淺析電廠集控設(shè)計(jì)與運(yùn)行技術(shù)論文
1 電廠集控運(yùn)行概述
1.1 集散控制系統(tǒng)
集散控制系統(tǒng)(Total Distributed Control System)，以下簡(jiǎn)稱(chēng)DCS系統(tǒng)，是以微處理器為基礎(chǔ)的全分布式控制系統(tǒng)。自20世紀(jì)70年代第一套DCS系統(tǒng)問(wèn)世以來(lái)，已經(jīng)在工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，遍及冶金、石油化工、紡織、制造和電力等行業(yè)。
該系統(tǒng)的主要特征在于集中管理和分散控制，隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，DCS系統(tǒng)向著網(wǎng)絡(luò)化、實(shí)時(shí)化、高集成方向發(fā)展。DCS系統(tǒng)的產(chǎn)品繁多，但從系統(tǒng)組成來(lái)看，主要包括通信部分、集中管理與操作部分、分散過(guò)程控制部分，三者以通信部分作為紐帶實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。
1.2 運(yùn)行條件
作為電場(chǎng)生產(chǎn)環(huán)節(jié)當(dāng)中的重要組成部分，要實(shí)現(xiàn)DCS系統(tǒng)需要計(jì)算技術(shù)、通信技術(shù)和硬件技術(shù)的支持。還需要擁有良好的外部環(huán)節(jié)，包括不斷電的電源系統(tǒng)、溫濕度控制系統(tǒng)、接地系統(tǒng)、集控室以及合理的線路布置。
1.3 系統(tǒng)特點(diǎn)
�、贅�(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、通用化。DCS 系統(tǒng)是常規(guī)控制系統(tǒng)的延伸，在軟硬件方面使用模塊化設(shè)計(jì)，可適應(yīng)多種不同的生產(chǎn)過(guò)程，同時(shí)采用大量標(biāo)準(zhǔn)化、通用化的技術(shù)，如PC機(jī)、PLC、操作平臺(tái)等，使系統(tǒng)具有很高的兼容性。②控制能力。DCS 系統(tǒng)當(dāng)中通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)控制功能，不僅具備常規(guī)控制系統(tǒng)的控制功能，還可通過(guò)優(yōu)化控制算法提高控制能力，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。③人機(jī)互動(dòng)。DCS系統(tǒng)使用圖形顯示系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)外設(shè)(鍵盤(pán))進(jìn)行操作，直觀反映現(xiàn)場(chǎng)信息，值班人員可隨時(shí)查看任意畫(huà)面，同時(shí)通過(guò)外設(shè)鍵入指令，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行調(diào)整。這種調(diào)整具有實(shí)時(shí)性，實(shí)現(xiàn)這一特點(diǎn)的關(guān)鍵在于分散過(guò)程控制層和通信系統(tǒng)。
2 電廠集控設(shè)計(jì)
某電廠擬安裝2套發(fā)電機(jī)組，其中1號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)1臺(tái)，鍋爐2臺(tái);2號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)1臺(tái)，鍋爐1臺(tái)。
2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1.1 結(jié)構(gòu)方案。DCS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)能夠覆蓋擬安裝的2 套發(fā)電機(jī)組以及溫度控制、濕度控制、減溫減壓站、公用系統(tǒng)等對(duì)象，實(shí)現(xiàn)集中遠(yuǎn)程控制。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層次以圖1所示為參考，設(shè)現(xiàn)場(chǎng)分布過(guò)程控制層、集中操作與監(jiān)控層、綜合管理層。組件多組雙CPU冗余服務(wù)器，3號(hào)鍋爐安裝FSSS(鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng))。2套發(fā)電機(jī)組通過(guò)控制線纜分別接入6套AS控制站，公共系統(tǒng)等通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線接入AS控制站。接入7組OS控制站、1個(gè)歷史站、1個(gè)工程師站，以工業(yè)以太網(wǎng)組成網(wǎng)絡(luò)通信。
