DCS在电厂电气监控中的实践应用

DCS 在电厂电气监控中的实践应用

邹剑辉

中国能源建设集团广东火电工程有限公司 广东 广州 510700

摘要：与传统的电气监控技术相比，DCS技术更加灵活，工作效果更好，生成的功能和作用均得到了有效的提高。本文将详细分析该技术在电厂电气监控中的应用。

关键词：DCS；电厂电气；监控

1 DCS的现状与发展

1.1 DCS的现状

20世纪80年代，DCS最早出现在美国。随着第一次和第二次工业革命中锅炉和汽轮发电机的出现，DCS应运而生。此后在工业发展过程中，DCS技术水平不断提高。近年来,DCS在电力系统中,不再局限于锅炉和汽轮发电机的使用，同样大量应用在其它设备和系统,尤其是在发电和配电系统上,使其技术得到更深层次的发展,且该技术的应用使电厂电气监控系统更加精确和智能化，电厂发电、输配电、电气监控系统的安全性和可靠性均得到了有效提高。随着DCS在国内电厂应用的不断推广，我国电力系统的自动化水平得到了迅速的提升和发展。

1.2 DCS的发展

随着工业的发展，DCS也越来越成熟。其发展路径分为纵向延伸和横向扩展，从DCS纵向分层看，有现场控制层、过程管理层以及生产管理层。最低级别是现场控制层，最高级别是生产管理层。从DCS横向看有控制站、工程师站以及操作员站。控制站是整套系统的基础，控制站内部有控制器、I/O模块、现场总线模块以及现场总线仪表，而横向扩展促进了现场总线技术的发展。DCS的优势是开放性和数字化，其设备和系统的智能化程度较高。DCS广泛应用于电厂电气监控中，该技术可以将设备和数字信息进行转换，使两者之间得到更好的控制和共享，并且多个设备之间可以通过局域网传输数据，节省数据传输电缆，降低经济成本。此外，DCS解决的另一个重要问题是，现场仿真仪器测试电参数不能进行实时测量，且效率低、精度低，不能较好地与计算机控制模块兼容。通过将现场模拟仪表升级为数字测量模块，DCS将数字测量模块与计算机控制模块相结合，从而实现对电气参数的实时测量和控制。

2 DCS的电气设计方案

因为DCS最重要的功能是电气保护控制，所以DCS最基本的要求是保证电力系统控制装置能够独立、稳定、快速运行。例如发电机励磁调节、断路器快切运行在稳定运行的同时还可以与DCS进行数据传输。由于DCS可用于电厂电气控制和热控系统，所以DCS使机、炉、电之间的连接更加紧密。然而，目前的技术并不能使电气控制和热控系统设备通过局域网进行数据传输，只能使用通信电缆进行物理连接。理论上,发电厂和变电所控制系统必须使用独立的DCS,也就是说,电子专用dc,其设计原则是分布式的,它可以减少数据传输电缆的长度和数量,降低施工成本，降低维护成本。

通过DCS可以使计算机自动控制设备的运行，所以不需要使用过多的人工操作设备。但为了提高操作和使用的安全性，在关键部位仍保留少量人工操作装置。在电厂电气监控系统中，电流电压测量一般采用直流采样和交流采样两种方式。DCS使用在电气控制和热控系统上时，通常采用直流采样的方法，然后利用数据交换对信号进行转换。如果电气控制系统和热控系统单独使用各自的DCS，通常采用交流采样的方法，可以直接测量，节省了变送器的使用，减少了测量误差，增加了数据的可靠性。

3 DCS技术的特点分析

从以上DCS的特点可以看出，这种技术属于分布式控制系统，整个技术还集成了更多其它领域的技术。例如计算机和通信，以及图形显示技术和综合控制技术。所有这些技术都围绕着一个核心技术，即微型计算机的运用。通过这些技术在相关设备上的应用，员工可以直接集中操作相关信息。在应用这项技术的过程中，需要注意一些事项。例如，集中操作或者分开操作，分级管理和集成协调技术，分散控制，等等。这些都是工作人员需要注意的事项，也是操作中应该遵守的原则。

