梁雪

（國(guó)能（福州）熱電有限公司，福建 福清 350309）

隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，電力行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈。為推動(dòng)電廠企業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)經(jīng)營(yíng)戰(zhàn)略目標(biāo)，需應(yīng)用多種新型技術(shù)及系統(tǒng)提高生產(chǎn)環(huán)節(jié)管理水平。DCS 控制系統(tǒng)是電廠熱工控制工具之一，該系統(tǒng)可提高電廠企業(yè)運(yùn)行效率，確保電廠運(yùn)行安全穩(wěn)定，提高系統(tǒng)管理智能化水平。但DCS 控制系統(tǒng)應(yīng)用及維護(hù)過程復(fù)雜，需要采取針對(duì)性的研究。

1 電廠熱工控制系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀

從我國(guó)電廠熱工控制系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)際情況來看，具有以下兩點(diǎn)特征。第一，雖然我國(guó)DCS 控制系統(tǒng)由專業(yè)技術(shù)人員自主編制而成，但受技術(shù)因素影響，運(yùn)行環(huán)節(jié)精細(xì)化水平仍未達(dá)到預(yù)期，運(yùn)行過程仍存在亟須解決的問題。第二，機(jī)組控制軟件大多由國(guó)外引進(jìn)而來。國(guó)外自動(dòng)控制系統(tǒng)研究時(shí)間更早，發(fā)展水平相對(duì)更高，軟件參數(shù)更加科學(xué)，運(yùn)行過程更加穩(wěn)定。受軟件功能及質(zhì)量要求影響，我國(guó)絕大部分電廠DCS 控制系統(tǒng)及各軟件大多為國(guó)外進(jìn)口。

2 DCS 控制系統(tǒng)內(nèi)涵、組成與應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

2.1 DCS 控制系統(tǒng)內(nèi)涵

作為一種新型控制系統(tǒng)，DCS 控制系統(tǒng)具有集散性特征，這是傳統(tǒng)控制系統(tǒng)無法做到的。DCS 控制系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)衍生而來，可利用軟件環(huán)境更新及工作思維應(yīng)用的措施，實(shí)現(xiàn)管理環(huán)節(jié)及管理流程完善。在局域網(wǎng)影響下，DCS 控制系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)節(jié)更加安全，控制具有時(shí)效性，可實(shí)現(xiàn)覆蓋范圍全方位控制，系統(tǒng)整體均處于被監(jiān)控條件下。

現(xiàn)階段，DCS 系統(tǒng)已在我國(guó)電力行業(yè)實(shí)現(xiàn)了廣泛的應(yīng)用，在熱工控制環(huán)節(jié)中取得了矚目的成績(jī)。針對(duì)火力發(fā)電機(jī)組而言，可應(yīng)用DCS 控制系統(tǒng)掌握鍋爐爐膛內(nèi)部運(yùn)行狀態(tài)，收集的數(shù)據(jù)可利用集中處理的方法完成分析。此外，依托DCS 控制系統(tǒng)可強(qiáng)化火力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行效率，使機(jī)組運(yùn)行過程更加可靠，確保熱工控制安全運(yùn)行。但如上文所提，我國(guó)應(yīng)用的DCS 控制系統(tǒng)大多為國(guó)外引進(jìn)，如何使DCS 控制系統(tǒng)滿足我國(guó)電廠生產(chǎn)的需求，已成為急需解決的主要問題。

