浅析电厂集控设计与运行技术

　　1 电厂集控运行概述
　　1.1 集散控制系统
　　集散控制系统(Total Distributed Control System)，以下简称DCS系统，是以微处理器为基础的全分布式控制系统。自20世纪70年代第一套DCS系统问世以来，已经在工业自动化控制领域获得了广泛的应用，遍及冶金、石油化工、纺织、制造和电力等行业。
　　该系统的主要特征在于集中管理和分散控制，随着电子信息技术的发展，DCS系统向着网络化、实时化、高集成方向发展。DCS系统的产品繁多，但从系统组成来看，主要包括通信部分、集中管理与操作部分、分散过程控制部分，三者以通信部分作为纽带实现数据交换。
　　1.2 运行条件
　　作为电场生产环节当中的重要组成部分，要实现DCS系统需要计算技术、通信技术和硬件技术的支持。还需要拥有良好的外部环节，包括不断电的电源系统、温湿度控制系统、接地系统、集控室以及合理的线路布置。
　　1.3 系统特点
　　①标准化、模块化、通用化。DCS 系统是常规控制系统的延伸，在软硬件方面使用模块化设计，可适应多种不同的生产过程，同时采用大量标准化、通用化的技术，如PC机、PLC、操作平台等，使系统具有很高的兼容性。②控制能力。DCS 系统当中通过软件实现控制功能，不仅具备常规控制系统的控制功能，还可通过优化控制算法提高控制能力，提高系统的稳定性。③人机互动。DCS系统使用图形显示系统和计算机外设(键盘)进行操作，直观反映现场信息，值班人员可随时查看任意画面，同时通过外设键入指令，对生产过程进行调整。这种调整具有实时性，实现这一特点的关键在于分散过程控制层和通信系统。
　　2 电厂集控设计
　　某电厂拟安装2套发电机组，其中1号机组汽轮机1台，锅炉2台;2号机组汽轮机1台，锅炉1台。
　　2.1 系统设计
　　2.1.1 结构方案。DCS系统的设计应能够覆盖拟安装的2 套发电机组以及温度控制、湿度控制、减温减压站、公用系统等对象，实现集中远程控制。系统结构层次以图1所示为参考，设现场分布过程控制层、集中操作与监控层、综合管理层。组件多组双CPU冗余服务器，3号锅炉安装FSSS(锅炉炉膛安全监控系统)。2套发电机组通过控制线缆分别接入6套AS控制站，公共系统等通过现场总线接入AS控制站。接入7组OS控制站、1个历史站、1个工程师站，以工业以太网组成网络通信。
　　2.1.2 硬件选型
　　①分布式过程控制层。分布式过程控制层的核心使用西门子S7系列PLC(S7-200/300/400),设置6组冗余控制器分别控制2套机组及公用系统等。锅炉控制器使用3组CPU417-4H，汽轮机控制器采用2组CPU417-4H，公用系统采用1组CPU417-4H，使用PS407电源，通讯模块使用CP443-1、SM321、SM322、SM331、SM332 和ET200M等。
　　②操作管理单元。操作管理单元的工程师站的主要设备为戴尔工业控制计算机，采用西门子Step7V5.3编程平台，程序需要具备数据采集功能、回路控制功能、连锁控制功能、流量累计功能等。操作员站的工作平台统一为戴尔工业控制计算机，分配6台计算机控制锅炉，每台锅炉分配2台，汽轮机和公共系统由剩下的3台计算机控制并互为冗余，3台计算之间均可进行数据交换。组态软件使用WinCC V7.0。
　　③通信。CPU417-4H为西门子S7-400系列专用高性能中央处理器，带有2个通信接口：MPI/DP和DP专用接口。MPI接口可建立32个节点的简单网络，数据传输速率187.5Kbit/s。CPU可以通过通信总线与总线上的节点以及MPI 上的节点建立64 个连接。DP 专用接口为PROFIBUS总线，可实现冗余、分布式自动化组态，便于使用，可将分布式I/O作为集中式I/O来处理。每个CPU需要对ET200M 从站分配独立的IP(PROFIBUS-DP 站地址)，配置CP5611TO通讯卡，分配独立IP。各层级当中的通信网络为同一个网络当中的不同网段。线材采用专用DP线，保证通讯质量。
