淺析電廠集控設計與運行技術論文

2021-04-22 論文

　　1 電廠集控運行概述

　　1.1 集散控制系統

　　集散控制系統(Total Distributed Control System)，以下簡稱DCS系統，是以微處理器為基礎的全分布式控制系統。自20世紀70年代第一套DCS系統問世以來，已經在工業自動化控制領域獲得了廣泛的應用，遍及冶金、石油化工、紡織、制造和電力等行業。

　　該系統的主要特征在于集中管理和分散控制，隨著電子信息技術的發展，DCS系統向著網絡化、實時化、高集成方向發展。DCS系統的產品繁多，但從系統組成來看，主要包括通信部分、集中管理與操作部分、分散過程控制部分，三者以通信部分作為紐帶實現數據交換。

　　1.2 運行條件

　　作為電場生產環節當中的重要組成部分，要實現DCS系統需要計算技術、通信技術和硬件技術的支持。還需要擁有良好的外部環節，包括不斷電的電源系統、溫濕度控制系統、接地系統、集控室以及合理的線路布置。

　　1.3 系統特點

　　①標準化、模塊化、通用化。DCS 系統是常規控制系統的延伸，在軟硬件方面使用模塊化設計，可適應多種不同的生產過程，同時采用大量標準化、通用化的技術，如PC機、PLC、操作平臺等，使系統具有很高的兼容性。②控制能力。DCS 系統當中通過軟件實現控制功能，不僅具備常規控制系統的控制功能，還可通過優化控制算法提高控制能力，提高系統的穩定性。③人機互動。DCS系統使用圖形顯示系統和計算機外設(鍵盤)進行操作，直觀反映現場信息，值班人員可隨時查看任意畫面，同時通過外設鍵入指令，對生產過程進行調整。這種調整具有實時性，實現這一特點的關鍵在于分散過程控制層和通信系統。

　　2 電廠集控設計

　　某電廠擬安裝2套發電機組，其中1號機組汽輪機1臺，鍋爐2臺;2號機組汽輪機1臺，鍋爐1臺。

　　2.1 系統設計

　　2.1.1 結構方案。DCS系統的設計應能夠覆蓋擬安裝的2 套發電機組以及溫度控制、濕度控制、減溫減壓站、公用系統等對象，實現集中遠程控制。系統結構層次以圖1所示為參考，設現場分布過程控制層、集中操作與監控層、綜合管理層。組件多組雙CPU冗余服務器，3號鍋爐安裝FSSS(鍋爐爐膛安全監控系統)。2套發電機組通過控制線纜分別接入6套AS控制站，公共系統等通過現場總線接入AS控制站。接入7組OS控制站、1個歷史站、1個工程師站，以工業以太網組成網絡通信。

　　2.1.2 硬件選型

　　①分布式過程控制層。分布式過程控制層的核心使用西門子S7系列PLC(S7-200/300/400),設置6組冗余控制器分別控制2套機組及公用系統等。鍋爐控制器使用3組CPU417-4H，汽輪機控制器采用2組CPU417-4H，公用系統采用1組CPU417-4H，使用PS407電源，通訊模塊使用CP443-1、SM321、SM322、SM331、SM332 和ET200M等。

　　②操作管理單元。操作管理單元的工程師站的主要設備為戴爾工業控制計算機，采用西門子Step7V5.3編程平臺，程序需要具備數據采集功能、回路控制功能、連鎖控制功能、流量累計功能等。操作員站的工作平臺統一為戴爾工業控制計算機，分配6臺計算機控制鍋爐，每臺鍋爐分配2臺，汽輪機和公共系統由剩下的3臺計算機控制并互為冗余，3臺計算之間均可進行數據交換。組態軟件使用WinCC V7.0。

　　③通信。CPU417-4H為西門子S7-400系列專用高性能中央處理器，帶有2個通信接口：MPI/DP和DP專用接口。MPI接口可建立32個節點的簡單網絡，數據傳輸速率187.5Kbit/s。CPU可以通過通信總線與總線上的節點以及MPI 上的節點建立64 個連接。DP 專用接口為PROFIBUS總線，可實現冗余、分布式自動化組態，便于使用，可將分布式I/O作為集中式I/O來處理。每個CPU需要對ET200M 從站分配獨立的IP(PROFIBUS-DP 站地址)，配置CP5611TO通訊卡，分配獨立IP。各層級當中的通信網絡為同一個網絡當中的`不同網段。線材采用專用DP線，保證通訊質量。