2.2 DCS 控制系統(tǒng)組成

DCS 控制系統(tǒng)共有以下五部分組成。第一，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。在DCS 控制系統(tǒng)內(nèi)，數(shù)據(jù)采集也被稱為計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。在機(jī)組運(yùn)行環(huán)節(jié)中，當(dāng)各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息完成在線監(jiān)測(cè)及處理后，可以通過畫面的方式實(shí)時(shí)傳遞，便于工作人員接收信息。此外，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)還可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警及制表打印，可提高電廠熱工控制環(huán)節(jié)中DCS 控制系統(tǒng)運(yùn)行精準(zhǔn)度。第二，模擬量控制系統(tǒng)。在DCS 系統(tǒng)內(nèi)，模擬量控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)控制及鍋爐控制，控制對(duì)象可細(xì)化為汽輪機(jī)側(cè)模擬量及鍋爐側(cè)模擬量。汽輪機(jī)側(cè)模擬量包括給水系統(tǒng)、除氧機(jī)水位等，鍋爐側(cè)模擬量包括氣溫協(xié)調(diào)系統(tǒng)、送風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)、引風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)及蒸汽溫度控制系統(tǒng)等，利用串集的方式可實(shí)現(xiàn)鍋爐給水過程全方位管控。第三，順序控制系統(tǒng)。順序控制系統(tǒng)可結(jié)合規(guī)定運(yùn)行順序，掌握各裝置邏輯關(guān)系及運(yùn)行特點(diǎn)，利用操作指令控制機(jī)組內(nèi)各設(shè)備。順序控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)廠房主機(jī)及輔機(jī)監(jiān)控、參數(shù)監(jiān)視及連鎖保護(hù)。雖然順序控制系統(tǒng)極為復(fù)雜，但控制思路相對(duì)簡(jiǎn)單，應(yīng)用效果優(yōu)越。第四，數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)。數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)是電廠熱控汽輪發(fā)電機(jī)組重要構(gòu)成部分，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)功率及轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。在機(jī)組開啟、關(guān)閉及故障條件下，還可實(shí)現(xiàn)控制及保護(hù)。第五，鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)也被稱為燃燒管理系統(tǒng)，無論鍋爐處于正常運(yùn)行狀態(tài)、開啟狀態(tài)及關(guān)閉狀態(tài)，均可實(shí)現(xiàn)內(nèi)部燃燒參數(shù)及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，利用邏輯運(yùn)算及判斷等方法使電廠鍋爐始終保持安全的運(yùn)行條件下，熱控效果優(yōu)越。

2.3 DCS 控制系統(tǒng)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

第一，兼容性更強(qiáng)。在電廠企業(yè)運(yùn)行過程中，需完成多個(gè)對(duì)象的同時(shí)控制。但不同控制對(duì)象產(chǎn)生的控制參數(shù)不同，加之干擾源普遍存在，很難實(shí)現(xiàn)電廠自動(dòng)化控制。干擾源及參數(shù)之間關(guān)聯(lián)不夠明顯，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，還應(yīng)綜合考量多項(xiàng)要素。而DCS 控制系統(tǒng)則可實(shí)現(xiàn)這一功能，可做到復(fù)雜的高級(jí)計(jì)算，控制水平可得到顯著的提高。除此之外，DCS 系統(tǒng)對(duì)熱工系統(tǒng)也具有極強(qiáng)的兼容性。第二，遠(yuǎn)程智能輸入輸出系統(tǒng)的應(yīng)用。現(xiàn)階段，部分DCS 控制系統(tǒng)開發(fā)廠商已經(jīng)研發(fā)出了遠(yuǎn)程智能輸入輸出系統(tǒng)，根據(jù)其工作原理，可將遠(yuǎn)程輸入輸出系統(tǒng)分為三個(gè)部分，分別為智能前端、計(jì)算機(jī)適配器及現(xiàn)場(chǎng)通信總線。智能前端也被稱作測(cè)控裝置，是一個(gè)獨(dú)立的工作系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)電熱阻測(cè)量，工作人員可根據(jù)該部分掌握電熱組運(yùn)行狀況。計(jì)算機(jī)適配器具有網(wǎng)絡(luò)管理功能，可完成與總線信息轉(zhuǎn)換。在遠(yuǎn)程智能輸入輸出系統(tǒng)中，現(xiàn)場(chǎng)通信方式為全數(shù)字串行，可利用廣播式完成信息傳遞，也可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳遞。不難看出，DCS 控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)管理能力極強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)電熱數(shù)據(jù)獨(dú)立收集，能夠?yàn)楣芾砉ぷ鞯恼归_提供堅(jiān)實(shí)的信息基礎(chǔ)。第三，可實(shí)現(xiàn)全過程監(jiān)控。在電廠企業(yè)經(jīng)營(yíng)過程中，為提高生產(chǎn)效率，設(shè)備已實(shí)現(xiàn)更新?lián)Q代，且已淘汰部分后備監(jiān)控設(shè)備。針對(duì)這一問題，可應(yīng)用DCS 控制系統(tǒng)實(shí)施全面監(jiān)控，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)能夠顯示在大屏幕中，技術(shù)人員也可根據(jù)具體需求完成界面優(yōu)化，使工作過程更加快捷便利，電廠管理效率及運(yùn)行過程安全性得到了顯著的提高。針對(duì)大型機(jī)組，可應(yīng)用DCS 控制系統(tǒng)完成管理。也可將DCS 控制系統(tǒng)應(yīng)用至輔機(jī)管理環(huán)節(jié)中，將技術(shù)方案與DCS 控制相互整合，降低成本支出，提高工作效率，提升管理環(huán)節(jié)技術(shù)水平。

