近10年來，分布式控制系統(tǒng)在我大型燃煤電廠得到了廣泛的應用。它以強大的功能優(yōu)勢取代了常規(guī)儀器，提高了機組的控制性能，合理有效地利用了資源，使自動化水平和管理水平達到了更高的水平。面對日新月異的計算機、通信、控制和顯示技術，集散控制系統(tǒng)在2000年設計的新電廠中的地位和作用將發(fā)生變化。本文將探討其發(fā)展趨勢。1現(xiàn)場總線(FCS)的應用具有無可比擬的優(yōu)勢，如大大減少硬件設備和安裝材料，進一步提高調控的質量和精度，促進更靈活的系統(tǒng)配置和更方便的操作維護等。這引起了儀表控制專家的廣泛關注，未來的工業(yè)控制將是FCS的天下。隨著2000年電廠儀表控制系統(tǒng)的設計，能否采用現(xiàn)場總線已成為先要問題。在充分考慮先進性的前提下，先先要考慮可行性。雖然FCS已經(jīng)在石化、水電等行業(yè)小規(guī)模應用并積累了一些經(jīng)驗，但在不久的將來作為大型燃煤電廠的主控系統(tǒng)還為時過早。FCS提出了十年，但是進展很慢。一方面，它涉及到幾乎每一個工業(yè)領域的現(xiàn)場設備和控制系統(tǒng)底層的互聯(lián)通訊，并且在技術、標準和行業(yè)習慣上存在很多問題，需要大量的時間、人力和物力去研究；另一方面是商業(yè)利益的再分配。1994年，F(xiàn)F(FieldBusFoundation)正式成立，但要創(chuàng)造出真正具有實用價值并得到工業(yè)廣泛認可的新一代FCS，還需要很長時間。目前，小型FCS已在安慶石化公司腈綸廠乙腈廠、吉林油田甲醇廠、揚子乙烯硫磺廠得到應用。而基于FF的Smar公司的FCS只是FF中的H1現(xiàn)場總線產(chǎn)品，也就是低速現(xiàn)場總線產(chǎn)品，只能實現(xiàn)一些局部的簡單回路控制，而用于大規(guī)模復雜控制的H2高速現(xiàn)場總線和基于H1、H2的FCS還在開發(fā)中。以CCS的功能為例，由于信息量大，相關子系統(tǒng)和相應參數(shù)多，聯(lián)鎖閾值復雜，即使成功的FCS已經(jīng)在電廠中使用，但沒有合適的高層集中控制器、順暢快速的信息交換和有效的控制策略，很難適應現(xiàn)場。大型電廠的控制水平往往落后于其他行業(yè)，這與電廠的特定環(huán)境和控制特點有關。因此，在不久的將來，大型燃煤電廠的主控系統(tǒng)只能是集散控制系統(tǒng)，充分發(fā)揮其現(xiàn)有的特點，大力挖掘其潛在的能力，這是2000年電廠設計的研究重點。作為集散控制系統(tǒng)主控系統(tǒng)的補充，本地現(xiàn)場總線系統(tǒng)和基于現(xiàn)場總線的智能儀表占據(jù)著非常重要的地位。用Smar現(xiàn)場總線設備取代傳統(tǒng)的氣動基礎型調節(jié)儀表已經(jīng)達到成熟的門檻，如襄樊電廠的4300MW機組和WISCO自備電廠的2200MW機組。如燃油泵房、液壓工業(yè)泵房、污水處理等輔助公共系統(tǒng)控制點分散，控制內容相對簡單?；诂F(xiàn)場總線技術的小型控制系統(tǒng)應用門檻較高，在這些輔助系統(tǒng)中采用現(xiàn)場總線也是一種可行的方案。因此，雖然FCS目前無法取代DCS的核心地位，但可以在小范圍內積極有效地應用，逐步積累經(jīng)驗，為未來的平穩(wěn)過渡打下良好的基礎。2分散控制系統(tǒng)的物理分散目前在電廠中，分散控制系統(tǒng)只實現(xiàn)功能分散，不實現(xiàn)物理分散。一方面，早期的DCS硬件本身環(huán)境適應性較弱；另一方面，為了方便管理和維護，用戶更愿意接受集散控制系統(tǒng)控制柜的集中布局方案。隨著集散控制系統(tǒng)技術的發(fā)展和運行水平的不斷提高，在2000年火電廠采用現(xiàn)場總線系統(tǒng)之前，有效的設計和采用物理分散是實現(xiàn)這一目標較重要的問題 #p#分頁標題#e#

