电力热工控制系统中的DCS应用及维护探讨

电力热工控制系统中的DCS应用及维护探讨

周隆

中煤防城港电力有限公司    广西防城港市港口区   538002  

摘要：随着电力行业的快速发展和技术进步，分布式控制系统（DCS）已成为电力热工控制系统的核心组成部分，对提升热力设备运行效率、保障电力生产安全、实现环保目标以及优化运营管理等方面起着至关重要的作用。然而，DCS系统的复杂性和电力热工过程的特殊性使得其在实际应用中面临着诸多挑战，这些问题若得不到妥善解决，将直接影响电力生产的稳定性和经济性。

关键词：电力热工控制系统；DCS应用；DCS的维护；

一、DCS的概述及特点

1.DCS概述

DCS（Distributed Control System）即分布式控制系统，是一种广泛应用在工业控制领域的先进计算机控制系统。它基于分散控制、集中管理的设计理念，将自动化和控制系统进行集成和优化，以实现对复杂工业过程的高效监控和精确控制。DCS系统适用于化工、石油、电力、冶金、制药、食品加工、环保等诸多行业，尤其适合大规模、多变量、连续或间歇生产过程的自动化管理。

2.DCS的主要特点

分散控制，集中管理：DCS将控制功能分布到多个独立的控制器，每个控制器负责控制现场某一区域或特定工艺单元的过程变量。这种架构降低了单点故障的影响，提高了系统的可靠性和可用性。集中管理：虽然控制功能分散，但所有的控制器通过高速通信网络与中央操作站相连，操作员可以在中央操作站上对整个生产过程进行监视、操作和管理，实现数据的集中显示、报警处理、历史记录查询和系统诊断等功能。高可靠性，关键部件有冗余备份，确保在单一组件故障时系统仍能正常运行。采用故障自诊断，保证系统的稳定性和连续性。开放性：DCS系统遵循开放标准和协议，支持与其他系统（如ERP、MES等）的无缝集成，便于企业信息化建设。系统内部采用模块化、标准化设计，易于扩展和升级，新增或替换设备时对现有系统影响小。灵活性。

二、电力热工控制系统中的DCS应用

1.过程参数监测与控制

DCS在现代热力发电厂中扮演着至关重要的角色，尤其对于锅炉、汽轮机、发电机以及各类辅机设备的运行管理而言，其过程参数监测与控制功能是确保整个系统高效、安全、环保运行的基础。DCS系统通过与遍布全厂的关键热力设备紧密相连的传感器和变送器网络，实时获取设备运行的各类过程参数。所有采集到的数据会迅速传输至中央操作站，在那里，操作员面对的是一个高度集成、图形化的用户界面。界面中以动态趋势图、数字仪表盘等形式，直观地呈现各个参数的实时值、历史记录以及关联设备的状态信息。这种可视化手段使操作员能够全面、快速地掌握整个热力系统的运行态势，及时做出决策或调整。基于预定义的控制策略和算法，DCS系统对采集到的过程参数进行实时分析，并自动执行相应的控制动作。针对具有较大滞后特性的复杂过程，采用两层或多层控制器，外环控制主要变量，内环控制影响主要变量的中间变量，以增强系统的稳定性与响应速度。

2.汽轮机控制

DCS系统在汽轮机的全生命周期管理中发挥着核心作用，从启动、并网、加载、减载直至停机，对汽轮机的关键运行参数实施精细化、自动化的控制，确保其安全、高效运转。DCS系统严密监视汽轮机的转速，通过调速器自动调整蒸汽进汽量或励磁电流，使汽轮机在额定转速下稳定运行，确保转速与电网频率严格同步，实现无冲击并网。根据电网调度指令或厂内负荷需求，DCS通过调整汽轮机的进汽量或调节汽门开度，精确控制汽轮机的有功功率输出，确保电力供需平衡。监测主蒸汽压力与温度，通过反馈调节锅炉燃烧及蒸汽供应，确保进入汽轮机的蒸汽处于设计工况，既保证汽轮机高效做功，又防止超压运行导致设备损伤。在汽轮机达到同步条件后，DCS精确控制并网瞬间，随后按计划或指令调整汽轮机功率，实现无扰动加载或减载，满足电网负荷需求。DCS根据预定停机规程，有序控制汽轮机减速、解列、惰走、冷却及停机后的保养措施，确保设备安全停机，减少应力冲击与热应力损伤。DCS确保汽轮机始终保持在最佳效率区间运行，同时有效防范各种潜在风险，延长设备使用寿命，保障发电厂的安全稳定供电。

