DCS在电厂热工控制系统中的应用分析

DCS在电厂热工控制系统中的应用分析

赵智慧,袁帅,郭淑静,尉龙,杨世奇 ,车晓英,周艺萌 ,张秋实

达拉特发电厂 内蒙古 鄂尔多斯市 014300

摘要：DCS又称集散控制系统，被广泛的应用于电力、冶金、钢铁、煤化工等。以火力发电厂为例，DCS可实现运行设备的数据采集、反馈控制、数据通讯、逻辑判断、远程控制等功能，同时可以进行设备运行状态实时监控，既提高了生产效率，也降低了安全事故发生几率，而且能有效的提高管理水平。基于DCS这项技术的优势，电厂还需不断进行优化完善，以此发挥其最大价值，为电厂热工控制系统的运行营造良好环境，为火力发电机组的安全稳定运行保驾护航

关键词：集散控制系统；火力发电厂；热工控制系统；安全稳定运行

我国工业化历经数十年的发展历程，在漫长的发展历程中逐渐提高工业自动化的水平，在工业化发展期间DCS技术发挥了重要的作用。DCS这项技术具有适应性较强、应用灵活以及可靠性好等特点，因为该技术的优势显著，使其广泛的应用到各个领域。在火力发电厂热工系统中DCS技术的应用是最具有代表性额。应用DCS技术构建系统，可以轻松实现相对繁琐的控制算法，同时一定程度上提高了系统的抗干扰能力，进一步提高了工作效率，相应降低了运行操作人员的工作负担，提高了各类设备的使用寿命，为火力发电厂创造了更多的效益。

一、电厂热工控制系统中的DCS应用的重要性

1.1兼容性更强

电厂的生产系统较大，在整个系统内包含的要素较多，这些都是控制系统需要控制的对象。在电厂生产系统的运行过程中，一些控制对象可能会存在干扰源，这些干扰源、对象参数都是重点的控制对象，不同的控制对象之间甚至存在着紧密的联系，因此，控制系统的控制任务相对庞大。而如果在控制系统中可以应用DCS技术，控制系统将会具有更好的兼容性，能够适应各种复杂的控制环境与对象。

1.2具备远程智能功能

各个电厂在发展的过程中都充分认识到了DCS技术的优势，也就扩展了DCS在电厂热工控制系统中的应用范围，使得DCS具有了更大的发展潜力，很多厂家在DCS的研发中，越来越重视远程智能功能的实现，因此，DCS在热工控制系统中的应用发挥了其远程智能的功能优势，可以在现场进行各个生产要素的智能化控制，利用此项功能还能够对现场电热组开展更为准确的测量，进而实现智能化调节与控制。系统中所包含的通讯适配器，能够在整个生产系统的运行过程中发挥其协调控制与综合管理的作用，使得不同类型的信息能够借助于此来进行相应的转换。通用总线以串行通讯为主，这种结构特性使得其可以在生产的过程中能够使得各个部分之间的联系更为紧密。因此，综合来看，远程智能控制的这一功能提高了系统的可靠性与安全性，能够快速处理系统运行中存在的各种问题。

1.3实现辅机控制

由于电厂生产的特殊性，辅机系统也是整个生产系统中的重要组成部分，在辅机系统的建设时，除灰、除渣等工序需采用集中控制模式。而如果热工控制系统中应用了DCS技术，就可以在主机与辅机之间建立直接的联系，进而实现集中控制，完善各个环节的控制。此外，应用相对集中的方式能够使得主机与MIS充分联系，这种连接关系与控制模式能够进一步降低独立系统建设、运行时的成本，提升系统的工作效率。

1.4全程化监控

热工控制系统中DCS技术的应用还能够实现全过程监控，实现实时监控的目的，这一控制系统下，电厂生产的安全性有所保障，整个生产系统的可靠性更高。此外，这一控制模式大大简化了传统的控制系统设计，不需要使用后备监控设备，仅仅保留有一些手动开关。电厂可以结合自身的生产情况，建立综合化的监控系统与平台，进而对整个的生产过程实施全过程、全面化的实时监测与管理，使得各种的设备能够保持安全、稳定的运行状态。综合化监控平台的构建实现了精细化管理，有助于为电厂创造更大的效益。