以兩機一控模式為例，集中電子設備室將劃分為各機組的鍋爐電子設備室和汽輪機電子設備室；此外，在主廠房外設置先立的小型控制樓，操作員操作站通過集散控制系統(tǒng)高速通信網(wǎng)絡與鍋爐電子設備室和汽輪機電子設備室的控制柜相連。鍋爐電子設備間與汽輪機電子設備間的距離小于傳統(tǒng)集中式設備間的距離，節(jié)省了大量儀表控制電纜。根據(jù)GEC-阿爾斯通公司的估算，VESTA方案比常規(guī)方案可節(jié)省約35根控制電纜。只有這部分的安裝材料費用才能節(jié)省1000萬人民幣。如果把這部分成本用于提高電廠自動化水平，效果顯著。內推薦的8家DCS廠商都致力于開發(fā)適合現(xiàn)場放置的控制柜，部分公司取得了成功的應用性能，在物理分散方面向前邁進了一步。對于機柜放置面積、機柜分散度、設備成本、電纜成本節(jié)約和維護方便性等。應進行權衡以選擇適合具體項目的較佳方案。作為從集散控制系統(tǒng)到現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的過渡產(chǎn)品，遠程智能輸入輸出也將在2000年的電廠設計中發(fā)揮重要作用。除了部分DCS廠商開發(fā)了相應的遠程I/O站外，內的遠程智能I/O系統(tǒng)已經(jīng)達到了相當高的技術水平，質量和性能并不比進口產(chǎn)品差。在近幾年的工程實踐中，已有的一些項目采用了DCS系統(tǒng)集成和產(chǎn)遠程智能I/O設備。如鄂州電廠2300MW機組采用DCS遠程I/O，實現(xiàn)循環(huán)水泵房控制；陽邏二期工程2300MW機組采用產(chǎn)遠程I/O系統(tǒng)，實現(xiàn)鍋爐壁溫、發(fā)電機定子線圈和鐵芯冷卻水溫度等的采集和監(jiān)控。效果不錯。遠程智能I/O的廣泛使用將有助于分散控制系統(tǒng)物理分散的合理化，并促進分散控制系統(tǒng)向現(xiàn)場總線系統(tǒng)的發(fā)展。3 DCS集成DCS較初進入大型燃煤電廠只是為了數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)(DAS)和模擬控制系統(tǒng)(MCS)，逐漸用于順序控制系統(tǒng)(SCS)，到目前為止已經(jīng)基本占領了爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)(FSSS)市場。集散控制系統(tǒng)涵蓋上述四種功能是集散控制系統(tǒng)設計的基本模式。作為汽輪機非常重要的電液調節(jié)

系統(tǒng)(DEH)目前卻存在著2種設計方式：一種是由DCS覆蓋，DEH與DCS從硬件到軟件均融合成一個整體，實現(xiàn)了控制系統(tǒng)一體化；另一種是由汽輪機廠成套提供，DEH具有先立的操作員站和操作面板。為使運行人員通過DCS便能更加全面地掌握全廠信息，有的工程將DEH通過串行口與DCS相連，構成當前普遍存在的5臺DCS操作顯示器加1臺DEH操作顯示器的單元控制室主控制臺。 對于DEH由DCS統(tǒng)一覆蓋還是由汽輪機廠單先配套，從爐機電單元集中控制并實現(xiàn)正常運行時只有一人操作的運行水平考慮，DCS覆蓋DEH在簡化系統(tǒng)、減少監(jiān)視操作面和便于維護管理等方面具有明顯的優(yōu)越性。