三、DCS应用过程中存在的问题

1.通信网络故障

随着时间推移，总线电缆的绝缘材料可能逐渐劣化，导体电阻增大，导致信号衰减、传输延迟增加或数据包丢失，严重时甚至完全中断通信。老化还可能引发短路、接地故障等问题，对设备安全构成威胁。在网络通信中，每个设备必须拥有唯一且正确的地址才能正确接入网络并进行数据交换。

2.硬件故障

控制器作为工业控制系统的核心组件，其故障直接影响整个系统的正常运行。长时间运行后，控制器内部的集成电路、电容、电阻等元器件可能出现性能退化，导致控制器工作不稳定，可能出现死机、重启、数据处理错误等情况。散热不良、环境温度过高、电源供应异常等因素可能导致控制器内部温度超出设计限值，加速元器件老化，甚至直接导致控制器烧损或保护性关机。控制器在存在强电磁干扰环境下，如果没有良好的电磁兼容设计或防护措施，可能受到干扰导致内部逻辑混乱、通信故障或硬件损坏。传感器作为数据源头，其失效或性能下降直接影响系统的感知能力。

四、电力热工控制系统中DCS的维护方法及措施

1.建立健全维护制度与规程
为了确保电力热工控制系统中DCS系统的稳定运行与高效维护，建立健全一套完善且严格的维护制度与规程至关重要。这不仅有助于规范日常运维行为，降低故障发生率，更能为突发问题的快速响应与有效解决提供坚实基础。制定并执行严格的DCS系统维护管理制度，设定明确的巡检周期，对DCS系统进行全面检查，形成巡检报告，以便对系统健康状况进行持续跟踪与趋势分析。建立标准化的故障报告、分析、处理与关闭流程。一旦发现故障，应立即上报，由专业技术人员进行故障定位，并制定针对性的修复方案。制定详尽的应急预案，针对不同级别的故障或突发事件，明确各级响应人员职责、行动指南、资源调配方案以及对外沟通策略。定期进行应急演练，检验并优化应急预案的可行性和有效性。
2.定期巡检与预防性维护

定期检查设备外观是否完好，无明显破损、腐蚀、过热迹象；检查指示灯状态，确认设备运行正常；测试设备间通信，确保数据传输准确无误。定期测量电源电压、电流、频率等参数，检查电源模块的工作状态，确保供电稳定、可靠；检查电源线缆连接是否紧固。定期检测接地电阻，确保其符合设计要求。密切关注厂商发布的软件更新信息，定期进行系统软件、应用软件及驱动程序的升级，以修复已知漏洞、增强系统安全性、优化系统性能。

结束语：

综上所述，DCS在电力热工控制系统中扮演着举足轻重的角色，通过实现对热力设备的精准监控与高效控制，有效提升电力生产的安全性、经济性和环保性。然而，面对DCS应用过程中可能遭遇的各类问题，电力企业必须采取积极有效的维护策略与措施，确保系统的稳定运行和故障的快速响应。随着工业互联网、大数据、人工智能等新兴技术的发展，DCS在电力热工控制系统中的应用将更加广泛且深入，对系统的维护要求也将随之提高。

参考文献：

[1]梁雪.刍议DCS在电厂热工控制系统中的应用与管理维护    [J].中国设备工程,2023,(16):65-67.

[2]许江淮.DCS在电厂热工控制系统中的应用与管理维护探讨    [J].中国设备工程,2021,(23):86-87.