电厂热工控制系统中 DCS的具体应用

王维鑫

江苏大唐国际金坛热电有限责任公司 江苏省常州市 213200

摘要：电厂作为典型的复杂工业系统，不断得到推广和应用。分布式控制系统(DCS)以其可靠性、稳定性、灵活性、易扩展和易维护等优点成为电厂热控系统的主流。阐述了DCS系统的组成及发展现状，列举了DCS在火电厂热控系统中的应用优势，展望了DCS在火电厂的发展方向。

关键词：电厂；热工控制系统；DCS

引言：经过几十年的快速工业化，工业自动化水平有了很大的提高，其中DCS系统发挥了重要作用。由于集散控制系统具有可靠性、灵活性和适应性的特点，广泛应用于各个行业，在电厂热力系统中具有一定的代表性。提高了发电效率，减轻了操作人员的负担。论述了集散控制系统在电厂热控系统中的应用优势和发展方向，阐述了集散控制系统在当前研究中的意义。

1 DCS系统概述及现状

1.1 DCS系统构成

在集散控制系统中，数据采集工作主要是在线监测和相关工作。数据完成后，数据将以图像的形式传输。集散控制系统主要采用模拟控制系统来控制汽轮机和汽轮发电机锅炉。其实可以分为两个工作指令:窑侧模拟和机侧模拟。包括顺序控制系统工业设备监控、参数监控、联锁保护等功能。在集散控制系统中，现场设备的状态显示控制称为开关控制。

1.2 DCS系统现状

由于我国电厂的发展历史，目前主要使用的DCS系统有艾默生、西门子、横河等。而且国内DCS厂商的产品也在不断追赶和提升。此外，随着中国综合国力的增强，西方对中国的技术封锁也越来越明显，这也促进了中国的自主研发。Xi华能热力工程部基于国产芯片、国产操作系统、国产核心部件，成功研发出具有完全自主知识产权的华能日沃。西方的“卡脖子”行为也是包括DCS在内的国内技术的发展和替代。

1.3 DCS 系统的特点

DCS最大的特点是响应控制，各种计算模块配置灵活，控制功能成熟。因此，集散控制系统技术可以满足用户在复杂工艺生产条件下对各种控制策略的需求。通信技术是DCS技术的核心，数据高速公路是DCS技术的命脉。

2 DCS在电厂热工控制系统中的应用技术分析

2.1维护技术的应用

通过在电厂热控系统中安装智能检测设备和控制装置，可以实现上述模块的功能。综合故障因素，实现自我修复、有效处理等控制功能。同时，数据可以返回到内部结构，提醒员工手动维护和调试无法修复的缺陷。

2.2布线技术的应用

电站热控系统采用布线技术，充分利用系统结构和通信特点，实现数据链路层、物理层和应用层之间的相互理解，使其正常工作。具体来说，将现场布线技术应用于分布式控制系统，可以优化系统结构，同时提取现场的局部信息，保证整个系统的可靠性。此外，通过电厂热控系统中分散控制系统和汽轮机侧控制系统分散控制系统的独立运行，将分散控制系统和独立系统有机结合，实现不同系统之间的有序连接。

2.3网络通信技术的应用

由于网络通信技术是基于互联网的，所以应用于分布式控制系统中，其主要功能是在系统运行过程中保持数据传输的稳定。该方法将集散控制系统与网络通信技术相结合，避免网络延迟，实现有效的网络延迟控制，避免集散控制系统网络拥塞。分布式控制系统可以采用网络流量控制技术和流量监控技术。该模型可以实现控制系统通信信息的实时采集，改善通信网络条件，避免造成通信混乱。

2.4分散风险、集中管理

电厂系统的运行控制目标受各种生产变量和干扰源的影响。由于各种因素的非线性和强耦合性，无疑增加了电厂自动控制系统的设计难度。过去，发电厂的控制方法是组合仪表和直接数字控制。但组合仪表不够灵活直观，DDC存在危险集中、可靠性差的问题。集散控制系统模数转换与数字控制相结合的大型仪表系统实现了分散控制、分散故障风险、集中管理和集中显示监控，提高了热力系统的可靠性和稳定性。

