浅谈DCS在电厂中的应用
时间：2020-12-13 08:07:04 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
(呼和浩特金桥热电厂，内蒙古 呼和浩特 010070)
摘 要：文章阐述了DCS的概念及其控制生产过程方面的优势，论述了电力企业中DCS的应用现状，并对如何提高DCS的应用水平，加快自动化进程谈了几点建议。
关键词：DCS；
电厂；
过程控制；
自动化
中图分类号：TP273+.5∶TM6 文献标识码：A 文章编号：1007—6921(2008)03—0084—01
随着计算机过程控制技术的发展和国内电力企业自动控制水平的提高，集散控制系统(DCS)在电厂得到了广泛的应用。DCS的使用大大提高了机组运行的安全稳定性，改变了生产过程中传统的操作方式和管理现状，带来了显著的经济效益。
1 DCS简介
集散控制系统(DCS，Distributed Control Sys2tem)是集计算机技术、控制技术、网络技术和CRT显示技术为一体的高新技术产品，具有控制功能强、操作简便和可靠性高等特点，可以方便地用于工业装置的生产控制和经营管理，在电力、化工、冶金等流程自动化领域的应用已经十分普及。近20多年来，由于微电子技术和计算机技术的飞速发展以及工业自动化要求的逐步提高，DCS经历了几个阶段的发展过程，结构日臻完善，技术更加成熟，已经成为生产自动化不可缺少的自控装置。特别是90年代，DCS硬件方面广泛采用技术指标更先进的高档工业PC，有的甚至采用了RISC工作站；
软件方面引入了通用的商业化软件包，系统互连方面采用国际标准的通用网络，逐步向信息集成的方向发展。
2 电力企业DCS的应用现状
20年来，随着计算机过程控制技术的发展和自动化控制水平的提高，应用DCS的生产流程越来越多，领域不断拓宽，DCS技术的应用使过程控制发生了质的变化，保证了机组安全稳定运行，大大提高了生产自动化水平，为企业带来了良好的经济效益。我国电力工业DCS应用主要有以下特点：
2.1 应用数量大、范围广
从80年代到90年代，DCS在我国电力企业的应用迅速发展，许多大中型电厂都采用DCS来改造传统生产过程控制，利用DCS丰富的软硬件功能开发先进的控制系统，构成节能效果显著的复杂控制回路，进而研究开发优化操作方法和人工智能等控制策略，收到了明显的社会效益和经济效益，使我国电力自动化水平上了一个新台阶。电力企业对DCS的认识随着DCS的功能增强和价格降低而逐渐加深，应用范围也随之日益广泛。80年代只有大中型企业才采用DCS控制生产过程。现在所有在建的电厂，不论规模大小均采用DCS。DCS的广泛应用，除了人们认识的转变以外，主要驱动力还是市场竞争和技术进步导致DCS生产厂家不断进行产品改进，使其功能更强，应用更方便，产品价格也不断下降。
2.2 过程控制系统功能全面提高
使用DCS后，一般的串级、解耦控制系统的控制能力会大大提高。DCS的温压、密度补偿功能提高了测量信号的精度；
信号滤波很容易加入前馈信号和史密斯预估方法，从而使测量信号更加平稳，提高了控制系统的动态功能；
使用DCS内折线处理功能克服调节阀的非线性，提高了系统稳定性和控制系统质量。使用DCS控制站可以实现很多复杂快速的连锁调节控制，这是DCS的独有功能。如火电机组控制的DEH(数字电液调节)中，有几十个开关逻辑和几个快速回路耦合在一起，而且控制周期必须小于0.15ms，可靠性要求特别高，如果控制系统出现故障将会导致汽轮机飞车，造成重大经济损失。DCS对于这种多变量、快速反应复杂对象的控制显示了优越性。
2.3 提高了经济效益
凡使用DCS的企业都不同程度地见到了社会效益和经济效益，DCS可以保证工艺装置的长期安全稳定运行，电力业界都有这样一个共识。装置的长、安、稳运行就是效益，实施各种简单的、复杂的、快速的控制系统，使工艺参数达到给定值，既可以节能降耗，又可以提高产品质量。有的单位将DCS和MIS联网，实施管理控制一体化，进而为经营决策提供信息，及时提高了经济效益，并为实现综合自动化打下了良好基础。
