摘要：提出了火電廠電氣控制進入DCS的目標(biāo)：完善和提高電氣控制運行的監(jiān)控能力和水平；提高電氣控制系統(tǒng)的可靠性和單元機組達到完全集控運行能力．分析了用DCS實現(xiàn)電氣控制各個項目的特殊性和可行性；探討了火電機組電氣控制進入DCS的控制系統(tǒng)構(gòu)成方式． 關(guān)鍵詞：DCS應(yīng)用：電氣系統(tǒng)：控制方式 [align=center][b]Application of DCS on electrical control of power plant CUI Zhi—qiang ，YANG Zhong—biao[/b][/align] Abstract：Puts forward the targets to apply DCS on electrical control of power plant，which are，perfect and improve the supervision ability and level of electrical control；enhance the reliability of electrical control system ；make unit achieve complete centralized control operation．Analyzes the speciality and feasibility to realize every item of electrical control with DCS ．Probes into the compo sing mode of electrical control system applying DCS． Key words：Distributed Control System application；electrical system ；control mode 1 電氣控制進入DI 的目的 1）完善和提高電氣系統(tǒng)的運行監(jiān)控能力和水平．整臺發(fā)電機組都采用現(xiàn)代化工具和手段實現(xiàn)高水平和完善的監(jiān)控，更有利于實現(xiàn)整個發(fā)電機組的綜合自動化，提高管理水平．目前，電氣系統(tǒng)重要的運行參數(shù)和狀態(tài)顯示及操作已進入DCS，實現(xiàn)了DCS對電氣系統(tǒng)的監(jiān)視與控制，很好地實現(xiàn)了整個機組（機、爐、電）的綜合自動化和廠級運行管理． 2）提高電氣控制的可靠性．一是由于DCS自身具有很高的可靠性，而且可以通過配置冗余等形式的控制系統(tǒng)替代原有的固態(tài)邏輯和繼電器，提高控制的可靠性；二是可以省去大量操作終端，避免如硬接線、開關(guān)、按鈕等引起的故障；三是由于內(nèi)部構(gòu)成大量的聯(lián)動邏輯，設(shè)置了操作閉鎖和操作準(zhǔn)許檢查邏輯，減少了人為誤操作的可能性。 3）達到完全集控運行的能力．由于全部電氣的操作、監(jiān)控都進入了DCS中，并與機組控制構(gòu)成綜合自動化系統(tǒng)，使運行人員可以在任一DCS的終端（CRT）上，對包括電氣系統(tǒng)在內(nèi)的整個機組進行監(jiān)控和干預(yù)，使單元機組具有了以1名主值班員配若干輔助值班員進行運行監(jiān)控的真正集控運行能力． 2 電氣系統(tǒng)控制的特點 1）電氣系統(tǒng)的測量量是電流、電壓，其他參數(shù)如電度、功率、電抗、相位等都屬于電流、電壓的二次參數(shù)．測量的手段為PT、CT以及相應(yīng)的電量變送器，狀態(tài)測量只有開關(guān)的輔助接點，電氣控制對象是斷路器、開關(guān)、接觸器，但對控制系統(tǒng)的輸出直接動作的是電磁線圈．從輸入、輸出看比較簡單，但是它們交叉在交流回路中，就對控制裝置提出了更高的抗干擾要求．特別是對那些輸入?yún)⒘窟M行內(nèi)部的二次運算處理比較麻煩，專業(yè)性也很強，這是電氣控制系統(tǒng)從輸入上對控制裝置提出的特殊要求．目前的DCS裝置還不具備直接接受PT、CT信號和進行電氣系統(tǒng)要求的二次參量特殊處理的能力，通常只能接受變送器的信號． 