摘要：簡述了目前汽輪發電機組電氣系統的控制要求及分散控制系統(DCS)的幾個特點,及我司汽輪發電機組DCS控制系統配置及功能。

　　關鍵詞：DCS,汽輪發電機組,可靠

　　1.引言

　　分散控制系統DCS是計算機、自動控制技術及網絡通訊技術的綜合產物。它基于控制分散、危險分散、操作和管理集中的設計思想,采用多層分級、合作自治的結構形式,適應了現代化生產和企業管理的要求。由于DCS融入了最新的現場總線、嵌入式軟件、先進控制、報表技術、CRT以及網絡技術等,使得其能夠整體解決小至一臺大型設備(汽輪發電機組)、大至一個現代化工廠整個生產過程的全方位控制,并為工廠全程信息化管理提供基礎平臺。

　　2.汽輪發電機組的電氣自動化要求

　　汽輪發電機組在電網中經常承擔基本負荷，對運行的經濟性和可靠性要求高，單憑人工操作難以滿足要求。機組在故障狀態下的安全保護，異常情況下的變負荷及工況切換，則非自動操作不能完成。因此，必須配備完善的自動化系統。作為我國電網機組主力的300MW、600MW、900MW機組，在主機和配套輔機的設計制造中已充分考慮了可控性、安全性問題，為實現高水平的自動控制創造了基本條件。但由于機組容量大、子系統/輔機數量多，以及主、輔機在各種工況下控制的相關性，要求控制系統必須完善和可靠，這些要求概括起來如下所述：

　　(1)系統控制自動化水平高(主/輔機/子系統自動啟/停、自動調節、完善的連鎖保護及方便的人/機監控界面等);

　　(2)高可靠性(硬/軟件質量保證、必要的冗余和容錯技術);

　　(3)高可用性(控制系統局部故障不會顯著影響總體性能，不會因此導致機組可用性降低;

　　(4)可維護性好(具有必要的自診斷及在線試驗功能，自動化系統的能觀性好、維護量少，便于在線和離線維護)。

　　3.分散控制系統DCS的特點

　　以微處理器為核心的DCS采用數字技術，將不同的任務，不同的功能要求通過軟件編排轉化為統一的數據處理，用相同的硬件完成各種任務。此外，只增加少量硬件即可實現冗余、容錯、自診斷及在線試驗等功能，很少增加系統硬件的復雜性。由于采用大規模集成電路，使模塊的元器件數量下降、故障概率減小，系統具有高可靠性、可用性及可維護性。DCS采用通信技術將各個基本控制單元及CRT操作站等設備構成網絡，使系統內部的信息得以共享，減少了自動化系統內部用于信息傳遞的硬件和現場冗余檢測設備的數量。DCS采用圖形顯示技術，給運行人員提供了功能豐富的監視/操作窗口(CRT操作站)，能集中顯示大量的過程信息、系統信息及機組運行操作指導，可操作DCS控制的全部過程對象，使監視/操作一一對應、相對集中，提高了運行員判斷及操作準確性，有利于減輕運行員的勞動強度，提高工作效率。DCS的硬件設備與常規系統設備相比在數量上大為下降，系統結構簡化，故可靠性大為提高。

　　3.1功能分層體系

　　DCS的層次化體系特點,充分體現了集中操作管理、分散控制的思想,便于運行人員對機組綜合信息的獲得和操作,同時使控制系統的危險分散。在熱電廠的應用中,DCS的功能體系一般由直接控制級、過程管理級組成直接控制級直接與現場各類設備(如變送器、執行器、溫度儀表等)連接,對現場數據進行采集、處理,并通過總線與過程管理級交換信息。過程管理級主要包括監控計算機、操作站及工程師工作站。它綜合監視過程各點的信息,集中顯示操作,進行控制回路修改、參數組態、優化過程處理等。

　　3.2 操作簡單

　　操作站是功能很強的人機接口，DCS采用DELL的整套硬件設備，操作人員可以方便的通過LCD顯示器對各種工藝參數進行綜合性的集中監視，通過健盤可實現各種操作功能，熱電廠還配備了打印機，可以及時打印各種需要的數據和報表，如各參數的趨勢.報表都可以打印出來。下圖為我司汽輪發電機組潤滑油P&I監測圖。

　　3.3可靠性高

　　從元器件選擇、電路設計到系統配置、軟件實現,DCS都具有很高的可靠性。在系統設計上廣泛采用容錯、冗余技術。過程處理器、電源和通訊總線,一般冗余配置,單項故障不會影響系統運行;重要的輸入、輸出通道冗余設置,并分配在不同模件上;操作員站之間互為備用。此外還具有軟、硬件自診斷功能,并有故障報警提示,故障消除后可自動恢復工作,使設備的故障率大為降低。