3 電廠熱工控制環(huán)節(jié)中DCS 控制系統(tǒng)應(yīng)用要點(diǎn)

3.1 現(xiàn)場(chǎng)總布線技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)

在DCS 控制系統(tǒng)運(yùn)行過程中，應(yīng)給予現(xiàn)場(chǎng)總布線技術(shù)足夠的重視。在現(xiàn)場(chǎng)總布線過程中，應(yīng)綜合考量多項(xiàng)要素，使DCS 控制系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備相連接，建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)局域通信網(wǎng)絡(luò)。在傳統(tǒng)布線技術(shù)應(yīng)用過程中，DCS 控制系統(tǒng)維護(hù)成本更高，且接口兼容性更低?？蓪F(xiàn)場(chǎng)總布線技術(shù)應(yīng)用至DCS 控制系統(tǒng)建設(shè)環(huán)節(jié)中，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化目標(biāo)，使電廠系統(tǒng)運(yùn)行更加可靠。在電廠熱工系統(tǒng)運(yùn)行過程中，汽輪機(jī)系統(tǒng)與鍋爐系統(tǒng)是獨(dú)立運(yùn)行的。為實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)電廠熱力系統(tǒng)改造升級(jí)，應(yīng)建設(shè)以標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)總線為核心的獨(dú)立的DCS 系統(tǒng)，做好布線過程鍋爐系統(tǒng)與汽機(jī)系統(tǒng)的接口預(yù)留。

3.2 高速網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)

DCS 控制系統(tǒng)由互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)衍生而來，將高速網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)與DCS 控制系統(tǒng)相整合，可實(shí)現(xiàn)DCS 網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量提升，使數(shù)據(jù)傳輸過程更加安全穩(wěn)定可靠。針對(duì)電網(wǎng)分布式控制系統(tǒng)，以太網(wǎng)在應(yīng)用過程中存在一定的延遲，且傳輸過程易受網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴等因素影響，阻礙DCS 數(shù)據(jù)的傳輸及運(yùn)行。隨著電廠建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，這一問題愈加明顯。針對(duì)這一現(xiàn)象，為提高DCS 系統(tǒng)運(yùn)行水平，可采取以下兩種方法。第一，結(jié)合目前應(yīng)用的以太網(wǎng)，利用網(wǎng)絡(luò)流量控制技術(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量數(shù)據(jù)加以收集，例如，sFlow 監(jiān)控技術(shù)等，通過采集數(shù)據(jù)分析的方法建設(shè)流量模型，全面掌握局域網(wǎng)數(shù)據(jù)流量情況，完成系統(tǒng)正常運(yùn)行條件下的數(shù)據(jù)收集。第二，實(shí)施通信網(wǎng)絡(luò)升級(jí)。淘汰事件觸發(fā)器，應(yīng)用時(shí)間觸發(fā)器，使系統(tǒng)運(yùn)行過程中的通信任務(wù)可及時(shí)發(fā)送。由全局時(shí)鐘控制對(duì)發(fā)送過程加以控制，提升信息時(shí)效性，降低物理鏈中數(shù)據(jù)使用頻率，提高DCS 系統(tǒng)的運(yùn)行性能及運(yùn)行效果。

4 DCS 控制系統(tǒng)維護(hù)管理要點(diǎn)

4.1 硬件管理與維護(hù)