二、DCS在电厂热工控制系统中的应用技术分析

2.1维护技术的应用

在发电厂热控系统中，通过在集散控制系统中安装智能检测设备和控制装置，可以实现上述模块的功能，同时结合故障因素，可以实现故障自修复和有效处理的控制功能同时，可以从数据中返回内部结构，提醒工作人员手动维护和调试自己无法修复的缺陷。

2.2布线技术的应用

通过在电厂热控系统中应用布线技术，能够充分利用系统架构和通信特性，使系统的数据链路层、物理层和应用层相互理解，正常运行。具体而言，通过在集散控制系统中应用现场布线技术，可优化系统架构，同时提取现场局部信息，确保系统整体运行的可靠性。此外，通过电厂热力控制系统中集散控制系统的独立运行和汽轮机侧控制系统中集散控制系统的独立运行，上述集散控制系统与独立系统相集成，实现了不同系统之间的有序连接。

2.3网络通信技术的应用

通过网络通信技术在集散控制系统中的应用，由于该技术是以互联网技术为基础的，因此在系统运行中主要起到维护数据传输稳定性的作用。此外，它还将DCS与网络通信技术相结合，以避免网络延迟，实现有效的网络延迟控制，并避免影响任何DCS正常运行的网络拥塞。因此，网络流量控制技术和流量监控技术可以应用于集散控制系统，基于流量建模，可以实时收集控制系统的通信信息，可以改进通信网络，并造成通信混乱。

三、电厂DCS系统的维护和发展

3.1硬件的管理与维护

通常，输出和输入模块的故障由系统本身诊断和恢复。而一旦发生严重故障，就需要更换模块。由于许多技术人员对DCS模块缺乏全面的了解，而且有时候也很难在故障后准确锁定原因，所以故障发生后往往是由制造商来进行修理。目前随着发电厂建设步伐的放缓，DCS设备厂商越发重视现有电厂维修和技改带来的收益。许多厂商针对现有系统兼容性上的局限，以及运维人员对现有设备的依赖，在逐渐提升DCS硬件的维修、更换、扩展报价。在这样的大背景下，发电厂应当建立完善的管理制度，加强对现有硬件管理与维护，减少不必要的损坏。

3.2先进控制技术

DCS系统在电厂热工系统控制回路中通常使用传统的PID控制器。传统的PID控制器可以为具有线性，时不变和小延迟的系统建立比较准确的数学模型，并且参数调整相对容易，控制效果良好。但是对于高度复杂、非线性、时变的系统，PID的控制效果往往不好。目前，非线性预测控制、鲁棒预测控制、智能控制等先进的控制策略正逐渐被采用到复杂的工业过程控制中。先进的控制策略可以通过外挂式或者网络式在DCS计算站中进行实现。

3.3现场总线技术

DCS系统中，现场仪表与控制站间采用的是独立导线的电信号传输，现场许多智能仪表的功能都无法发挥作用。而现场总线技术（FCS）是在DCS、PLC基础上发展而来的，可以在现场仪表和控制设备之间实现双向、串行、多节点的数字通信。FCS将设备在总线上并联连接，通过总线接收、发送数字信号。FCS的应用，可以减少施工阶段的接线和安装工作，进一步提高控制功能的分散性，增加控制站与现场仪表的信息交互量，扩大操作视野，是电厂控制系统的一大发展方向。就DCS系统而言，它具有维护成本高和接口兼容性差的问题。将现场总部线技术用于DCS系统的建设中，可以实现现场本地控制系统架构的优化，同时又兼顾了电厂系统整体的可靠性。

结语：

DCS控制系统不仅可以大大降低电力企业的生产成本，还可以提高电力企业的经济效益和社会效益，在我国的电力行业的发展过程中有着比较广泛的应用。因此，我国要不断对DCS控制系统进行研究和探索，加强DCS系统在电厂热工控制系统的广泛应用，促进我国电厂经济持续发展，保证我国的经济可持续发展。

参考文献：

[1]薛文栋.电厂热工控制系统中DCS的应用探析[J].科技创新与应用，2019，（34）：19.

[2]高扬.论DCS在电厂热工控制系统中的应用与管理维护[J].中外企业家，2019，（3）：99.

[3]许宁.DCS在电厂控制系统的应用及展望[J].电站系统工程，2019，32（1）：60-61.