2）電氣參量的變化速度和異常狀態(tài)的發(fā)展速度是ms級的，保護、連鎖系統(tǒng)邏輯運算、輸出動作也必須是ms級的．因此，電氣控制對自動化裝置本身的信號采集、運算處理速度要求也很高．如果要讓DCS完成這些功能，則必須加快局部過程控制站的處理速度，過程控制站的處理速度加快，則處理能力和容量降低，必將導(dǎo)致硬件增加或者影響到其他功能的正常實現(xiàn)． 3）電氣控制專項的功能．如發(fā)一變組、發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)、故障錄波、發(fā)電機自動同期等，其內(nèi)部功能運算處理有很強的專業(yè)性，目前DCS內(nèi)部可調(diào)用和組合的功能很難完全滿足這種要求． 4）電氣系統(tǒng)運行過程中操作量極少，過程參數(shù)的調(diào)節(jié)也很少，除勵磁電壓外幾乎沒有可調(diào)節(jié)的量，運行過程的異常狀態(tài)大都是由保護裝置自動處理的．電氣系統(tǒng)的正常操作是對電氣局部系統(tǒng)和裝置的切投、運行方式的切換．這類操作頻率低，操作的速度響應(yīng)要求也不高，但是對操作的準(zhǔn)確性要求高． 5）隨著微電子技術(shù)和數(shù)字控制技術(shù)在電站的廣泛應(yīng)用，電氣控制裝置的數(shù)字化、微機化已有長足的發(fā)展．針對電氣控制系統(tǒng)特點，開發(fā)研制的以微處理機為核心的電氣控制裝置，如微機發(fā)一變組保護裝置、微機勵磁調(diào)節(jié)裝置、微機故障錄波器、微機自動同期裝置等．經(jīng)過多年反復(fù)的研制、試驗、完善，其性能、功能、實用性比I）CS更適合電氣系統(tǒng)，可靠性也已不低于DCS． 3 控制方式探討 結(jié)合DCS及電氣控制系統(tǒng)與裝置的現(xiàn)狀，可以得出DCS實現(xiàn)電氣控制的基本原則應(yīng)該是，電氣控制的核心功能要充分應(yīng)用原有的專用微機數(shù)字化裝置來實現(xiàn)．如發(fā)一變組保護、發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)、故障錄波等，這些裝置和系統(tǒng)的工作狀態(tài)、動作結(jié)果、經(jīng)過裝置處理后數(shù)字化的輸入信息，就是通過通訊方式送人DCS中的。同時要保證這些控制系統(tǒng)在功能上自成安全獨立運行的體統(tǒng)，脫離DCS，無須外部干預(yù)就可以保證電氣系統(tǒng)運行安全． 目前DCS已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)的功能，就應(yīng)該在DCS中實現(xiàn)，許多廠家的DCS中已有相應(yīng)的模件，而且這些功能的實現(xiàn)和汽輪機的數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)（DEH）密切相關(guān)，使用D 實現(xiàn)這些功能有利于減少通訊量和I／0點，更經(jīng)濟可靠一些．系統(tǒng)和裝置各自的投切邏輯，可以選用PLC實現(xiàn)．這一類控制邏輯關(guān)系比較簡單，但I／O量比較大，使用PLC比較經(jīng)濟，而且可以和I）CS進行數(shù)據(jù)通訊．為了提高可靠性，可采用冗余方式配置控制系統(tǒng)，而內(nèi)部的運算速度可以人為設(shè)置．另一方面，在新建工程中，當(dāng)DCS沒有完善前，還可以通過PLC的面板操作鍵盤或者隨機帶的編輯器，對控制對象進行臨時操作，作為畫面操作的后備． 電氣系統(tǒng)（包括上述各功能系統(tǒng)）的運行狀態(tài)、運行過程的參量以及電氣系統(tǒng)其他運行信息的顯示、報警、記錄，都在DCS中進行和熱工信息一樣的處理，實現(xiàn)畫面顯示、聲光提示和打印輸出；各種遠方操作進入DCS，通過CRT進行鼠標(biāo)操作，并可以在DCS中設(shè)置操作準(zhǔn)許、閉鎖等防誤邏輯．