试论电厂DCS系统的应用

叶锦林

摘 要：电厂发电机组控制中应用DCS系统已经有20多年的历程，对电厂热力系统的保护控制与参数调节等起着重要的作用。DCS系统是计算机控制系统，是在计算机局域网的基础上发展起来的，把局域网变成一个实时、可靠的网络型控制系统，运用于过程控制领域。讨论了DCS系统在电厂的应用现状，并分析了DCS系统的发展方向。

关键词：DCS系统；发电机组；监控设备；控制系统

中图分类号：TM621.6 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.10.121

自进入21世纪以来，DCS系统在通信和信息管理技术、集成电路技术的进步和工艺设备大型化的影响下，在节能环保和提高生产效率的需求下，形成新一代的DCS，在电厂里的应用更加高效和全面。

1 DCS概述

DCS系统在国内一般被习惯称为“集散控制系统”。它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为枢纽的多级计算机系统，与当代先进的微处理技术、CRT图形显示技术、高速通信技术、现代控制技术的发展紧密相关。它对生产过程进行集中监控与管理，大大节省了人力劳动，尤其在某些危险的生产地方，DCS系统的应用替代了工人的现场监控与管理，改善工人们的劳动环境。

第一代仪表主要是以机械式和电子管元件生产的就地式仪表，第二代为DDZ电动单元仪表，第三代为DCS过程控制系统，到现在第四代发展为智能控制系统。DCS控制系统主要由操作员站、现场控制站、工程师站和系统网络组成。除了以上四个最基本的组成部分外，现在的集散控制系统中还融入一些具有特殊功能的站，添加信息管理网络，完善现场的生产管理和数据的监控技术。

与常规仪表控制系统相比，DCS系统功能强大、运算能力强、智能程度高，便于现场生产管理和数据采集监控以及后期的数据处理。不仅提高了生产效率，改善操作员的工作环境，还便于改善生产管理，提高了生产效率。

与集中控制系统相比，DCS系统将各个不同的工作站的生产管理和数据采集监控分开处理，加强整个系统的安全性，不会因为个别工作站系统出现故障就导致整个系统的故障而影响整体生产。分散式的监控和管理使得各个工作站的工作相对简单和独立，这样大大提高了各个工作站的工作效率。

2 DCS系统在电厂的应用

在电厂的DCS系统包括数据采集系统、安全与监控系统、模拟量控制系统、顺序控制系统、保护系统和数字电调系统等一系列的采集控制系统。DCS系统很早就应用于电厂，由于电力行业对自动化控制水平要求很高，所以电力产业对自动化控制技术的研究很重视。1992年，国内电力行业第一次引进DCS系统，之前的电厂采用的都是以前的仪表控制系统。DCS系统的安全性能高、处理效率高、自动化智能化程度高等诸多优点逐渐表现出来后，国内的电力行业开始广泛应用DCS系统。DCS系统的组成如图1所示。

2.1 DCS系统的功能分析

现在电厂里机组的仪表控制系统一般都采用DCS系统。DCS系统在火电厂的应用已有20多年的历史。随着这些年自动化控制技术的飞快发展，DCS系统也得到越来越多的应用。DCS系统是通过把局域网变成一个实时性、安全性很好的控制系统，这样的控制系统在过程监控领域就有很大的应用价值。

故障分散是DCS系统的最大特点，DCS系统的推出就是为了克服集中控制系统故障集中的缺陷。故障分散，顾名思义，就是分散监控处理各个工作站的工况，采用大量的处理器，分区处理各自范围内的工作，不是将所有的工况集中放在一起处理。这样就有效地避免了因为某处的系统故障导致整体系统的不能正常运行，在很大地程度上提高了整个系统的可靠性。

DCS系统的功能主要有以下几点。

2.1.1 减小了监控设备的尺寸

由于采用计算机系统和微处理器，在占地和自身的尺寸上比之前的各种仪表和管道都小，这在设备安装和厂房建设等方面都带来了很大的便利。

2.1.2 减少设备种类和数量

运用DCS系统对生产进行监控和管理，由于计算机的运算和处理能力较强，代替了诸多不同种类的仪表设备，一台计算机能做多种多台传统仪表控制器的工作，DCS系统能监控到很大范围的生产环境，从而大大减少了传统仪器设备的运用。