首先，當(dāng)輸出模塊及輸入模塊發(fā)生故障問題時(shí)，應(yīng)做好系統(tǒng)診斷及維修。在故障診斷及維修時(shí)，可利用更換模塊的方式對(duì)故障問題加以解決。但部分技術(shù)人員受認(rèn)知水平影響及專業(yè)能力限制，針對(duì)內(nèi)部元件老化問題引發(fā)的熱工控制模塊故障問題無法準(zhǔn)確地做出判斷。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，輸入輸出模塊問題最易發(fā)生。模塊更換十分困難，應(yīng)由專業(yè)人員展開維修。其次，當(dāng)某一設(shè)備或組件發(fā)生故障問題時(shí)，相關(guān)工作人員應(yīng)及時(shí)地對(duì)故障問題加以排查，做好深入分析及研討，利用專業(yè)的方法對(duì)問題加以處理。先展開故障診斷，再實(shí)施故障維修，這是一個(gè)科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髁鞒?，?duì)工作人員能力要求十分嚴(yán)格。在接收到故障信息后，技術(shù)人員應(yīng)展開安全檢查，隨后實(shí)施技術(shù)維護(hù)。再次，當(dāng)設(shè)備硬盤或冷卻風(fēng)扇出現(xiàn)故障問題時(shí)，操作員站將出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象，造成此問題發(fā)生的原因主要是人為操作不當(dāng)或設(shè)備老化。在具體解決過程中，應(yīng)做好控制邏輯修改及軟件更新。除此之外，為提高DCS 控制系統(tǒng)運(yùn)行水平，PID 控制器實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用及推廣。傳統(tǒng)PID 控制器具有延遲低、線性、參數(shù)整定的特征，數(shù)學(xué)模型精確程度也難以得到保障。與其他工業(yè)企業(yè)相比，電廠熱工控制過程復(fù)雜，具有隨機(jī)性、非線性的特征，控制效果仍有待提高。應(yīng)加強(qiáng)傳統(tǒng)PID控制器創(chuàng)新，積極研發(fā)智能PID 控制器。

4.2 軟件管理與維護(hù)

在DCS 控制系統(tǒng)軟件維護(hù)環(huán)節(jié)中，應(yīng)及時(shí)對(duì)軟件加以備份存儲(chǔ)，還應(yīng)做好軟件應(yīng)用環(huán)節(jié)信息記錄，提高信息的準(zhǔn)確程度，使記錄過程更加標(biāo)準(zhǔn)，定期展開軟件功能檢測(cè)。針對(duì)各個(gè)級(jí)別的權(quán)限檢測(cè)，應(yīng)給予足夠的重視程度。如有特殊需求，還應(yīng)對(duì)軟件加以更新或修改。針對(duì)部分處于運(yùn)行狀態(tài)或維護(hù)狀態(tài)的設(shè)備，應(yīng)用科學(xué)有效的方法對(duì)其加以隔離。操作站在運(yùn)行過程中易出現(xiàn)故障，不僅需要做好故障排查及維修，還應(yīng)確保操作人員檢測(cè)工作的全面落實(shí)，以維持操作站的穩(wěn)定運(yùn)行。針對(duì)部分無法解決的故障問題，應(yīng)根據(jù)設(shè)備實(shí)際情況，應(yīng)用專業(yè)的方法對(duì)其加以檢查。如操作員站出現(xiàn)無法解決故障的問題，則需應(yīng)用斷電或調(diào)節(jié)電路控制器的方式停止運(yùn)轉(zhuǎn)。為使安全信息實(shí)現(xiàn)共享，故障問題統(tǒng)一處理，應(yīng)加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全管理，做好監(jiān)測(cè)預(yù)警通報(bào)，定期展開事件調(diào)查等工作。此外，還要做好全員網(wǎng)絡(luò)安全宣傳。在軟件管理與維護(hù)過程中，部分管理人員注重后續(xù)管理，忽視了提前預(yù)防。應(yīng)建設(shè)技術(shù)預(yù)防及操作預(yù)防制度，在完善技術(shù)防線的基礎(chǔ)上，避免受內(nèi)部人員工作疏忽影響，造成軟件系統(tǒng)存在故障。強(qiáng)化確認(rèn)安全意識(shí)培養(yǎng)，定期展開安全意識(shí)培訓(xùn)活動(dòng)，通過考核等手段使全體人員養(yǎng)成安全理念，提高全體人員安全防范能力，促進(jìn)安全意識(shí)深入人心，積極建設(shè)堅(jiān)固的安全防線。

5 結(jié)語

綜上所述，DCS 控制系統(tǒng)已在電廠熱工控制環(huán)節(jié)中實(shí)現(xiàn)了廣泛的應(yīng)用，電廠生產(chǎn)效率及生產(chǎn)質(zhì)量得到了顯著的提高。但需要注意的是，DCS 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，應(yīng)用及管理維護(hù)難度大。技術(shù)人員應(yīng)充分掌握DCS 控制系統(tǒng)特征及組成，加強(qiáng)DCS 控制系統(tǒng)應(yīng)用優(yōu)化及完善，從硬件及軟件角度入手，提高DCS 控制系統(tǒng)管理維護(hù)水平，確保DCS 控制系統(tǒng)的重要作用及價(jià)值得以發(fā)揮。