键词：自动化；火电厂：DCS；故障分析

1 引言

近年来，电力生产中DCS得到了广泛的应用，尤其300MW及以上容量机组的热工控制已全面采用DCS控制系统，逐步形成了数据采集DAS、模拟量控制MCS、顺序控制SCS、燃烧器管理BMS4大系统，在汽机、锅炉等热力设备的顺序控制、数据采集以及炉膛安全监控等方面取得了成功的经验，提高了电厂自动化水平和机组运行的安全性、经济性。

DCS系统提高了热工自动化水平，改善了机组运行环境，减少了工人劳动强度，便于热控设备的维护管理，特别是DCS系统解决了集中控制系统的致命弱点——故障集中。DCS的最大优点是故障分散，采用了大量的微处理器，使各个微处理器承担一个范围较小地域控制任务，在控制策略的改进、历史趋势的记录及事故的分析方面优势明显。

2 DCS的应用功能

汽包水位自动调节系统一般采用典型的三冲量系统或串级系统，在大型单元机组中一般设计有全程调节，因此有单冲量、三冲量之间的切换逻辑，一般依据负荷来切换。采用启动电泵和汽泵的系统还有电泵与小汽机之间的切换，也依据负荷来切换。大型机组的水位控制一般直接控制电泵或小汽机的转速，给水调门全开以节约能源。

燃烧调节系统中的送风系统通常采用风煤比加氧量校正，炉膛负压系统与送风系统之间采用动态联系，通常设计有加负荷时先加风再加煤减负荷时先减煤后减风逻辑以及过燃烧逻辑。

主汽压力调节系统通常为串级调节系统。主汽温度调节系统一般以减温水调节为主，辅以尾部烟道档板调节或喷燃器角度调节系统。由于汽温调节对象是一个多容环节，它的纯迟延时问和时间常数都比较大，在热工自动调节系统中属于可控性最差的一个调节系统，因此专家们也特别关注对这类系统的研究，许多新的控制策略或控制理论也是对这一类系统研究的成果。

3 DCS的单元机组监控

单机组的特点是连续生产，随着机组容量的增大，单机的功能越来越简单易懂。在尚未统筹考虑厂级自动化前，DCS系统不仅完成机组直接监控功能，而且逐步扩大管理职能，例如机组性能计算、汽轮机寿命管理，长期历史数据存贮和操作指导等。管理功能的加强使DCS系统日趋复杂，每台机组重复设置相同的软件模块，这样往往造成投资浪费和可靠性降低。在明确提出火电厂厂级自动化以后，应尽量简化单元机组级DCS的功能和对电气保护测控信息深化理解，主要服务于对机组的直接监控，凡是实时性不强的功能可上移至厂级SIS。这样，DCS本身可变为单层结构，提高可靠性，降低综合投资费用。在机组优化控制方面，对于要求快速、可靠和直接干预的单元机组的生产过程仍宜保留在机组级控制系统。规则的挖掘基于实时数据，最接近机组运行的实际工况，得到的运行最佳值最符合当前机组的设备、控制系统的状态、运行操作水平和环境因素。

4 引起DCS系统故障的原因的分析及其预防措施

4.1 系统不能完全做到在线修改，无扰动下装。

系统兼有增量及全局编译功能，增量编译只对部分修改有效，但有些修改必须用全局编译，如硬件配置、目标配置、任务配置等，而全局下装实质是对控制器复位，即现场所有的电机停转、调节阀关闭等，整个装置停止运行，其实质也就是不能完全做到在线修改，无扰动下装。

4.2 上位机与控制器无法通信问题。

以前已出现了两次通信问题，原因不详，且该现象存在重复性。装置开车后，因Facview与控制器通信不好，切换控制器后，曾发生4台大电机停止运行的现象。通过装置停运时多次在上位机与控制器之间进行通信试验发现：Facview运行时，尽量不要登录Conmaker，否则易导致通信中断。同时检查两个主控单元之间Arcnet通信网络，实现其冗余配置，这样通信问题明显减少。即使出现上位机与控制器通信不上的问题，采用切换控制器的方法，同样不会影响到装置的正常运行。

4.3 系统失电后，控制器死机。

表明控制器并没有完全达到冗余备用，控制器存储方式是以随机存储方式RAM形式而非E2PROM。其实这是用户初次使用这套系统时存在的误区：FB121DP主站卡的DIP7号开关设置未拨为ON，使控制器存储方式选择E2PROM。同时为减少瞬间失电的可能，从马达控制中心(MCC)UPS柜拉两根电缆至中央控制室DCS仪表盘主控单元，确保DCS系统不问断供电：将DCS仪表盘24VDC电源并联供电确保稳压。即对目标设置中存储器的划分进行了定量的修改，这样系统即使有停电的可能，程序也不会丢失。采用上述方案，可解决控制器死机问题。

4.4 电源引入的干扰造成热工控制系统故障。

DCS系统电源应该有冗余，各路配电模件应该有独立的截峰二极管（过压）、自动断路器（过流）等保护。DCS供电要尽量来自负荷变化小的电源。要严格防止强电通过端子排线路串入24VDC供电回路，并定期检查机柜电源系统是否正常、供电电压是否在规定范围内、系统接地是否可靠、良好、线路绝缘是否合格，停、送电按要求程序执行。此外，为保证电网馈点不中断，可采用在线式不间断供电电源（UPS）供电，提高供电的安全可靠性。UPS具有较强的干扰隔离性能，是DCS控制理想电源。

4.5 电源风扇和柜顶风扇必须正常运转。

电源风扇和柜顶风扇的正常运转是保证DPU正常运转的必要条件。我们平时也很重视这个问题，在调试阶段就对柜顶的风扇一个一个检查清扫。另外环境卫生也不可忽视，如粉尘过大，就会侵入设备内部造成芯片散热差、元件绝缘下降等。

5 总结

综上所述， DCS系统解决了现代化大生产中过程控制传统的仪表控制系统难以胜任的问题，而相对计算机集中控制来说故障还是分散的，在许多方面有其独特的优点，是传统的仪表控制系统和计算机集中控制系统所无法比拟的。DCS系统代表了当今过程控制领域发展的三大热点：现场总线、开放标准及Internet接入。其在实际应用中虽然存在一些不稳定因素，但在国产化的控制系统领域，具有一定优越性，现阶段的DCS系统在应用中仍然有一些重要的问题需要解决。

参考文献

［1］ 金以慧主编.过程控制［M］.北京:清华大学出版社，2003.

［2］ 陈小飚．火电厂控制系统分散化的现状及趋势 浙江电力，2006(4).