DCS技术的特点非常明显，具体的表现就是比较友好的界面。使用这一技术后，在电网电气设备的监控当中，工作人员能够非常方便地进行观测，并且操作起来也非常简单便捷。更重要的是在这一基础之上，它还能够提供一个在运行状态下具有可监视的功能。这一功能是非常有效且比较强大的，甚至能够直接为客户提供系统组态、画面组态以及报表组态等等，从而使得整个系统能够更加灵活地进行扩充。与此同时，这一技术还具有的一个特点就是实时性，也就是说这一系统可以利用现有的设备和装置对数据进行搜集，实时监控信息的变化情况。工作人员可以直接操作系统设备，甚至能够对一些系统结构进行在线的维护和分析。

4 DCS技术在电气设备监控的应用分析

DCS中的电气设备监控主要源于三种信号，一种是电气的状态信号DI，一种是控制电气设备的控制信号DO，最后一种是频率信号AO。例如，监控对象是电机，其相对应的有泵、风机等。如果想实现电机的自动控制，不仅需要组态开关量，还需要组态模拟量，两者形成闭合控制回路。其中开关量有开入量和开出量，模拟量有模入和模出量。而电机的控制又分为简单控制以及复杂控制，简单控制只需对电机进行启停和监视其运行情况，其进入DCS系统的只有开出量和模入量；复杂控制是在简单控制的基础上，额外引入反馈信号，比如泵的压力、风机的风量做为反馈信号，从而形成闭合控制回路。为了安全，还要应用到联锁系统，让电机安全工作。因此还要引入反馈信号，为模拟量输入。不仅把相对应的点位进行组态，还要用逻辑组态，从而确保安全。目前DCS系统不仅有模拟量处理能力，而且逻辑运算处理能力也相当强大，因此DCS在电气设备监控中能完全满足所需的要求。

此外，从DCS的设计当中可以发现，其设计主要包括了两个不同的结构，分别是软件结构设计以及硬件结构设计。双结构的设计可以有效地提高设备系统运行的工作效率，增强电气设备所产生的效能，在对一些关键的数据进行记录的时候，还能及时保存一些数据，不需要手动设置一些数据。其操作非常简单也非常便捷，使用效果比较好。

5 DCS技术在电厂电气监控中存在的一些问题

DCS技术在电气系统中应用的主要功能是记录相关数据，并以图片的形式显示出来。然而，这种技术需要使用安装在磁盘表面的信号，通过各种仪器仪表模拟和显示信号，这将导致整个电气系统可能存在损坏、信息不完整以及无法实现信息共享。此外，电气系统只能按特定功能进行操作，为了满足这一操作要求，需要找到相应电路并设置特殊的开关，这将大大增加网格管理的难度。如果没有统一的管理标准，那么就会导致开关连接出现一些问题，最终影响通信的效果，使通信频繁中断。在发电厂中使用DCS技术也存在一些问题。虽然利用DCS技术可以直接实时监控炉具及相关设备，但仍会导致操作的复杂性。根据DCS的特点，我们需要将其分为三个不同的系统，对发电机、炉膛以及机组的状态进行实时监控。不同的系统在技术上有不同的内容。为了更有效地控制DCS系统，在原设计的基础上还增加了专门的监控系统ECS，以满足实际运行的各种需求。然而造成的结果是，操作系统变得非常复杂且难以使用。这对工作人员提出了更高的要求，使他们的工作量大大增加，管理成本也随之增加。

结束语

通过以上对DCS技术的分析，可以得出结论，该技术在当前电网运行中发挥着巨大的作用，可以有效地弥补当前监控系统中存在的各种缺陷。此外电厂运行人员还需要提升现场操作及管理能力，加强对相关设备的监控，从而有效提高电厂的自动化水平，促进其进一步发展。

参考文献

[1]闫天军,郭伟,赵树春.火电厂电气监控系统接入DCS方式的分析[J].电力系统自动化,2016,30（11）：86-89.

[2]佘丹宁.火电厂电气监控系统纳入DCS监控的应用分析[J].电气传动自动化,2013（3）：32-34.