　　3.4便于擴展

　　DCS可以根據不同規模的工程對象進行專門設計，各種部件可多可少地進行組合，原有的小規模系統很容易擴展成中大規模系統， DCS系統規模通常是1個控制系統可以包括15個控制站，32個操作站或工程師站，總容量能達到15360點。

　　3.5增強了自動調節功能

　　DCS采用先進的控制理論和控制策略,實現了常規儀表無法完成的復雜的自動調節,提高了主參數的控制精度和自動調節投入率,從而節約了能源,提高了熱電廠的經濟效益。

　　3.6通信功能強

　　DCS各站通過總線相連,系統內數據共享,并能與其他系統進行通訊、交換信息,可以節約大量控制電纜、一次元件、變送器等,并可減少備品配件的品種和數量,降低維護、管理的工作和費用。熱電廠中利用DCS的通訊功能,在控制室內便可了解其他系統運行情況,便于快速、準確地協調整個生產過程的運行。

　　4我司汽輪發電機組DCS控制系統

　　4.1 DCS控制系統配置

　　本配置方案是一個高可靠性的方案，突出表現在冗余配置方面，以確保該系統的可靠性。

　　操作站冗余：每個操作站(OS)都掛在100M工業光纖以太網上，任一個OS站都可以與控制主站(AS)通迅，因此每個OS間都是互為冗余，任一個OS都可以替代其他操作站的功能。

　　供電電源冗余：AS的CPU模塊的AC220V供電來自不同的回路，不會同時失電，各DCS子系統都有一套冗余的直流穩壓電源裝置。

　　輸入信號冗余：冗余輸入的熱電偶、熱電阻、變送器信號接入不同的AI模塊。

　　AS控制站作為生產工藝區的一個現場控制站，對本區內的生產過程數據采集和控制，并完成對于上層網絡的數據傳輸。

　　完善的冗余配置，保障了DCS系統的可靠運行，基本可以清除生產的故障，對常規儀表只保留手操器及幾塊關鍵參數的顯示表，所有控制、顯示、聯鎖功能全部由DCS控制系統完成。

　　4.2 DCS系統實現的功能

　　DCS計算監控系統軟件運行于Windows XP系統下，軟件的主要功能模塊有：數據處理模塊、數據監測模塊、汽輪機控制模塊、報警模塊、歷史數據查詢模塊、報表打印模塊等組成。另外本系統可方便與工廠網絡連接，形成全廠的管理信息系統。

　　系統主要功能簡介：

　　數據采集：可對現場的各種參數進行采集、數字濾波、邏輯判斷及線形化、工程量轉換等處理，并集中顯示。在一定時間內對全部開關量、模擬量進行采集更新。

　　實時監控：對汽機的供汽量、凝汽器液位、軸承溫度、潤滑油壓力、轉速等進行實時監測和調節。在安全指示超限時進行聲光報警，并能緊急停機。

　　監測功能：有多種監測功能，如流程圖監測(如下圖所示)、瞬時參數、歷史趨勢圖、實時報警記錄等，且各監測參數能動態刷新。

　　操作功能：系統所有功能均通過菜單選擇完成，所有操作均在屏幕上方給出操作提示。可鍵入并修改各調節回路的給定值、主控參數的報警值和其他控制及計算有關的參數值，打印有關的參數。

　　報警及指示：異常情況具有聲光報警功能，并為報警設置優先級，且對汽機的轉速、軸承溫度、潤滑油壓力、軸振動等重要參數設置多重報警功能，系統還有同步操作指導提示。

　　自動保護：按工藝要求設有保護系統，對超速、軸振動、軸承溫度等設有極限、越限保護，可自動停機。

　　事故追憶功能：系統可長期保持各監測點的數據記錄，并可通過設置查詢你想要的時間段內的參數值，并可以報表形式打印出來。

　　性能計算和經濟分析功能：系統可提供在線和離線的性能計算，計算機組的效率和性能值，給運行人員和管理人員提供操作和運行管理信息。

　　聯網功能：本系統可以通過本身的網絡接口和全廠的管理信息系統進行聯網，融入全廠的經濟調度管理之中。

　　5 總結

　　DCS以其功能齊全、操作方便、可靠性高等特點,以及減輕了工人的勞動強度，大幅度提高了生產效率，保證了生產穩定，提高了企業的經濟效益和社會效益，在汽輪發電機組上得到了廣泛的應用。

　　參考文獻：

　　1.王常力、羅安等.《分布式控制系統(DCS)設計與應用實例》.電子工業出版社。

　　2.劉齊壽、楊清宇等.《電廠熱工過程控制系統》.西安交通大學出版社。

　　3.邵和春.《汽輪機運行》.中國電力出版社