摘要:DCS系统在火电厂发电机组控制中的应用已有10多年的历史了,而且正在越来越多地得到应用。DCS系统是相对于计算机集中控制系统而言的计算机(或微机)控制系统,它是在对计算机局域网的研究基础上发展起来的,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。本文就DCS在火电厂的应用做了简单的分析,供大家参考。
关键词:DCS系统;火电厂;应用分析
一、引言
近年来,DCS在电力生产中得到了广泛的应用,尤其300 MW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火电厂已实施并积累了很多运行经验。
二、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还有电泵与小汽机之间的切换,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小汽机的转速,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。
主汽温度调节系统一般以减温水调节为主,辅以尾部烟道档板调节或喷燃器角度调节系统。由于汽温调节对象是一个多容环节,它的纯迟延时间和时间常数都比较大,在热工自动调节系统中属于可控性最差的一个调节系统,因此专家们也特别关注对这一类系统的研究,许多新的控制策略或控制理论是对这一类系统研究的成果,如史密特时间预估算法控制,模糊控制,具有观察器的状态变量控制等。
机炉负荷协调控制在大型单元机组中都有设计。通常设计有这样一些运行方式:基本方式,锅炉跟随方式,汽机跟随方式和协调方式。基本方式是因为锅炉和汽机的自动调节系统或多或少存在一些问题,锅炉及汽机主控都在手动方式。
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。
开环控制包括了联锁保护,顺序控制,选线控制等控制内容。火电厂单元机组中主辅机设备都有联锁保护,如停机停炉的大联锁,一些重要辅机的保护跳闸,备用泵的自启动,成组设备的顺序启停等。这些联锁保护现在一般都能投入运行而且必须投入运行。顺控方面一般的泵或风机的子组启停控制也都能投入运行,但锅炉风烟系统大顺控这样的成组控制因为牵涉的设备比较多而很少有经常投运的。
三、电厂DCS功能分析
目前大机组的仪控系统大多选用DCS系统。
DCS系统在火电厂发电机组控制中的应用已有10多年的历史了,而且正在越来越多地得到应用。DCS系统是相对于计算机集中控制系统而言的计算机(或微机)控制系统,它是在对计算机局域网的研究基础上发展起来的,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?
以一些在火电厂单元机组控制系统中应用的DCS系统来考察,如在浙江省电力系统发电厂中应用的BAILEY的INFI-90,C&E的MOD-300,以及SIEMENS的TELEPERM-ME/XP 等,综合分析如下:
(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系统控制的火电厂单元发电机组,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。
(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)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。
(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。
(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。
(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。
(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。
四、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。
参考文献:
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