2.1.2 硬件選型
①分布式過(guò)程控制層。分布式過(guò)程控制層的核心使用西門(mén)子S7系列PLC(S7-200/300/400),設(shè)置6組冗余控制器分別控制2套機(jī)組及公用系統(tǒng)等。鍋爐控制器使用3組CPU417-4H，汽輪機(jī)控制器采用2組CPU417-4H，公用系統(tǒng)采用1組CPU417-4H，使用PS407電源，通訊模塊使用CP443-1、SM321、SM322、SM331、SM332 和ET200M等。
②操作管理單元。操作管理單元的工程師站的主要設(shè)備為戴爾工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，采用西門(mén)子Step7V5.3編程平臺(tái)，程序需要具備數(shù)據(jù)采集功能、回路控制功能、連鎖控制功能、流量累計(jì)功能等。操作員站的工作平臺(tái)統(tǒng)一為戴爾工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，分配6臺(tái)計(jì)算機(jī)控制鍋爐，每臺(tái)鍋爐分配2臺(tái)，汽輪機(jī)和公共系統(tǒng)由剩下的3臺(tái)計(jì)算機(jī)控制并互為冗余，3臺(tái)計(jì)算之間均可進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。組態(tài)軟件使用WinCC V7.0。
�、弁ㄐ�。CPU417-4H為西門(mén)子S7-400系列專(zhuān)用高性能中央處理器，帶有2個(gè)通信接口：MPI/DP和DP專(zhuān)用接口。MPI接口可建立32個(gè)節(jié)點(diǎn)的簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)傳輸速率187.5Kbit/s。CPU可以通過(guò)通信總線與總線上的節(jié)點(diǎn)以及MPI 上的節(jié)點(diǎn)建立64 個(gè)連接。DP 專(zhuān)用接口為PROFIBUS總線，可實(shí)現(xiàn)冗余、分布式自動(dòng)化組態(tài)，便于使用，可將分布式I/O作為集中式I/O來(lái)處理。每個(gè)CPU需要對(duì)ET200M 從站分配獨(dú)立的IP(PROFIBUS-DP 站地址)，配置CP5611TO通訊卡，分配獨(dú)立IP。各層級(jí)當(dāng)中的通信網(wǎng)絡(luò)為同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中的不同網(wǎng)段。線材采用專(zhuān)用DP線，保證通訊質(zhì)量。
�、軐�(shí)現(xiàn)功能。一是主畫(huà)面控制。主畫(huà)面顯示生產(chǎn)流程當(dāng)中的各個(gè)環(huán)節(jié)檢測(cè)值和設(shè)備運(yùn)行情況，按生產(chǎn)流程依次顯示。同時(shí)，給每一個(gè)控制回路設(shè)計(jì)獨(dú)立控制面板，顯示方式為彈出。用戶可點(diǎn)擊主畫(huà)面當(dāng)中的相應(yīng)控制鍵進(jìn)入需要的控制回路，操作員可在該控制面板上進(jìn)行手動(dòng)操作、調(diào)整參數(shù)等操作。二是顯示歷史曲線。對(duì)液位、溫度、流量、壓力等進(jìn)行歷史曲線顯示。三是報(bào)警。若系統(tǒng)當(dāng)中出現(xiàn)故障，系統(tǒng)會(huì)給出提示，提示內(nèi)容包括軟硬件的故障信息。其中，軟件故障信息包括調(diào)節(jié)超時(shí)、檢測(cè)值超限等用戶自定義的故障;硬件故障則包括通信故障、無(wú)法啟動(dòng)電機(jī)等。四是參數(shù)集中顯示。以表格的形式根據(jù)用戶需要集中顯示過(guò)程控制當(dāng)中的重要數(shù)據(jù)，方便用戶了解現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況。五是參數(shù)設(shè)置。參數(shù)設(shè)置只能在工程師站進(jìn)行，并且需要相應(yīng)的控制權(quán)限，用于修改重要參數(shù)如PID控制參數(shù)等。六是打印報(bào)表。累計(jì)班別生產(chǎn)流量，并提供打印功能。
2.2 集控室布置