但DEH與汽輪機具有緊密不可分的關系，DEH控制性能與汽輪機的品質相輔相成，DCS廠商很難深入到其它汽輪機廠的DEH中，外基本上均由汽輪機廠配供DEH。經(jīng)多年工程實踐，目前內工程中如媽灣電廠、湘潭電廠及常熟電廠等300MW產(chǎn)機組，已成功地由DCS廠商實現(xiàn)DEH控制，且除貝利公司外，西屋公司、ABB公司和日立公司等均已具備這一能力和經(jīng)驗。因此，有條件的項目采用DCS實現(xiàn)DEH硬件一體化是先選方案。當然，為充分保證系統(tǒng)可靠性，在不具備條件的情況下，不應強求DCS覆蓋DEH功能；若DEH不能與DCS實現(xiàn)硬件一體化，也應以DCS為主體取消DEH操作員站，通過網(wǎng)絡通信接口實現(xiàn)信息共享和人機界面共用，在操作運行層面上實現(xiàn)DCS一體化。這就需要DCS、DEH廠商共同開發(fā)合適的通信接口(如網(wǎng)關)，以實現(xiàn)通過DCS操作員站對DEH進行控制，取代目前僅局限于監(jiān)視的串行通信接口模式。DEH與DCS通信接口的研究，將是2000年發(fā)電廠中不能實現(xiàn)硬件一體化前提下的一個熱點和難點。 同理，汽輪機給水泵控制系統(tǒng)(MEH)、旁路控制系統(tǒng)(BPS)、吹灰程控系統(tǒng)、膠球清洗程控系統(tǒng)及電氣除塵器程控系統(tǒng)等，均可由以上2種方式通過DCS操作員站進行控制，只是這些系統(tǒng)監(jiān)控規(guī)模相對較小，與DCS接口相對簡單。4 電氣納入DCS 爐機電單元機組集中控制的提法已有多個年頭，而電氣發(fā)電機?干式變壓器組和廠用電控制納入DCS設計方案只是近幾年才提出。為從本質上實現(xiàn)單元值班化，協(xié)調爐機電控制水平，除發(fā)電機勵磁系統(tǒng)自動調節(jié)裝置(AVR)、自動準同期裝置(ASS)和廠用電快切裝置采用專用設備并與DCS接口外，2000年發(fā)電廠的發(fā)電機?干式變壓器組和廠用電納入DCS進行控制成為趨勢。發(fā)電機?干式變壓器組、單元機組廠用電與單元機組運行有密切關系，直接納入單元機組DCS順理成章，而作為公用系統(tǒng)的廠用電部分應考慮如何納入DCS。根據(jù)不同的DCS和工程，2臺機組公用的廠用電系統(tǒng)納入DCS技術方案也不同，有以下幾種方式。 方式1：廠用電公用系統(tǒng)DCS進入1號機組DCS某站，再由1號機組傳輸至2號機組。其顯著特點是思路簡明、造價低、容易實現(xiàn)。正常下的公用系統(tǒng)由1號機組控制，1號機組檢修時則由2號機組控制。主要缺點是在1號機組DCS檢修時，相應負責采集數(shù)據(jù)和傳輸數(shù)據(jù)的控制器不許停止運行，給檢修和運行帶來一定困難。 方式2：廠用電公用系統(tǒng)同時進入1、2號機組DCS。其顯著特點是2套DCS具有相同的硬件配置和軟件方案。正常運行時，由DCS軟開關閉鎖功能解決通過某一套DCS進行公用系統(tǒng)控制選擇。另外，該方案設計組態(tài)方便，2套DCS相一致。缺點是需要就地設備提供2套接點信號，2套DCS均要提供相應的過程I/O卡件，在設備利用上有一定浪費。 方式3：廠用電系統(tǒng)進入DCS公用網(wǎng)絡。該網(wǎng)絡是介于2套DCS間的一個先立網(wǎng)絡，通過網(wǎng)橋與2套DCS相連，數(shù)據(jù)可同時進入2套DCS。與前面方案一樣，通過系統(tǒng)軟件開關進行操作選擇。其顯著優(yōu)點是單元機組與公用系統(tǒng)界面清楚，充分發(fā)揮了DCS網(wǎng)絡優(yōu)勢。缺點是若控制范圍和規(guī)模較小，單先配一套公用網(wǎng)絡將增加費用。 