除發(fā)電機主開關(guān)、滅磁開關(guān)跳閘按鈕、發(fā)電機功率儀表等后備設(shè)備外，可以取消電氣操作臺盤．電氣系統(tǒng)進入DCS的輸入信息和I）CS輸出的指令應(yīng)當(dāng)盡量采用通訊方式進行，這樣有利于節(jié)省DCS的I／O點硬件和電纜．另外，輸入I3C5的這些信息，將用于機組綜合控制和全廠信息系統(tǒng)．如機組自啟?？刂葡到y(tǒng)，在機組啟動前，綜合檢查包括電氣系統(tǒng)在內(nèi)的整個機組的啟動條件，當(dāng)汽輪機接近額定轉(zhuǎn)速時，啟動勵磁系統(tǒng)，定速后啟動自動同期裝置，進行發(fā)電機與電網(wǎng)并列；到一定負荷時再自動或由運行人員干預(yù)進行廠用電的切換；停機時主控回路發(fā)出相應(yīng)指令，直到關(guān)閉電氣系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)這樣進入DCS具有如下特點． 1）可以完全達到前面討論的電氣控制進入DCS的目的． 2）實現(xiàn)了另一種形式的分散控制，即信息集中．雖然這種分散控制系統(tǒng)的構(gòu)成是由不同廠商的設(shè)備組成的，但是，只要處理合適，解決好通訊問題，這樣構(gòu)成的整體控制系統(tǒng)也是真正的分散控制系統(tǒng)． 3）充分發(fā)揮出了專門控制裝置的優(yōu)勢和數(shù)字化裝置的通訊優(yōu)勢，使系統(tǒng)總體構(gòu)成更合理、實用、經(jīng)濟，可靠性更高． 4）電氣控制和熱工控制的界面仍比較清晰，便于按傳統(tǒng)的專業(yè)化系統(tǒng)設(shè)計、調(diào)試、維護和檢修。 4 DCS網(wǎng)絡(luò)配置 DCS網(wǎng)絡(luò)在結(jié)構(gòu)上解決了傳輸介質(zhì)或傳輸設(shè)備故障后引發(fā)的網(wǎng)絡(luò)連通問題，從而大大提高了網(wǎng)絡(luò)的可靠性．采用雙網(wǎng)冗余結(jié)構(gòu)，在環(huán)網(wǎng)的基礎(chǔ)上又加了一道保險，形成冗余容錯網(wǎng)．采用光纖作為傳輸介質(zhì)，解決了通訊電纜抗電磁干擾性能差的問題，也為建立遠程控制器之間的通訊創(chuàng)造了條件．網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示，圖1為某DCS控制系統(tǒng)，圖2為IsA總線．在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的分布上，遵循節(jié)點間點對點通訊相對獨立的原則．以太網(wǎng)交換機具有根據(jù)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的地址對各端口的數(shù)據(jù)進行分流的功能，而不像網(wǎng)絡(luò)集線器（HUB）那樣，各個端口上充斥著相關(guān)與無關(guān)的數(shù)據(jù)包．冗余DPU之間存在著點對點的實時數(shù)據(jù)跟蹤和拷貝．通過將相關(guān)的冗余DPU連接在同一交換機上，各個冗余DPU之間的點對點數(shù)據(jù)傳輸在本地的交換機上直接轉(zhuǎn)發(fā)，減輕了主干網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)負荷． 5 需要注意的若干問題 1）系統(tǒng)設(shè)計的配合問題．在傳統(tǒng)的DCS設(shè)計中，DCS結(jié)構(gòu)設(shè)計、容量、規(guī)模選擇、功能分配與D 廠家的技術(shù)聯(lián)絡(luò)都是由熱控專業(yè)完成的，電氣專業(yè)和熱控專業(yè)的配合很少．原先部分電氣量進人DCS，是由電氣專業(yè)設(shè)計變送器，選好狀態(tài)，列出清單、明細，交由熱控專業(yè)進行分配．實際上這些進入DCS的量，電氣的專業(yè)性很弱．