　　④实现功能。一是主画面控制。主画面显示生产流程当中的各个环节检测值和设备运行情况，按生产流程依次显示。同时，给每一个控制回路设计独立控制面板，显示方式为弹出。用户可点击主画面当中的相应控制键进入需要的控制回路，操作员可在该控制面板上进行手动操作、调整参数等操作。二是显示历史曲线。对液位、温度、流量、压力等进行历史曲线显示。三是报警。若系统当中出现故障，系统会给出提示，提示内容包括软硬件的故障信息。其中，软件故障信息包括调节超时、检测值超限等用户自定义的故障;硬件故障则包括通信故障、无法启动电机等。四是参数集中显示。以表格的形式根据用户需要集中显示过程控制当中的重要数据，方便用户了解现场运行情况。五是参数设置。参数设置只能在工程师站进行，并且需要相应的控制权限，用于修改重要参数如PID控制参数等。六是打印报表。累计班别生产流量，并提供打印功能。
　　2.2 集控室布置
　　集控室作为DCS系统的中控室，操作员站、历史站和工程师站都集中于此，是整个生产环节产生的控制信息、监控信息的集散地。承担着生产指挥、调整、操作和监控的任务，布置大屏幕、电视监控和紧急停车等备用手动操作装置，方便全电厂的信息交互和展示。整体规划，按美观原则布局。
　　3 集控运行注意事项
　　3.1 建立良好的集控运行环境
　　DCS在运行当中对外部环境十分敏感，良好的外部运行环境对于DCS系统的安全性、可靠性、稳定性有着积极的影响。若对外部环境不重视，可能有如下问题：①电子室温度控制不到位，极易产生静电干扰;②电源不稳定或接地系统不合理等;③电缆屏蔽措施不到位，易引发DCS系统误操作。这些问题应高度重视起来，一旦有故障出现，应及时停机维修，确保系统安全。组建专门的集控室操作组，安排经验丰富、专业技术实力强、懂设备的专业人员负责监控DCS的运行情况。集控室应营造成整齐、柔美、明亮、优雅的环境，给予集控室内的工作人员舒适的工作环境。
　　3.2 加强设备管理
　　首先，明确集控运行与生产的界限，划分设备权责，从制度上清除设备管理死区、盲区;其次，建立备用通信信道，电厂与集控运行中心间的通信信道、协议、设备匹配是影响通信安全的主要因素，因此，条件允许的情况下应建立备用通信信道，同时加强通信系统的维护与管理;再者，坚持预防为主、安全生产，不放过设备的任何一点细微变化，实时了解设备动态，制定应急方案，防患于未然;最后，重视DCS 系统软硬件的更新维护，软硬件是DCS 系统的核心组成部分，其良好的运行状态是确保DCS系统安全、稳定运行的保障。
　　3.3 人员配置管理
　　技术人才是发挥先进技术的有效保障，所以电厂DCS系统的运行也需要专业的人才，确保DCS系统发挥出最大的效用。其一，权责分明，确保DCS系统安全、稳定的运行，DCS系统以微处理器为基础，依靠软件实现信息交互和分布式控制。因此，不可出现人为的随意操作，明确操作人员职责，确保软件、硬件的良好运行状态。其二，24h全天候作业，规划好工作人员班次，这是由电厂的生产时间决定的，无论何时集控室都需要留有值班人员。其三，建立长效培训机制，确保每一名在岗人员均具备相应的专业素质和技能。
　　4 结语
　　DCS系统对于电厂的自动化生产有着十分显著的促进作用，电力生产管理模式从根本上发生了改变，使电厂生产管理有了突破式的发展。因此，本文对DCS系统的设计进行了简要的探讨,突出了DCS系统的基本构成，并总结了该系统的运行条件及注意事项，而其关键就在于良好的外部环境、优秀的设备管理以及人员配置管理。稳定、可靠的DCS系统，对于电厂发电机组的正常运行、故障处理和安全启停有着重要的作用。