3 DCS一体化
目前DCS在电厂中已经用于数据采集处理系统（DAS）、模拟量调节系统（MCS）、顺序控制系统（SCS）至今又基本占领了炉膛安全监控系统（FSSS）市场。DCS覆盖以上 4 大功能已是目前 DCS 设计的基本模式。但汽轮机电液调节系统（DEH）目前却存在着两种不同现状：一种是由DCS一体化，DEH 与 DCS 从硬件到软件均融合成一个整体；
另一种是由汽轮机厂成套提供，DEH 具有独立的操作员站和操作面板。为使运行人员通过 DCS能更加全面地掌握全厂信息，有的工程将 DEH 通过串行口与 DCS 相连，构成当前普遍存在的 3 台 DCS 操作显示器+1 台 DEH操作显示器的单元控制室主控制台。
对于 DEH 由 DCS 统一覆盖还是由汽轮机厂单独配套，从集中控制并实现人员的优化组合出发，DCS 一体化在简化系统、减少监视操作面和便于维护管理等方面具有明显的优越性。但 DEH 与汽轮机具有紧密不可分的关系，DEH 控制性能与汽轮机的品质相辅相成，DCS 厂商很难深入到其它汽轮机厂的 DEH 中。经多年工程实践，目前国内工程已成功地由 DCS 厂商实现 DEH 控制。因此，有条件的项目采用 DCS 实现 DEH 硬件一体化是首选方案。当然，为充分保证系统可靠性，在不具备条件的情况下，不应强求 DCS 覆盖 DEH 功能；
若 DEH 不能与 DCS 实现硬件一体化，也应以 DCS 为主体取消 DEH 操作员站，通过网络通信接口实现信息共享和人机界面共用，在操作运行层面上实现 DCS 一体化。
4 关于DCS应用的几点建议
4.1 提高先进控制软件的开发应用水平
国内电厂DCS的应用基本上是各自为政，缺乏有效的指导和相互的沟通，再加上部分企业DCS管理人员的水平限制，使我们的应用还停留在较低的水平，对系统的二次开发远远不够。同时DCS的应用也只是在生产过程控制的层面上孤立进行，没有同企业的管理系统联系起来。多数企业DCS仍用于基础级的常规控制，功能未能充分发挥。为此，建议加快培养既懂计算机和控制理论，又懂工艺过程的高层次复合人才，建立起一支软件开发和应用的专业队伍，组成相对稳定、服务完善的软件集团，加强能源管理及优化软件的开发及应用工作，推动国内计算机应用技术的提高。
4.2 加强基础管理工作
DCS的高可靠性是被实践所证实的。然而，因为传感器或执行器故障而使控制系统停运的例子屡见不鲜，所以要加强现场仪表维护管理，保证控制系统稳定运行。智能化仪表具有测量!控制和通信功能，有条件的企业应该选用智能仪表和智能调节阀，使检测控制进入更高的层次。采用DCS!PLC和智能仪表之后，工厂自动化的含义发生了很大变化。这种变化对自控人员的业务素质和责任感有了更高要求。因此，要摸索出与之相适应的科学管理模式，建立健全各种工作标准和技术标准；
工艺、设备、动力及各级管理部门应密切配合，加强设备维护工作；
要努力消化吸收新技术，不断进行知识更新。
4.3 增进专业技术交流与协作
电力系统企业甚多，而且遍布全国各地，专业技术交流很有必要。不仅DCS、PLC和IPC的应用和功能开发以及应用软件开发需要交流，而且现场仪表、调节阀、分析仪表!能源及产品的计量应用经验也需要交流，新老装置自控仪表有许多相互借鉴、取长补短之处，更需要认真总结和交流工作经验。对国内科研单位、大专院校的研究开发成果企业更需要了解，并通过协作将其成果推广应用，服务于电力企业的需求，促进专业技术发展。
5 小结
未来发电厂自动化设计发展的关键是 DCS 规模的扩大与潜能的进一步开发及全厂计算机网络的建立。在目前 DCS尚不能覆盖全厂各个自动化系统阶段，DCS 与其它各系统间的接口尤为重要。同时，DCS 物理分散所引起的设计更新对仪表和控制设计人员提出更高的要求。在未来相当长的一段时期内，新一代 DCS 必将为实现大型火电厂高智能化控制和高效率化管理提供强有力的支撑，为自动化水平日益提高的发电运营带来可观的经济效益和社会效益。