　　④實現功能。一是主畫面控制。主畫面顯示生產流程當中的各個環節檢測值和設備運行情況，按生產流程依次顯示。同時，給每一個控制回路設計獨立控制面板，顯示方式為彈出。用戶可點擊主畫面當中的相應控制鍵進入需要的控制回路，操作員可在該控制面板上進行手動操作、調整參數等操作。二是顯示歷史曲線。對液位、溫度、流量、壓力等進行歷史曲線顯示。三是報警。若系統當中出現故障，系統會給出提示，提示內容包括軟硬件的故障信息。其中，軟件故障信息包括調節超時、檢測值超限等用戶自定義的故障;硬件故障則包括通信故障、無法啟動電機等。四是參數集中顯示。以表格的形式根據用戶需要集中顯示過程控制當中的重要數據，方便用戶了解現場運行情況。五是參數設置。參數設置只能在工程師站進行，并且需要相應的控制權限，用于修改重要參數如PID控制參數等。六是打印報表。累計班別生產流量，并提供打印功能。

　　2.2 集控室布置

　　集控室作為DCS系統的中控室，操作員站、歷史站和工程師站都集中于此，是整個生產環節產生的控制信息、監控信息的集散地。承擔著生產指揮、調整、操作和監控的任務，布置大屏幕、電視監控和緊急停車等備用手動操作裝置，方便全電廠的信息交互和展示。整體規劃，按美觀原則布局。

　　3 集控運行注意事項

　　3.1 建立良好的集控運行環境

　　DCS在運行當中對外部環境十分敏感，良好的外部運行環境對于DCS系統的安全性、可靠性、穩定性有著積極的影響。若對外部環境不重視，可能有如下問題：①電子室溫度控制不到位，極易產生靜電干擾;②電源不穩定或接地系統不合理等;③電纜屏蔽措施不到位，易引發DCS系統誤操作。這些問題應高度重視起來，一旦有故障出現，應及時停機維修，確保系統安全。組建專門的集控室操作組，安排經驗豐富、專業技術實力強、懂設備的專業人員負責監控DCS的運行情況。集控室應營造成整齊、柔美、明亮、優雅的環境，給予集控室內的工作人員舒適的工作環境。

　　3.2 加強設備管理

　　首先，明確集控運行與生產的界限，劃分設備權責，從制度上清除設備管理死區、盲區;其次，建立備用通信信道，電廠與集控運行中心間的通信信道、協議、設備匹配是影響通信安全的主要因素，因此，條件允許的情況下應建立備用通信信道，同時加強通信系統的維護與管理;再者，堅持預防為主、安全生產，不放過設備的任何一點細微變化，實時了解設備動態，制定應急方案，防患于未然;最后，重視DCS 系統軟硬件的更新維護，軟硬件是DCS 系統的核心組成部分，其良好的運行狀態是確保DCS系統安全、穩定運行的保障。

　　3.3 人員配置管理

　　技術人才是發揮先進技術的有效保障，所以電廠DCS系統的運行也需要專業的人才，確保DCS系統發揮出最大的效用。其一，權責分明，確保DCS系統安全、穩定的運行，DCS系統以微處理器為基礎，依靠軟件實現信息交互和分布式控制。因此，不可出現人為的隨意操作，明確操作人員職責，確保軟件、硬件的良好運行狀態。其二，24h全天候作業，規劃好工作人員班次，這是由電廠的生產時間決定的，無論何時集控室都需要留有值班人員。其三，建立長效培訓機制，確保每一名在崗人員均具備相應的專業素質和技能。

　　4 結語

　　DCS系統對于電廠的自動化生產有著十分顯著的促進作用，電力生產管理模式從根本上發生了改變，使電廠生產管理有了突破式的發展。因此，本文對DCS系統的設計進行了簡要的探討,突出了DCS系統的基本構成，并總結了該系統的運行條件及注意事項，而其關鍵就在于良好的外部環境、優秀的設備管理以及人員配置管理。穩定、可靠的DCS系統，對于電廠發電機組的正常運行、故障處理和安全啟停有著重要的作用。

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