集控室作為DCS系統(tǒng)的中控室，操作員站、歷史站和工程師站都集中于此，是整個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的控制信息、監(jiān)控信息的集散地。承擔(dān)著生產(chǎn)指揮、調(diào)整、操作和監(jiān)控的任務(wù)，布置大屏幕、電視監(jiān)控和緊急停車(chē)等備用手動(dòng)操作裝置，方便全電廠的信息交互和展示。整體規(guī)劃，按美觀原則布局。
3 集控運(yùn)行注意事項(xiàng)
3.1 建立良好的集控運(yùn)行環(huán)境
DCS在運(yùn)行當(dāng)中對(duì)外部環(huán)境十分敏感，良好的外部運(yùn)行環(huán)境對(duì)于DCS系統(tǒng)的安全性、可靠性、穩(wěn)定性有著積極的影響。若對(duì)外部環(huán)境不重視，可能有如下問(wèn)題：①電子室溫度控制不到位，極易產(chǎn)生靜電干擾;②電源不穩(wěn)定或接地系統(tǒng)不合理等;③電纜屏蔽措施不到位，易引發(fā)DCS系統(tǒng)誤操作。這些問(wèn)題應(yīng)高度重視起來(lái)，一旦有故障出現(xiàn)，應(yīng)及時(shí)停機(jī)維修，確保系統(tǒng)安全。組建專(zhuān)門(mén)的集控室操作組，安排經(jīng)驗(yàn)豐富、專(zhuān)業(yè)技術(shù)實(shí)力強(qiáng)、懂設(shè)備的專(zhuān)業(yè)人員負(fù)責(zé)監(jiān)控DCS的運(yùn)行情況。集控室應(yīng)營(yíng)造成整齊、柔美、明亮、優(yōu)雅的環(huán)境，給予集控室內(nèi)的工作人員舒適的`工作環(huán)境。
3.2 加強(qiáng)設(shè)備管理
首先，明確集控運(yùn)行與生產(chǎn)的界限，劃分設(shè)備權(quán)責(zé)，從制度上清除設(shè)備管理死區(qū)、盲區(qū);其次，建立備用通信信道，電廠與集控運(yùn)行中心間的通信信道、協(xié)議、設(shè)備匹配是影響通信安全的主要因素，因此，條件允許的情況下應(yīng)建立備用通信信道，同時(shí)加強(qiáng)通信系統(tǒng)的維護(hù)與管理;再者，堅(jiān)持預(yù)防為主、安全生產(chǎn)，不放過(guò)設(shè)備的任何一點(diǎn)細(xì)微變化，實(shí)時(shí)了解設(shè)備動(dòng)態(tài)，制定應(yīng)急方案，防患于未然;最后，重視DCS 系統(tǒng)軟硬件的更新維護(hù)，軟硬件是DCS 系統(tǒng)的核心組成部分，其良好的運(yùn)行狀態(tài)是確保DCS系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行的保障。
3.3 人員配置管理
技術(shù)人才是發(fā)揮先進(jìn)技術(shù)的有效保障，所以電廠DCS系統(tǒng)的運(yùn)行也需要專(zhuān)業(yè)的人才，確保DCS系統(tǒng)發(fā)揮出最大的效用。其一，權(quán)責(zé)分明，確保DCS系統(tǒng)安全、穩(wěn)定的運(yùn)行，DCS系統(tǒng)以微處理器為基礎(chǔ)，依靠軟件實(shí)現(xiàn)信息交互和分布式控制。因此，不可出現(xiàn)人為的隨意操作，明確操作人員職責(zé)，確保軟件、硬件的良好運(yùn)行狀態(tài)。其二，24h全天候作業(yè)，規(guī)劃好工作人員班次，這是由電廠的生產(chǎn)時(shí)間決定的，無(wú)論何時(shí)集控室都需要留有值班人員。其三，建立長(zhǎng)效培訓(xùn)機(jī)制，確保每一名在崗人員均具備相應(yīng)的專(zhuān)業(yè)素質(zhì)和技能。
4 結(jié)語(yǔ)
DCS系統(tǒng)對(duì)于電廠的自動(dòng)化生產(chǎn)有著十分顯著的促進(jìn)作用，電力生產(chǎn)管理模式從根本上發(fā)生了改變，使電廠生產(chǎn)管理有了突破式的發(fā)展。因此，本文對(duì)DCS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的探討,突出了DCS系統(tǒng)的基本構(gòu)成，并總結(jié)了該系統(tǒng)的運(yùn)行條件及注意事項(xiàng)，而其關(guān)鍵就在于良好的外部環(huán)境、優(yōu)秀的設(shè)備管理以及人員配置管理。穩(wěn)定、可靠的DCS系統(tǒng)，對(duì)于電廠發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行、故障處理和安全啟停有著重要的作用。
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