此外尚有一些延伸方案，如有的DCS設立專門的控制器，由其分別進入2套DCS等。2000年發(fā)電廠DCS控制范圍擴大，控制水平提高，除電氣廠用電系統(tǒng)外，若將輔助工藝系統(tǒng)也納入DCS進行控制，則公用系統(tǒng)范圍和規(guī)模較大，信息量較多，在這種情況下可選方式3；若輔助工藝系統(tǒng)均不考慮納入DCS控制，可選方式2，尤其是延伸方案較好。當然由于各種工程各異，DCS廠商的具體配置不同，選擇較佳方式無特定模式。5 全CRT監(jiān)控的實施 DCS可靠性高，監(jiān)控信息集中，且人機界面靈活方便，外發(fā)電廠在90年代初就實現(xiàn)了全CRT監(jiān)控。內發(fā)電廠當初對DCS可靠性有疑慮，運行人員習慣于傳統(tǒng)常規(guī)操作，在采用DCS的同時尚配置了大量常規(guī)儀表和后備操作設備。隨著大量工程運行實踐，認識逐步提高，后備操作盤尺寸漸小，2000年后的內機組實現(xiàn)全CRT監(jiān)控已成為趨勢。 目前控制室常規(guī)控制盤主要為BTG盤或輔助盤、吹灰程控盤及電氣廠用電盤等。吹灰程控和電氣廠用電納入DCS控制后，相應的常規(guī)盤將取消。關鍵是BTG盤上除了設計院設計的后備儀表、報警窗口及常規(guī)操作外，還來自一些廠家供配套設備的操作面盤和廠供儀表，如汽包水位指示儀、汽輪機監(jiān)測儀表(TSI)，BPS、DEH、MEH操作面板等。同廠用電和吹灰程控盤一樣，在實現(xiàn)DCS一體化后，BPS、DEH、MEH操作面板問題即可解決；TSI等可另外放置；廠供儀表必須與相應的主機廠進行接口協(xié)調，同時DCS也有必要在人機界面上進一步優(yōu)化。 全CRT監(jiān)控技術實施的較直接效果是可大大縮小控制室面積。目前2臺單元機組集中控制室面積在350～400m2，所有后備操作盤臺基本取消后的控制室面積可壓縮至150m2以下，如VESTA方案的控制室面積僅146m2。此外，CRT監(jiān)控技術的實施一方面為確保機組正常運行時一人操作創(chuàng)造了基本條件；另一方面也迫使DCS具有更高的智能化水平，為今后進一步向無人值班化發(fā)展奠定了基礎。6 DCS軟件優(yōu)化 實現(xiàn)DCS一體化和全CRT監(jiān)控技術后，充分挖掘和利用DCS強大功能，開發(fā)和引進效益明顯、智能化程度高的優(yōu)秀軟件，是進一步提高機組運行管理水平，有效提高機組可用率和經(jīng)濟性的重要途徑。6.1 控制類軟件 大型火電機組控制對象多且復雜，有的對象動態(tài)特性具有非線性、大延時和干擾源多等特點，自動控制回路設計難度較大。要使被控對象達到滿意的調節(jié)品質，保證回路正常投運是控制專家長期探索的課題?，F(xiàn)代控制理論中的自適應控制、預測控制、較優(yōu)控制、模糊控制及智能控制等均將廣泛應用到DCS中，使其具有更強的調節(jié)性能。6.2 診斷類軟件 專家系統(tǒng)理論已于80年代末期進入控制領域，它包括信息數(shù)據(jù)庫和智能推理處理器等內容。專家系統(tǒng)可將采集到的各類數(shù)據(jù)進行規(guī)劃處理和判斷決策，確定一些故障原因，解決實際控制過程中的難題。診斷類軟件已在火電廠廣泛采用，如汽輪機專家診斷系統(tǒng)等。在2000年發(fā)電廠中，更多更豐富的診斷類軟件將為推進DCS智能化起積極作用。6.3 管理類軟件 DCS通過對所控對象數(shù)據(jù)的分析和整理，自動生成指示運行人員和維護人員的提示信息，如主要輔機運行時間、啟停次數(shù)及是否出現(xiàn)問題等。DCS代替運行人員作出各類管理判斷，為機組及輔機壽命維護等提供必要的信息和依據(jù)。