2.1.3 提高自动化控制系统的智能性

DCS系统不仅能为电厂的生产监控和管理等工作节省大量人力，提高工作效率，监控实时工况，及时、迅速地对突发故障作出相应的调整管理，还解决了很多传统仪表控制系统难以解决的问题，通过对历史数据和实时数据的对比，得出更加优化的管理措施。这些都是自动化控制带来的更高水准的变革。

2.2 DCS系统在电厂的应用实例

为了使得烟气排放达到环保标准，华能山西榆社发电厂为300 MW燃煤机组安装了FGD烟气脱硫系统。此系统采用世界上应用最为广泛、最可靠的石灰石—石膏湿法脱硫工艺。FGD系统的自控系统采用的是西门子PCS7系统，PCS7是西门子的DCS系统，基于过程自动化，从传感器、执行元件到控制单元，最后到上位机，从下而上组成完整的全集成自动化构架。此DCS系统设置了一个操作室、两个操作员站和一个工程师站，工程师站控制两个机组，每个机组都有一个操作员站，但各个操作员站都可以独立监控两个机组，不会在出现故障时导致不能正常监控机组。通过应用DCS系统，操作人员可更加方便地监控各个机组的参数，确保了机组的稳定、高效运行。

大唐国际潮州电厂一、二期机组采用日立公司H5000M分散型控制系统，系统中各控制器CPU均采用双CPU的冗余配置，所有控制器通过双路高速光纤网络和各操作员站（POC）、工程师站（EWS）、历史站（HIST）、通讯接口站（CIS）、监控系统站（SIS）形成双路环网，站点配置包括6台POC站、1台主EWS站、1台从EWS站、1台HIST站、1台CIS站和1台SIS站，监控人员可通过每台POC站进行独立的参数监视与操作，保证操作的及时性与可靠性。历史站可保存长达两三年以上的历史数据，满足历史数据查询和环保数据记录要求。DCS系统的实时数据显示与高效操作响应，大大减轻了操作人员的工作量，便于操作员的记录、分析和诊断，提高了工作效率。

3 DCS系统的常见问题及其处理

近些年来，DCS系统在电厂中得到广泛的应用，根据使用情况，DCS系统的常见问题主要有以下几类。

3.1 通信网络类故障

通信网络类故障易发生在节点总线、就地总线处，有些是因地址标识错误造成的。节点总线的传送一般为同轴电缆，当总线的干线有一处中断时，会导致该总线上所有站设备通信故障。目前防止此类故障的方法是采用双路冗余配置的方式，这样能避免因一路总线出现问题而导致整个DCS系统的瘫痪。就地总线由于其连接的是控制设备，工作环境恶劣，发生故障的概率很高，容易受到人为的操作失误导致生产故障。处理这种故障要将就地总线和就地设备的连接点进行妥善处理，拆装设备时，不应该影响总线的运行。

3.2 硬件故障

硬件故障主要包括人机接口故障和过程通道故障。人机接口有多个功能相同的工作站组成，当其中一台发生故障，只要处理及时，一般不会影响整个系统的运行。但过程通道故障发生在就地总线时，会影响整个系统的监控。这就需要工作人员在操作运行时小心认真，并经常检查维护系统设备的运行。

4 DCS系统的应用发展趋势

随着计算机通讯技术的飞速发展，DCS系统也在不断地升级中。微处理器的技术不断提高，运算能力越来越强，储存空间越来越大，控制系统软件不断丰富升级，这些都将带动DCS系统性能的大幅度提高。在将来，DCS系统会向着更快、更高效的方向发展，同时处理的工作也将更加丰富多样。随着通讯网络技术的提高，系统的监控向着范围更广的方向发展。传感技术的提高，现场总线技术的进步，会使系统的监测更精确。

5 结束语

随着电力技术的发展，电厂应用全数字化DCS控制系统已经成为必然。由于电厂的安全性和经济性要求很高，使用环境比较特殊，对DCS系统的要求就相应的比较高。目前国内的DCS系统的开发和使用还有很大的提升空间，特别是在完善人机接口画面的设计和控制模板功能的开发等方面。

参考文献

[1]杨海云，乔泽慧.电厂DCS系统应用分析[J].中国新技术新产品，2011（18）.

[2]郑友.浅谈电厂系统的选择及其未来发展[J].黑龙江科技信息，2010（10）.

〔编辑：王霞〕