DCS系统在发电厂的应用

双控专题(报告)设计(论文)题目： DCS系统在发电厂的应用所在学院：自动化与电气工程学院

专业：电气工程及其自动化

班级：研控1302 学生姓名：窦胜

指导教师：程明

起讫日期：2014-5～2014-06

目录

第一章绪论 (3)

第二章DCS系统构成 (4)

2.1数据采集系统（DAS） (4)

2.2模拟量控制系统（MCS） (4)

2.3顺序控制系统（SCS） (5)

2.4炉膛安全监控系统（FSSS） (5)

第三章发电厂DCS系统电气应用 (5)

3.1电气DCS系统的实现 (6)

3.1.1控制部分 (6)

3.1.2通信部分 (6)

3.1.3电气监控系统与DCS的连接方式 (6)

3.1.4后台机系统 (7)

3.2电厂DCS功能优势分析 (7)

3.2.1关于故障分散 (7)

3.2.2关于控制室的尺寸和表盘长度 (8)

3.2.3关于节约电缆 (8)

3.2.4关于减少备品备件的种类和数量 (8)

3.2.5关于减少机组运行对仪表控制设备制造厂商的依赖 (8)

3.2.6关于控制系统构成的灵活性，组态的便捷性和系统的可扩展性 (8)

3.2.7关于DCS系统提供的一些独特的控制功能 (9)

第四章小结 (9)

参考文献： (9)

第一章绪论

集散型控制系统（Distributed control system）又名分布式计算机控制系统（以下均简称DCS）是利用计算机技术对生产进行集中监视、操作、管理和分散控制的一种新型控制技术。集散型控制系统一般由几种管理部分，分散控制监测部分和通讯部分组成。其中分散控制监测部分（即现场控制单元），按机组整体设计分散于现场，或集中安装在控制室，一般可控制1个或多个回路，具有几十种甚至上百种运算功能。集散型控制系统软件一般由实时多任务操作系统，数据通信软件，组态软件和各种应用软件所组成。其中组态软件工具、逻辑编辑软件、画面软件，可以按用户要求生成实用系统。DCS通过计算机网络，充分利用网络上的计算机资源，实现生产过程中大量数据的并行计算，使系统具有可靠性高、成本低、灵活性强等特点。

近年来，发电行业进一步提高了电厂综合自动化水平，注重并加强了信息化的投入，很多火电厂提出需要适合自己工厂的厂级监控信息系统（SIS）以提高生产安全及生产效率，实现工厂管理信息系统与各种集散控制系统之间的信息共享。SIS以集散控制系统为基础，以安全运行和提升发电企业经济、安全效益为目标，运用安全、先进、有效的专业方法，达到电厂厂内的信息平台共享。高一级的生产运行的实时信息监视和调节，同时又提升了机组运行的可靠性。它为电厂管理层的决策提供真实、可靠的实时运行数据，为发电企业提供科学、准确的经济性指标。

在大型火电厂，DCS是计算机系统与发电机组控制模式结合的控制系统，与传统控制系统有本质区别。DCS具有通用性强、系统组态灵活、控制功能完善、数据处理方便、显示操作集中、调试方便、运行安全可靠等特点，在大型火力发电厂的生产过程中，能提高发电技术的自动化水平，减少不必要的人员浪费，增强系统的安全系数。

第二章DCS系统构成

分散控制系统根据电厂工艺的要求来完成控制逻辑组态，实现发电机组工艺要求。系统的主要功能包括数据采集系统（DAS），模拟量控制系统（MCS），顺序控制系统（SCS），炉膛安全监控系统（FSSS）。

2.1数据采集系统（DAS）

双冗余操作方式画面；运行人员操作指导；保护联锁条件指导；主保护首出记忆；重要辅机跳闸首出记忆；所有参数的现在值和状态显示；参数报警的提示、记录、打印；参数的实时和历史趋势显示；记录操作员操作；SOE 点的报警、打印及记录；运行报表的打印和收集；记录参数状态变化；报警一览；软光字牌报警；显示系统图画面；监视过程控制系统运行状态；运行参数在线修改、整理；操作员站安全管理；机组启停指导曲线；机组经济指标性能计算功能。