6.4 報警類軟件 大型火電機組工藝復雜，參數(shù)多且分布廣。常規(guī)控制設計中，除DCS畫面報警外，還配置了傳統(tǒng)的后備報警窗口。2000年發(fā)電廠實現(xiàn)全CRT監(jiān)控后，報警類軟件的優(yōu)化尤為重要。盡管各DCS廠商不同程度地對報警參數(shù)進行規(guī)劃處理，如制定報警優(yōu)先級，對啟動、運行等不同階段有關參數(shù)進行相關閉鎖等，但報警系統(tǒng)智能化和實用化能力尚有差距，有必要在報警軟件優(yōu)化方面努力。此外，操作運行指導、CRT畫面顯示、性能計算及檢索與存儲等各種軟件均有進一步優(yōu)化和挖掘的廣闊前景。7 公用輔助系統(tǒng)的集中控制 傳統(tǒng)公用輔助系統(tǒng)采用車間就地集中控制方式，大型火電機組的公用輔助系統(tǒng)一般多達十幾個，其中主要有：化學補給水系統(tǒng)、廢水處理系統(tǒng)、除灰除渣系統(tǒng)、輸煤系統(tǒng)、循環(huán)水泵房、空氣壓縮機站、制氫站、燃油泵房、啟動鍋爐房和綜合水泵房等。主廠房的控制已廣泛采用DCS，并達到際較先進水平，而輔助公用系統(tǒng)的控制卻不同。各個輔助車間相互先立，控制系統(tǒng)往往由不同公司提供，采用的設備和控制技術不一致，有的采用較高檔次的可編程序控制器(PLC)并取消了后備模擬盤，實現(xiàn)了全CRT控制；有的還停留在傳統(tǒng)的常規(guī)盤控制甚至還在使用Ⅱ型儀表，控制室多達十幾個，運行值班人員多，設備維護量大，與主機組的控制反差較大。如何利用先進的計算機技術，將相互先立的各個輔助系統(tǒng)集中控制或相對集中控制，實現(xiàn)輔助公用系統(tǒng)無人值班化，不僅在技術上是輔助系統(tǒng)控制的重大革新，而且逐步取消了分離的控制室，大量減少運行人員，大幅度提高了勞動生產(chǎn)率并取得明顯的經(jīng)濟效益，達到減人增效的目的。 對輔助系統(tǒng)的集中控制可采用多種技術方案，可以是完全集中控制，即全廠輔助系統(tǒng)只設1個控制點或在集控室控制；也可采用相對集中控制，即設立若干個相對集中控制點，在不同集中控制方式基礎上采用不同的控制技術，如FCS、DCS和PLC等，可產(chǎn)生許多種控制方案。何種方案較佳，將依據(jù)不同工程情況和建設時間而定，設計人員將有大量、細致的選擇工作去做。舉例說明：由于輸煤系統(tǒng)離廠區(qū)相對較遠且控制對象繁多，近期可單先采用PLC控制并與DCS聯(lián)網(wǎng)，啟動鍋爐房只在機組啟動時投運，可設立單先的簡易車間控制系統(tǒng)，而其它輔助系統(tǒng)均可采用與主機DCS相同硬件的輔助DCS或設立DCS公用網(wǎng)集中控制，控制點設在集控室，集控室內可設單先的公用系統(tǒng)操作員站而與單元機組相對先立；也可分別與單元機組DCS相連，通過單元機組DCS操作員站實現(xiàn)公用系統(tǒng)控制，該方案在減少輔助系統(tǒng)公用設施及值班員方面，在統(tǒng)一了控制系統(tǒng)設備而便于維護管理等方面具有明顯的優(yōu)越性。如上海外高橋電廠3、4號機組采用了輔助DCS，在集控室對除灰系統(tǒng)、除渣系統(tǒng)和凝結水精處理系統(tǒng)進行控制。以上較復雜的輔助系統(tǒng)控制如能順利實施，其它輔助系統(tǒng)控制應無問題。家電力公司已就輔助系統(tǒng)DCS設備研制課題進行立項研究，因此該方案可實施性很強，屬可供選擇的方案之一。當然，輔助系統(tǒng)無人值班是近幾年才提出的，可能有各種組合方案，在設計實施中會促進該項技術的迅速發(fā)展，為全廠控制網(wǎng)絡的建立打下良好基礎。