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DCS在电厂中的应用及发展方向探讨

关于本文的内容介绍
 [摘要]介绍了当前电力系统DCS的特点及应用情况,针对电气系统控制纳入分散控制系统所存在的不足,认为建设发电厂电气监控系统是当前发电厂机组监控系统的发展方向,并给出了发电厂电气监控系统的结构及功能。
 
[关键词]发电厂;DCS;现场总线控制系统;电气监控系统;监控管理22技术、结构、组装工艺的可靠性设计,在线快速排除故障设计等。
 
 
1DCS及其特点20世纪70年代中后期,以微小型计算机为核心,综合了计算机技术、控制技术、通信技术和图形显示技术等的集散控制系统DCS开始出现。它利用多台微型计算机实现地理上和功能上的分散控制,同时通过高速数据通道把各个分散点的信息集中起来,进行集中的监视和操作,并实现复杂的控制和优化。它的设计原则是分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调。DCS不仅具有传统的控制功能和集中化的信息管理和操作显示功能,而且具有大规模数据采集处理功能,强大的数据通信能力,是实现先进程控技术和生产管理的有力手段和工具。DCS已广泛应用于各个行业的过程控制中,并取得了显著的经济效益和社会效益,就目前来说,DCS的发展代表了工业自动化领域的发展方向和水平。
 
1.1特点(1)独立性:各工作站通过网络接口相连,各自独立自主地完成规定任务。控制功能与负荷分散,危险分散,使系统具有较强的可靠性。(2)协调性:各工作站间通过通信网络传递各种信息并协调工作,完成控制系统的总体功能和优化处理。采用实时、安全、可靠的工业控制局部网络和标准通信网络协议,实现整个系统信息共享。(3)友好性:操作方便,显示直观,提供了装置运行下的可监视性。DCS提供组态软件包括系统组态、过程控制组态、画面组态、报表组态等,极大地方便了用户设计新的控制系统,进行系统灵活扩充等。(4)适应性、灵活性和可扩充性:硬件和软件采用开放式、标准化和模块化设计,系统为积木式结构,改变生产工艺或流程时,只需改变系统的某些配置和控制方案,通过组态软件,进行一些填写表格式操作即可。(5)实时性:通过人机接口和I/O接口,DCS对被控对象进行实时数据采集、处理、记录、监视和操作控制。并可实现对系统结构和组态回路的在线修改、局部故障的在线维护等。(6)可靠性:高可靠性、高效率和高可用性是DCS的生命力所在,DCS中采用的可靠性保证技术主要包括:容错设计,冗余设计、软件恢复、电磁兼容
 
 
1.2管控一体化的DCS当前开放式结构和集成技术的广泛应用,使DCS向综合化、开放化发展,形成了生产过程控制系统与信息管理系统紧密结合的管控一体化的新一代集散控制系统。在数据通信方面则向开放系统互联模型(OSI)方向发展。各DCS厂家纷纷将自己的专用网络改造成符合国际标准的网络,或在专用网络与普通网络之间加入网关,使得其能与以太网、MAP网等相联。这种开放型结构使得DCS可方便地与指挥生产管理的上位机进行信息交换,构成计算机集成生产系统。在硬件方面,DCS主机采用速度更快、容量更大的多处理器或RISC工作站,而过程控制则采用32位或更先进的微机,应用智能I/O技术和现场总线技术,将反馈控制、顺序控制和批量控制集中于一体。实现各种复杂控制策略和先进控制。通过PLC、DCS和其他控制回路之间的接口将PLC和DCS融合在一起,以适应离散和批量过程控制的要求。在大型DCS进一步完善和发展的同时,小型DCS的发展也在加快步伐,随着PC机性能的不断提高和价格的下降,使得采用IPC、配置了工业控制组态软件的中小规模DCS得到了很大的发展。
 
