浅谈电厂集散控制系统发展趋势研究分析

陈博

摘要：分散控制系统（DCS）是集通信、控制、显示、计算机等“4C”技术为一体的多级计算机系统，主要功能是实现过程自动控制和监视，由于其良好的性能，广泛的运用于火电厂。随着科技的发展，DCS系统也不断的在更新换代，从二十世纪80年代问世以来，经历了三个时期的完善，DCS的自动化、智能化、信息化水平上升到了新的阶段，对火电厂优化产业结构，提高生产效率有着关键作用，同时也为减少能源消耗，保护生态坏境做出了重要贡献。

关键词：电厂；集散控制系统；发展趋势；研究；分析

引言

近年来，随着经济社会的快速发展以及人们生活水平的不断提高，电能的需求量和供电的稳定性成为变电运行中的关键，进而火力发电厂的自动控制系统问题也逐步成为电力部门普遍关注的核心问题。但是在近些年来对火力发电厂的自动控制系统分析过程中，却发现了大量的致命问题，有的甚至会威胁到电力系统的安全性稳定运行，这不仅会影响到火力发电厂的效益，而且会对电力供应安全性和可靠性造成一定的影响。怎样才能优化火力发电厂的自动控制，使配电网的可靠性得到保障，是火力发电厂必须要面对的重大挑战。因此，对火力发电厂自动控制系统进行研究和分析，对于保障电力系统的安全稳定运行有着积极的意义。

1DCS控制系统概述及结构

DCS即分布式控制系统，借助计算机技术、通信技术和图像显示技术发展起来的一种集中式电力控制方法。传统模式中的DCS系统主要应用PLC进行数据采集，进而实现系统控制，电厂中的DCS系统有一定的差异，它整合两种以上的功能，结合电厂的实际运行状况对不同的结构部件进行控制。由于控制层面的不同，一般将DCS控制系统分为过程级、操作级和管理级。其中过程级包含过程控制部分、仪表系统和I/O单元，是整个DCS控制系统的核心。操作级主要包含系统的操作站和工程师站，用于系统中不同结构部件的操作，在电厂的控制中，操作级主要对内部系统的不同部件进行组合和控制。管理级主要是电厂的信息管理部分，可以借助电压、电流和运行时间的记录实现系统分析，为设备的可靠运行提供重要的依据。

现以日本横河公司的第三代中型集散控制系统uXL为例，说明DCS的系统结构及功能。操作站：uXL的人机接口由落地式操作站MOPL、台式操作站MOPS及其外部设备构成，操作站提供面向操作人员、工程技术人员的人机接口，实现显示、报警、监控、操作等操作员接口功能；实现组态设计、系统维护等工程师接口功能。在操作监视站中，有大型的CRT屏幕显示器和打印机，操作人员可根据直观、形象的画面显示，改变各控制回路的设定值、运行工况、整定参数以及回路结构。uXL操作站的主要机能包括操作机能、通信机能、BASIC机能和工程师技术机能。操作站将管理、专家系统、生成／维护等功能提高升华 控制级通信网络：uXL通信机能的特点是通信结构网络化、阶层化、双重化及与现场仪表通信的数字化。RL总线承担系统内的通信，通信总线和通信接口电路均实现了双重化。RL总线最长可达15kin。独立的uXL系统之间可通过ML2总线进行操作站之间的通信。可通过在软件包中追加通信机能的方式，或用Basic语言编制通信机能程序的方式。与现场仪表的通信网络：在现场控制单元中通过RS2、RS3通信插件可与PLC和现场仪表通信。