8 廠級自動化系統(tǒng)的建立 DCS在充分有效地完成機組和輔助系統(tǒng)過程控制的基礎上，進一步發(fā)展和延伸的結果是實現(xiàn)全廠的管理功能，傳統(tǒng)的過程自動化滲透到信息管理領域而形成廠級自動化系統(tǒng)。廠級自動化系統(tǒng)是廠級生產(chǎn)過程自動化和廠級管理信息系統(tǒng)的總稱，它是建立在機組級自動化和輔助系統(tǒng)級自動化基礎上的全廠級自動化系統(tǒng)。 西門子公司、ABB公司及Foxboro公司等外著名DCS供應商均以DCS為支撐，開發(fā)出適合工廠級管理的自動化系統(tǒng)。以Foxboro為例，I/ASeries廠級自動化系統(tǒng)有機地將過程控制與廠級信息管理連接起來，將過程控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)和畫面實時地傳送給廠級自動化系統(tǒng)，提供給管理人員作為工廠管理和過程優(yōu)化控制的依據(jù)，即可實現(xiàn)性能計算、工廠實時運行狀態(tài)監(jiān)視、生產(chǎn)成本分析、統(tǒng)計過程數(shù)據(jù)、系統(tǒng)維護診斷及制定生產(chǎn)計劃安排等廠級管理功能。又如西門子公司在華能福州電廠已實施廠級自動化系統(tǒng)部分功能，系統(tǒng)硬件設備均由西門子公司生產(chǎn)，管理軟件也由其提供，包括現(xiàn)場管理系統(tǒng)(SMS)和電廠管理系統(tǒng)BFS 。SMS是先立于BFS 外的先立軟件，應用于福州電廠時統(tǒng)一在BFS 下。BFS 包括電廠實時信息監(jiān)控、檢修維護、材料備品備件管理和電廠技術資料文件管理等模塊。受宏觀政策影響，內發(fā)電廠在建設期間基本都未設計廠級自動化系統(tǒng)，許多電廠自投資開發(fā)了規(guī)模不等的管理信息系統(tǒng)(MIS)。以漢川電廠4×300MW機組為例，主要完成對發(fā)電生產(chǎn)設備維護、安全環(huán)保、計劃經(jīng)營、勞人辦公、黨紀工團、總務后勤和多種經(jīng)營等非實時管理功能。由于是自投資開發(fā)，所以內系統(tǒng)采用與DCS非一體化的硬件設備較多，且與DCS連接也較簡易，在廠級監(jiān)控信息管理方面有很大差距，遠遠跟不上2000年信息發(fā)展需求。 隨著全球范圍內掀起信息化時代浪潮，廠級自動化系統(tǒng)中的信息化已不單純是一個經(jīng)濟和技術概念，而是社會概念。作為新世紀初葉的大型發(fā)電廠，針對系統(tǒng)硬件組態(tài)和功能實施進行有效設計具有深遠意義。作為理想的系統(tǒng)設計，廠級自動化系統(tǒng)應與DCS形成有機的整體，但考慮到具體投資限制及內尚不規(guī)范情況，廠級自動化系統(tǒng)由內自行設計和開發(fā)是較好的途徑，且系統(tǒng)間接口連接是研究的熱點。9 結束語 2000年發(fā)電廠自動化設計發(fā)展的關鍵是DCS規(guī)模的擴大與潛能的進一步開發(fā)及全廠計算機網(wǎng)絡的建立。在目前DCS尚不能覆蓋全廠各個自動化系統(tǒng)階段，DCS與其它各系統(tǒng)間的接口尤為重要。同時，DCS物理分散所引起的設計更新對儀表和控制設計人員提出更高的要求。在2000年來臨后的相當一段時期內，新一代DCS必將成為實現(xiàn)大型火電廠高智能化控制和高效率化管理提供強有力的支撐，為自動化水平日益提高的發(fā)電運營帶來可觀的經(jīng)濟效益和社會效益。 參考文獻1 侯子良.關于廠級自動化概念的探討.熱工自動化信息,1998(1)#p#分頁標題#e#