2.2模拟量控制系统（MCS）

自动调整的主要项目如下：AGC控制功能；负载指令回路；协调控制；炉跟踪控制回路；机跟踪控制回路；FCB控制功能；RB控制功能；锅炉负荷调节；主要燃料调整炉排煤音量调节；送风吹调整；汽包水位调整，汽油机水泵调速；泵出口尺寸色调调整；主蒸汽ⅰ，ii级喷雾减温器调节；喷再热蒸汽温度控制事故的发生；再热蒸汽温度燃烧器倾斜角度调整；一旦压力调节器；磨热风风量调节；磨煤机出口温度调节；冷凝器水位调节；除氧器水位调节；压差旁通压力调节器；高压旁路温度调节；低压旁路温度调节，调节水压差旁通启动涡轮机油温度调控；A，B汽泵油冷却器的温度控制；三个过热辅助气体压力控制；再热辅助气体压力调节器；辅助气体温度，减少了水的控制，空气加热器温度调整；吹蒸汽压力调节器，燃油雾化蒸汽压力控制燃油压力控制雾化空气压力，点火风——炉压控制，波纹管——炉压控制。其中，协调控制系统包括六种模式：蒸汽轮机，锅炉手动根本出路锅炉手动涡轮自动跟踪模式，涡轮全自动锅炉自动跟踪模式，锅炉，汽机手动锅炉自动跟踪模式，自动涡轮机的自动跟踪模式，机炉协调

工作。

2.3顺序控制系统（SCS）

汽机侧各种泵类与各种风机共计50台，各种受控制电动门及电磁阀，共计130台。主要功能及程序控制有：汽机油系统功能组；汽机疏水功能组；汽机真空功能组；A、B小汽机功能组；汽机凝结水功能组；高价功能组；海水冷却功能组；低加功能组；锅炉给水功能组；汽机盘车功能组；汽机循环水功能组；电动给水泵保护；汽机凝汽器冲洗程序控制；主要辅机保护功能有；A、B小汽机及汽泵保护；高、低加保护；大汽机润滑油压低联锁保护；大汽机抽汽逆止门联锁保护；循环水泵、凝结水泵等重要辅机的保护；机组自动启停控制系统APS。

2.4炉膛安全监控系统（FSSS）

锅炉炉膛安全系统(FSSS，即ABS1)功能主要有：炉膛吹扫；燃油泄漏试验；点火油油泄漏试验；点火油投入允许；燃油投入允许；MFT动作条件及复位；锅炉减负荷停制粉系统；点火油快关阀控制；锅炉减负荷投油；燃油回油阀控制；燃油快关阀控制；磨煤机油压控制；锅炉报警。

第三章发电厂DCS系统电气应用

随着电子信息技术和网络技术的发展，DCS在电力生产中得到了广泛的应用，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。与之相比，采用一对一硬手操方式的电气控制已显落后，电气控制纳入DCS。目前国内有许多大型发电厂已实施并积累了很多运行经验。

3.1电气DCS系统的实现

发电厂电气DCS系统主要是用来监控发电厂各电气设备的运行参数，对运行状态进行集中监视和控制，采用分层分布式结构。

3.1.1控制部分

主控机是由计算机、CRT和外围设备组成，一般安装在发电厂的主控室内，CRT能显示系统运行状态、设备参数和各种操作指导等，并可同时和单独地提供报告和画面显示，当模拟量越限时，显示并打印报警信息，包括越限对象名称、编号、越限参数值以及越限时间，并能累计越限次数。现场控制级主要由PLC 和各种检测装置组成，PLC实现对各电气设备的控制以及与上位机的通信，把采集的信息实时反馈给上位机；电机控制装置主要由大功率接触器、断路器及显示板组成，其控制电路由PLC控制，实现电机正反转，从而控制流量、压力、温度等，并可显示各参数值。

3.1.2通信部分

主控级网络操作单元与现场监控单元之间的通信采用主从工作方式，网络操作单元是主站，现场监控单元是从站。通信由网络操作单元发起，只能进行主站与任一台从站之间的通信，两台从站之间不能直接通信，若要通信需要从主站中转，现场监控单元采用PC总线接插板技术，内部配有一块RS-485通信卡，主要完成物理层和数据链路层的任务。为适应发电厂的工作环境，通信卡中使用了电源隔离、光电隔离等抗干扰技术，能有效防止外界的干扰，提高系统工作的稳定性。

3.1.3电气监控系统与DCS的连接方式

电气监控系统与DCS的连接主要有硬接线方式和现场总线连接方式。两种方式各有优缺点，而运用硬接线和现场总线相结合的方式，使系统抗干扰能力增强，减少了平时检修维护量，提高了安全可靠性，减小了投资成本。