2.5顺序控制

以热控系统为基础，对电厂的运行程序进行详细划分，使各子系统相互独立。根据预设的操作顺序，判断设备当前运行状态与设备之间的逻辑关系，通过发出相应的操作指令，自动控制设备的启动和运行过程。顺序控制是集散控制系统的重要组成部分。它不仅可以监测发电厂主辅机的运行参数，还可以实现设备联锁，提高了系统运行的安全性和可靠性。

2.6全过程监控

全过程监控是电厂设备稳定安全运行的重要保障。在设备升级改造过程中，全过程监控保证了设备管理和维护按规范进行，为现场管理人员提供了很多便利。此外，集散控制系统在全过程监控中的应用，通过大屏幕显示电厂内部设备和系统的运行状态，使其能够全面了解电厂内部设备和系统的运行状态，全面了解内部运行状态。

2.7灵活易扩展

发电厂一般使用20~30年。在此期间，必须经常进行维护和技术改造。利用DCS的模块化设计方法，可以根据生产规模和控制要求进行配置和扩展，既能满足生产运行要求，又能合理控制成本，充分利用资源。此外，DCS还扩展了远程智能I/O产品的控制方式。该系统主要包括智能前端、微机适配器和现场通信总线。这种智能前端可以灵活实现A/D和D/A转换，可以作为一个小系统存在。适配器用于协调网络管理，与主控系统交换信息，现场通信总线技术用于实现一对多工作模式。将其应用于现场总线，使DCS系统更加安全，更符合现场总线的要求。

3 DCS系统维护和发展

3.1设备设施维护

一般来说，设备设施的维护主要是更换模块。如果内部结构的故障只靠人工处理，很大程度上是人员自身素质、专业素质和技术水平的问题。此外，内部结构和技术标准也很难理解。目前，大多数故障发生在测试或运行的早期阶段。在设备维护过程中，员工需要结合各种故障信息技术对设备设施进行维护。此外，如果设备设施运行不正常，会造成很多故障。对企业来说，应加强技术人员的培训，提高专业能力和综合素质，减少设备故障。

3.2内部软件检测

在DCS系统维护过程中，需要做好软件内部测试，定期保存和备份软件内部信息。如果数据有变化，相关工作人员也要做好相应的记录。另外，在DCS系统的应用中，要保存数据库信息，避免信息丢失。此外，在测试软件时，工作人员应注意分类检查。还要注意对权限、级别、功能因素的详细检查。此外，集散控制系统人员应得到良好的控制和更新。只有这样，才能提高软件的内部检测工作。为保证软件安全、稳定、可靠运行，相关人员应建立安全防护体系，确保软件的可靠性。例如，在故障期间，相关人员应要求对故障进行全面调查。出现故障时，及时处理，排除故障，促进软件正常运行。

3.3先进控制技术

电厂热控回路通常采用传统的PID控制方式。对于线性、时不变、小时滞系统，传统的PID控制器可以更准确地建立数学模型，使参数调整更容易，控制效果更好。然而，对于高度复杂、非线性和时变的系统，PID控制往往是无效的。目前，非线性预测控制、鲁棒预测控制和智能控制等先进控制策略已逐渐应用于复杂工业过程控制。先进的控制策略可以通过插件或网络在DCS计算站实现。

3.4 DCS系统的未来发展趋势

到目前为止，集散控制系统的发展已经相当成熟，应用也越来越广泛。未来，DCS需要向智能化、集成化方向发展。为了满足电厂热控自动化的需要，建立了标准化的数据通信和网络，以及各种工业控制设备如单回路调节器、PLC、PC、NC等。被组合成一个大系统。为了适应开放的大趋势，建立了数据库系统、推理功能等系统，最终实现了人工智能在各级DCS中的实现目标。

结语：

DCS控制系统以其控制结构清晰、控制性能可靠稳定、扩展灵活、维护方便等优点，成为化工、电力企业控制系统的主流。作为典型的复杂工业系统，火电行业在国内引进和推广DCS系统较早，但却带动了国外DCS系统的蓬勃发展，使得国内DCS无法全面发展壮大。自贸易战以来，中国越来越意识到通过科技独立发展国家的重要性。回顾和梳理了集散控制系统的应用，阐述了集散控制系统的发展。因此，中国的DCS控制系统将尽快赶上国外。