摘 要：文章阐述了DCS的概念及其控制生产过程方面的优势，论述了电力企业中DCS的应用现状，并对如何提高DCS的应用水平，加快自动化进程谈了几点建议。
关键词：DCS；
电厂；
过程控制；
自动化
中图分类号：TP273+.5∶TM6 文献标识码：A 文章编号：1007—6921(2008)03—0084—01
随着计算机过程控制技术的发展和国内电力企业自动控制水平的提高，集散控制系统(DCS)在电厂得到了广泛的应用。DCS的使用大大提高了机组运行的安全稳定性，改变了生产过程中传统的操作方式和管理现状，带来了显著的经济效益。
1 DCS简介
集散控制系统(DCS，Distributed Control Sys2tem)是集计算机技术、控制技术、网络技术和CRT显示技术为一体的高新技术产品，具有控制功能强、操作简便和可靠性高等特点，可以方便地用于工业装置的生产控制和经营管理，在电力、化工、冶金等流程自动化领域的应用已经十分普及。近20多年来，由于微电子技术和计算机技术的飞速发展以及工业自动化要求的逐步提高，DCS经历了几个阶段的发展过程，结构日臻完善，技术更加成熟，已经成为生产自动化不可缺少的自控装置。特别是90年代，DCS硬件方面广泛采用技术指标更先进的高档工业PC，有的甚至采用了RISC工作站；
软件方面引入了通用的商业化软件包，系统互连方面采用国际标准的通用网络，逐步向信息集成的方向发展。
2 电力企业DCS的应用现状
20年来，随着计算机过程控制技术的发展和自动化控制水平的提高，应用DCS的生产流程越来越多，领域不断拓宽，DCS技术的应用使过程控制发生了质的变化，保证了机组安全稳定运行，大大提高了生产自动化水平，为企业带来了良好的经济效益。我国电力工业DCS应用主要有以下特点：
2.1 应用数量大、范围广
从80年代到90年代，DCS在我国电力企业的应用迅速发展，许多大中型电厂都采用DCS来改造传统生产过程控制，利用DCS丰富的软硬件功能开发先进的控制系统，构成节能效果显著的复杂控制回路，进而研究开发优化操作方法和人工智能等控制策略，收到了明显的社会效益和经济效益，使我国电力自动化水平上了一个新台阶。电力企业对DCS的认识随着DCS的功能增强和价格降低而逐渐加深，应用范围也随之日益广泛。80年代只有大中型企业才采用DCS控制生产过程。现在所有在建的电厂，不论规模大小均采用DCS。DCS的广泛应用，除了人们认识的转变以外，主要驱动力还是市场竞争和技术进步导致DCS生产厂家不断进行产品改进，使其功能更强，应用更方便，产品价格也不断下降。
2.2 过程控制系统功能全面提高
使用DCS后，一般的串级、解耦控制系统的控制能力会大大提高。DCS的温压、密度补偿功能提高了测量信号的精度；
信号滤波很容易加入前馈信号和史密斯预估方法，从而使测量信号更加平稳，提高了控制系统的动态功能；
使用DCS内折线处理功能克服调节阀的非线性，提高了系统稳定性和控制系统质量。使用DCS控制站可以实现很多复杂快速的连锁调节控制，这是DCS的独有功能。如火电机组控制的DEH(数字电液调节)中，有几十个开关逻辑和几个快速回路耦合在一起，而且控制周期必须小于0.15ms，可靠性要求特别高，如果控制系统出现故障将会导致汽轮机飞车，造成重大经济损失。DCS对于这种多变量、快速反应复杂对象的控制显示了优越性。
2.3 提高了经济效益
凡使用DCS的企业都不同程度地见到了社会效益和经济效益，DCS可以保证工艺装置的长期安全稳定运行，电力业界都有这样一个共识。装置的长、安、稳运行就是效益，实施各种简单的、复杂的、快速的控制系统，使工艺参数达到给定值，既可以节能降耗，又可以提高产品质量。有的单位将DCS和MIS联网，实施管理控制一体化，进而为经营决策提供信息，及时提高了经济效益，并为实现综合自动化打下了良好基础。