2电厂自动控制及其系统

汽包水位自动调节系统一般采用典型的三冲量系统或串级系统，在大型单元机组中一般设计有全程调节，因此有单冲量，三冲量之间的切换逻辑，一般依据负荷来切换。采用启动电泵和汽泵的系统之间的切换，也依据负荷来切换。大型机组的水位控制一般直接控制电泵或汽泵的转速，给水调门全开以节约能源。燃烧调节系统中的送风系统通常采用风煤比加氧量校正，炉膛负压系统与送风系统之间采用动态联系，通常设计有加负荷时先加风再加煤减负荷时先减煤后减风逻辑以及过燃烧逻辑。主汽压力调节系统通常为串级调节系统。另外，由于机组的自动化水平的不断提高，对机组的运行参数的测量也提出了更高的要求，控制用的参数测量与监视用的参数测量一般都要求有各自的测量元件，控制用的测量参数还需要经过数据保险的有关逻辑以提高控制系统的可靠性。

3国外集散型控制系统的发展状况

70年代初，美国、日本和欧洲等各国开始研制集散型控制系统。1975年美国、日本先后研制成TDC－2000、TOSDIC、CENTUM、UNITROLS、MICREX等系统。

按技术特征其发展可划分为三个阶段：

3.170年代末期-初创期

比较著名的有美国Honeywell公司的TDC－2000；Foxboro公司的Spectrum、Bailey公司的NetWork-90；日本YOKOGAWA公司的Centum；TOSHIBA公司的TOSDIC；德国Siemens公司的Teleperm M；Hartman&Braum公司的CONTRONIC P等。这一时期的产品，在技术上有明显的局限性，微处理器多采用8位CPU。

3.280年代初中期-发展期

80年代随着微处理器运算能力的增强，超大规模集成电路集成度的提高和成本的不断下降，过程控制的发展出现新的面貌，使过去难以想象的功能付诸实现。集散控制系统的第二代产品在原来的基础上，可靠性进一步提高，功能进一步扩展，出现了多功能过程控制站、增强型操作站、增加了光纤通讯技术。代表产品有美国Honeywell公司的TDC－3000；Leads&Northrup公司的MAX－1；TAYLOR公司的MOD300；Westing House公司的WDPF；日本YOKOGAWA公司的Centum A、B、C等。这一代产品的特点是采用16位CPU，标准化和模块化设计，扩充灵活，功能完善，用户界面友好。

3.380年代末期－成熟期

集散控制系统第三代产品，把过程控制、监督控制、管理调度有机地结合起来，加强了断续控制功能，采用专家系统、MAP通信标准。其代表产品有美国Honeywell公司的TDC-3000/LCN；Foxboro公司的I/A Series；Bailey公司的INFI-90；WestingHouse公司的WDPF－Ⅱ\Ⅲ；日本YOKOGAWA公司的Centum－XL等。这一代产品的特点是采用32位CPU和专用集成电路，使控制功能更强、体积更小、可靠性更高，其通信系统实现了开放式通信。

4集散型控制系统今后的发展方向

集散型控制系统的发展方向是基本调节器向少回路或单回路方向发展；基本调节器除了PID和其他算法外，还将逐步采用更为有效的新的算法，使之具有新的功能（如增益自适应功能）；采用光导纤维代替高速数据通道，并统一通讯规程；力求灵活地运用现代控制理论，以得到更为通用的控制算法。

4.1开放性

集散控制系统中所使用的设备将趋于通用的产品,专用的产品将越来越少, 特别是计算机和网络。高性能的工控机、工作站将被大量采用,通用网络产品也将逐步淘汰专用网络。网络通信规约逐步向得到普遍承认的标准靠拢,以系统集成的方式构成应用系统方法得到越来越多的应用。

4.2分散化和智能化

智能仪表、智能电子设备及现场总线技术将被大量采用,集散控制系统的体系结构进一步走向分散化,直接数字控制将深入到每一个控制回路、现场设备和工位,因此现场总线网络的发展将成为各厂家注目的焦点。

5结束语

集散型控制系统(DCS)的实质是利用计算机技术对生产过程进行集中监视、操作、管理和现场前端分散控制相统一的新型控制技术。

参考文献：

[1]集散控制系统的常见问题和解决方法[J].方文龙.电子技术与软件工程.2014(11)

[2]电厂自动化控制技术的应用分析[J].侯志炜.电源技术应用.2014(03)