而電氣控制進入D（ 后，部分邏輯功能要在I）（ 中實現(xiàn)，有些電氣專業(yè)性很強的功能，特別是機組綜合控制的邏輯功能設(shè)計、電氣控制功能在DCS中的分配、位置選擇等，必須要由2個專業(yè)共同配合完成．電氣專業(yè)還必須和DCS廠家配合，進行相關(guān)的技術(shù)談判，深人了解DCS的特點，提出電氣控制進入DCS的特殊要求，以便DCS的生產(chǎn)廠家在硬件配置、軟件制作、系統(tǒng)功能組態(tài)時考慮．另外，還要負責(zé)DCS和獨立的電氣控制裝置的數(shù)據(jù)通訊協(xié)議的建立等工作． 2）電氣控制功能的分配．電氣系統(tǒng)的控制邏輯、參數(shù)設(shè)置、固定的東西多，一次調(diào)試合適后重復(fù)的工作少，而且一個系統(tǒng)運行（帶電）后，可能很長時間或多年不允許退出；而熱工的控制邏輯和設(shè)計參數(shù)變化的東西多，重復(fù)工作多，任何一處功能或者任意一個整定參數(shù)的修改，必須由工程師站對過程控制站進行代碼的傳輸．由于大部分的DCS不具備在線傳輸功能，因此，在傳輸過程中可能發(fā)生該站部分輸出狀態(tài)處于任意狀態(tài)．那么只要電氣控制和熱工控制項目設(shè)在同一過程站中，對熱控功能或參數(shù)的修改都可能導(dǎo)致電氣系統(tǒng)誤動．所以，在DCS中進行電氣控制功能過程站的分配時，必須注意這一問題．另一方面，對于新建機組，廠用電授電往往要早于DCS的復(fù)原、帶電．電氣控制的操作功能進入DCS后，這是一個很突出的矛盾．特別是新建工程的首臺機組，廠用電授電時，DCS尚在安裝，根本不具備帶電的環(huán)境和條件．因此，也需要在過程站分配時考慮，以便提前局部帶電，臨時投入廠用電的控制、保護．否則就要設(shè)置相應(yīng)的后備操作． 3）裝置時鐘配合問題．按照前面討論的電氣控制進入DCS的原則，整個機組的控制裝置是由DCS和若干獨立的微處理機和數(shù)字裝置組合構(gòu)成的．各種獨立的裝置都有自己的時鐘，而且，從現(xiàn)實的情況看，不少裝置在設(shè)計時沒有考慮和外界進行時鐘的配合問題．這就需要在實際工程中統(tǒng)一考慮，或者制定相應(yīng)的對接辦法．否則，系統(tǒng)中帶時標(biāo)的信息將會發(fā)生紊亂． 4）系統(tǒng)調(diào)試問題．電氣控制系統(tǒng)進人DCS后，由于增加了不少電氣與熱控相互配合的工作，造成調(diào)試的分工、配合、技術(shù)重點、組織方法、措施都有差異．一方面，以前熱控系統(tǒng)的控制對象是熱機系統(tǒng)，熱控人員對機務(wù)系統(tǒng)的了解較清楚，機務(wù)人員和熱控人員分工很明確，DCS內(nèi)部的調(diào)試都由熱控人員完成電氣控制．進人DCS后，熱控人員對電氣系統(tǒng)不熟悉，電氣人員對DCS不熟悉，因此，兩者配合更重要．為了便于發(fā)揮各自專業(yè)優(yōu)勢，熱控人員應(yīng)該負責(zé)DCS裝置和所有電氣信息的處理及功能調(diào)試，連鎖、保護邏輯功能調(diào)試應(yīng)由電氣人員完成，全部的電氣控制功能應(yīng)由電氣人員負責(zé)試驗．另一方面，電氣系統(tǒng)的信息大部分是通過通訊方式進入DCS的，因此，通訊設(shè)施的合理性、可靠性就成為整個系統(tǒng)正常工作的前提，也是系統(tǒng)調(diào)試的技術(shù)難點．既使在理論上沒有問題的通訊方式，也必須經(jīng)過調(diào)試雙向組態(tài)優(yōu)化，從整體系統(tǒng)的角度分配各個系統(tǒng)的通訊時段、周期、速率，每一周期的發(fā)送量以及中斷方式和信息優(yōu)先級別等．否則，必將造成信息丟失、阻塞、死機等的不良后果．另外，廠用電授電和DCS的帶電矛盾，也是需要調(diào)試解決的特殊問題．應(yīng)在調(diào)試準(zhǔn)備階段按具體隋況提出相應(yīng)的技術(shù)、安全措施，保證廠用電系統(tǒng)安全過渡，同時確保機組安全穩(wěn)定運行． 參考文獻 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