3 DCS一体化
目前DCS在电厂中已经用于数据采集处理系统（DAS）、模拟量调节系统（MCS）、顺序控制系统（SCS）至今又基本占领了炉膛安全监控系统（FSSS）市场。DCS覆盖以上 4 大功能已是目前 DCS 设计的基本模式。但汽轮机电液调节系统（DEH）目前却存在着两种不同现状：一种是由DCS一体化，DEH 与 DCS 从硬件到软件均融合成一个整体；
另一种是由汽轮机厂成套提供，DEH 具有独立的操作员站和操作面板。为使运行人员通过 DCS能更加全面地掌握全厂信息，有的工程将 DEH 通过串行口与 DCS 相连，构成当前普遍存在的 3 台 DCS 操作显示器+1 台 DEH操作显示器的单元控制室主控制台。
对于 DEH 由 DCS 统一覆盖还是由汽轮机厂单独配套，从集中控制并实现人员的优化组合出发，DCS 一体化在简化系统、减少监视操作面和便于维护管理等方面具有明显的优越性。但 DEH 与汽轮机具有紧密不可分的关系，DEH 控制性能与汽轮机的品质相辅相成，DCS 厂商很难深入到其它汽轮机厂的 DEH 中。经多年工程实践，目前国内工程已成功地由 DCS 厂商实现 DEH 控制。因此，有条件的项目采用 DCS 实现 DEH 硬件一体化是首选方案。当然，为充分保证系统可靠性，在不具备条件的情况下，不应强求 DCS 覆盖 DEH 功能；
若 DEH 不能与 DCS 实现硬件一体化，也应以 DCS 为主体取消 DEH 操作员站，通过网络通信接口实现信息共享和人机界面共用，在操作运行层面上实现 DCS 一体化。
4 关于DCS应用的几点建议
4.1 提高先进控制软件的开发应用水平
国内电厂DCS的应用基本上是各自为政，缺乏有效的指导和相互的沟通，再加上部分企业DCS管理人员的水平限制，使我们的应用还停留在较低的水平，对系统的二次开发远远不够。同时DCS的应用也只是在生产过程控制的层面上孤立进行，没有同企业的管理系统联系起来。多数企业DCS仍用于基础级的常规控制，功能未能充分发挥。为此，建议加快培养既懂计算机和控制理论，又懂工艺过程的高层次复合人才，建立起一支软件开发和应用的专业队伍，组成相对稳定、服务完善的软件集团，加强能源管理及优化软件的开发及应用工作，推动国内计算机应用技术的提高。
4.2 加强基础管理工作
DCS的高可靠性是被实践所证实的。然而，因为传感器或执行器故障而使控制系统停运的例子屡见不鲜，所以要加强现场仪表维护管理，保证控制系统稳定运行。智能化仪表具有测量!控制和通信功能，有条件的企业应该选用智能仪表和智能调节阀，使检测控制进入更高的层次。采用DCS!PLC和智能仪表之后，工厂自动化的含义发生了很大变化。这种变化对自控人员的业务素质和责任感有了更高要求。因此，要摸索出与之相适应的科学管理模式，建立健全各种工作标准和技术标准；
工艺、设备、动力及各级管理部门应密切配合，加强设备维护工作；
要努力消化吸收新技术，不断进行知识更新。
4.3 增进专业技术交流与协作
电力系统企业甚多，而且遍布全国各地，专业技术交流很有必要。不仅DCS、PLC和IPC的应用和功能开发以及应用软件开发需要交流，而且现场仪表、调节阀、分析仪表!能源及产品的计量应用经验也需要交流，新老装置自控仪表有许多相互借鉴、取长补短之处，更需要认真总结和交流工作经验。对国内科研单位、大专院校的研究开发成果企业更需要了解，并通过协作将其成果推广应用，服务于电力企业的需求，促进专业技术发展。
5 小结
未来发电厂自动化设计发展的关键是 DCS 规模的扩大与潜能的进一步开发及全厂计算机网络的建立。在目前 DCS尚不能覆盖全厂各个自动化系统阶段，DCS 与其它各系统间的接口尤为重要。同时，DCS 物理分散所引起的设计更新对仪表和控制设计人员提出更高的要求。在未来相当长的一段时期内，新一代 DCS 必将为实现大型火电厂高智能化控制和高效率化管理提供强有力的支撑，为自动化水平日益提高的发电运营带来可观的经济效益和社会效益。