3.1.4后台机系统

该系统包括DCS系统和电气工作站，DCS系统对电气设备进行控制，通过通信管理层获得所需的其它信息，送至电气工作站。电气工作站是以工控机为主机接受来自通信管理装置上的信息，并进行处理分析来完成监控功能。

3.2电厂DCS功能优势分析

目前大机组的仪控系统大多选用DCS系统。

DCS系统在发电厂发电机组控制中的应用已有十多年的历史了，而且正在越来越多地得到应用。DCS系统是过程控制专家们借用计算机局域网研究成果，把局域网变成一个实时性，可靠性要求很高的网络型控制系统，运用于过程控制领域。这样的控制系统给我们带来以下一些好处：

(1)故障分散是推出DCS系统的最大理由，DCS系统就是要解决集中控制系统致命的弱点—故障集中。故障分散的理由是DCS系统采用了大量的微处理器，各个微处理器承担一个范围较小的(地域上)控制任务，某个微处理器故障不会影响整个系统的正常工作。

(2)缩小控制室尺寸或控制表盘的长度。

(3)大量缩减控制系统所需的电缆。

(4)大量减少控制系统所需的备品备件种类及数量。

(5)减少工艺生产的运行对仪表控制设备厂商的依赖，减少仪控人员培训所需的费用。

(6)提供了控制系统构成的灵活性，具有组态便利和可扩展性。

(7)实现过程实时参数和历史数据的管理，提供性能计算，设备寿命计算等功能。这是传统的仪表控制系统所望尘莫及的。

DCS系统是否确实给我们带来了这些好处呢?

3.2.1关于故障分散

大多数DCS生产厂商现阶段所提供的系统在实际应用中并非象我们想象的那么故障分散。由DCS系统控制的发电厂单元发电机组，因为DCS系统的某些故

障而被迫停运的事情时有发生。这与传统的仪表控制系统相比后者似乎要优于前者。所以DCS系统的构成越接近传统的仪表控制系统，即微处理器或多功能控制器所承担的控制任务从地域上越分散，越能做到故障分散。

3.2.2关于控制室的尺寸和表盘长度

这一点所有的DCS系统都能做到大大缩小。不过与传统的仪表控制系统相比，电子室的尺寸和设备相对增加了。

3.2.3关于节约电缆

由于DCS系统所采用的设备器件在现阶段来说仍然是比较娇贵，需要防尘和空调，REMOTEI/O还不能大量使用，因此，DCS系统的主要设备都需要安置在条件比较好的电子室，大量的现场信号仍然需用电缆接到电子室。与传统的仪表控制系统相比，电缆有所缩减，但效益有限。

3.2.4关于减少备品备件的种类和数量

备品备件的种类和数量有所减少，并且需要与之打交道的仪表控制设备制造厂商也有所减少。

3.2.5关于减少机组运行对仪表控制设备制造厂商的依赖

由于DCS系统在应用技术方面还不能尽如人意，因此，在机组运行时，尤其在机组试行期间，DCS生产厂家的专家服务似乎成了必不可少。使得培训所需花费也有所增加。

3.2.6关于控制系统构成的灵活性，组态的便捷性和系统的可扩展性

大多数DCS系统的组态也是比较方便的。不过多数系统在在线组态功能方面尚有许多工作可做，好多系统为离线组态，在工程师站编程，然后编译，再下载。有些系统这一过程比较费时，在调试期间这一问题尤其突出。

3.2.7关于DCS系统提供的一些独特的控制功能

由于DCS系统可提供历史数据和实时数据的管理，性能计算等功能，把过程控制推向一个新的更高层次的领域。

第四章小结

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。但是现阶段的DCS系统在应用中仍然有一些重要的问题需要解决。随着网络技术的不断发展和网络可靠性的不断提高，同时电气设备的控制、保护等设备在不断的发展，这样电气监控管理系统的外部条件越来越成熟。将实现发电厂电气部分的综合自动化，实现全场的信息资源的共享，使整个电力系统的自动化水平跃上个新台阶，提高了生产的安全性、可靠性，提高了产业的竞争力。

参考文献：

［1］王金全，方志华，仲未央.工业控制系统的现状与展望.中国电力，

2007，(1):114-115.

［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): 96-97.

［3］卓乐友.电力工程电气设计200例［M］.北京:中国电力出版社，2005.

［4］蒙宁海.火电厂厂用电系统监控方案的探讨.广西电力，2003，2:43-

50.