2DCS在电厂中的应用及存在的问题
 
2.1热工自动化在发电厂中,热工自动化在新建机组和老机组改造中广泛采用了分散控制系统DCS实现对机、炉的监控,其控制水平有了很大的提高。DCS通常按功能划分为:模拟量控制系统MCS、顺序控制系统SCS、数据采集系统DAS等,因为在整个机组的机、炉、电控制过程中,有些控制系统具有自己的特色,所以又提出了锅炉炉膛安全监控系统FSSS、锅炉燃烧器管理系统BMS、旁路控制系统BPC、汽机电调系统DEH、汽机保护系统ETS和电气监控系统ECS以及机炉协调控制CCS。目前,DCS在机、炉中的应用技术已经十分成熟。
 
2.2电气系统虽然电气系统重要运行参数已进入DCS,实现了基于CRT的画面显示、越限报警、记录等功能,但是大部分的运行参数和状态仍采用安装在盘台上的模拟或数字仪表和信号灯显示。电气系统运行过程的信息反映不完整,更不可能在整个机组的控制中达到信息共享,电气系统的运行操作只能按功能和专项区分,通过单独设置专用的电气操作开关和按钮来完成。
电气系统接入DCS系统存在的问题有:
(1)系统接入问题。目前电力系统接入DCS系统一般采用所谓的硬连接方式,它的缺点是投资过大,DCS系统的投资随着接入量的数量而增加。
(2)通信数据问题。
(3)通信接口问题。由于没有统一的规范,系统连接困难。
(4)电气联锁问题。基于RS-485/RS-232的通信不稳定,容易造成通信中断,因此在联锁的通信方式上采用硬接线方式。
(5)功能问题。没有体现出系统接入DCS实现联网自动化的优越性。可见:电气系统的运行监控水平和基于DCS的热力系统监控水平形成巨大反差,制约了机组综合自动化水平的进一步提高。3发电厂电气监控管理系统从目前的技术来看,在接入DCS的方式上,以数字通信取代“硬连接”,增强现有电气系统的功能,研制发电厂电气监控管理系统是发展方向。微机自动化系统普遍采用分散分布式技术,保护和测量装置就地安装于开关柜,通过现场总线连接起来,经通信管理机接至后台机。
 
3.1应用现场总线现场总线是用于现场仪表与控制室系统之间的一种全数字化、双向、多站的通信系统。因为它与现场仪表连接,所以在整个通信系统中处于最底层。由于它能支持双向多变量通道,这是优于传统通信的主要优点之一,传统的通信是基于模拟或离散技术,4~20mA的模拟电流回路,只能传输一个参数,而且只能一个方向,而现场总线是基于数字通信,因而在现场与控制室之间能进行多变量双向通信。随着在通信速率、通信距离以及抗干扰能力等方面技术的不断提高,利用现场总线构成的现场总线控制系统(FCS)成为继集中式数字控制系统、集散控制系统DCS后的新一代控制系统。现场总线的出现,将对传统的控制系统带来革命,因为它可以产生出先进的现场仪表,如多变量变送器,还可以将PID控制模块植入变送器或执行器中,当调节功能下放到现场仪表后,传统的DCS将会消失。此外,现场总线的应用,可以减少一半到三内蒙古电力技术分之二的隔离器、端子柜、I/O卡件、I/O文件及I/O柜子,这样就减少了I/O装置及装置室的空间;由于减少了D/A、A/D变换,精度可以从±0.5%提高到±0.1%;由于减少了电缆,费用可以减少很多。3.2发电厂电气监控管理系统的设计
 
3.2.1硬件结构发电厂电气监控管理系统通过现场总线将电气侧众多的保护和自动装置有机地结合起来,经通信管理装置接至DCS系统和电气工作站。基本的控制仍由DCS系统完成,电气工作站除实现电气监视维护等功能外还可以充分利用电气系统联网后信息全面的优势,加强电气信息的应用,完成较为复杂的电气运行管理工作。
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