热电厂dcs系统的设计与建造

热电厂dcs系统的设计与建造

张海奇

（国网能源神华和丰煤电有限公司新疆省塔城市834411）

摘要：热电厂装机容量受热负荷大小、性质等制约，机组规模要比目前火电厂的主力机组小很多。随着计算机网络产业的快速发展，热电厂的分布式控制受到领导层的重视与技术人员的青睐，该技术在国家的大型工厂运行中越来越普及。分布式控制系统(DCS)是工厂平稳运作的保证，它存在于各个节点与中心设备之中，为控制信息的高效、安全传输起着重要的支撑作用。

关键词：热电厂；DCS系统；控制信息

1热电厂的发展概述

热电厂由于既发电又供热，锅炉容量大于同规模火电厂。热电厂必须比一般火电厂多增设锅炉容量以备用，水处理量也大。分布控制技术的高速发展为热电厂管理工作与经济效益有着极为积极的现实意义。热电厂必须靠近热负荷中心，往往又是人口密集区的城镇中心，其用水、征地、拆迁、环保要求等均大大高于同容量火电厂，同时还建热力管网。

2DCS系统的设计与建造

2.1DCS系统的结构

分布式控制系统（DCS）是用于过程或工厂的计算机化控制系统，其中自主控制器分布在整个系统中，由中央操作者监督控制。这与使用集中式控制器的非分布式控制系统相反，非分布式控制系统的核心是位于中央控制室或中央计算机内的离散控制器。DCS通过直接控制工厂的生产功能提高了可靠性并降低了安装成本，而且能够进行远程监控生产过程。分布式控制系统首先出现在大型，高价值、安全很关键的过程工业系统中，DCS制造商提供本地控制级别和中央监控设备作为集成封装系统，从而降低设计集成风险。今天，SCADA和DCS系统的功能非常相似，但DCS倾向于在大型连续过程工厂中使用，其中高可靠性和安全性是重要的，并且控制室在地理上并不遥远。

DCS的关键属性在于系统中的节点周围的控制处理的分布的可靠性，这减轻了单个处理器故障。如果处理器出现故障，它只会影响工厂过程的一个部分，而不是影响整个过程的中央计算机的故障。这种局部于现场输入/输出（I/O）现场连接的计算能力分配还通过了消除可能的网络和中央处理延迟来确保有着快速的控制器处理时间。

DCS系统主要有五级结构。

0级包含现场设备，如流量和温度传感器，以及最终控制元件如控制阀。

1级包含工业化输入/输出（I/O）模块及其相关的分布式电子处理器。

2级包含监控计算机，从系统上的处理器节点收集信息，并提供操作员控制屏幕。

3级是生产控制级别，不直接控制过程，而是关心监控生产和监控目标。

4级是生产调度级别。

级别1和级别2是传统DCS的功能级别，其中所有设备都是来自单个制造商的集成系统的一部分。级别3和4不是传统意义上的严格过程控制，而是在生产控制和调度的地方。

2.2DCS系统的功能

DCS连接到传感器和执行器，并使用设定点控制来控制通过工厂的物料流。典型的应用是由流量计馈送并使用控制阀作为最终控制元件的PID控制器。DCS将过程所需的设定值发送到控制器，其指示阀操作，使得过程达到并保持在期望的设定点。大型热电厂有几千个I/O点，并使用非常大的DCS。然而，过程不限于通过管道的流体流动，并且还可以包括诸如造纸机及其相关质量控制，变速驱动器和马达控制中心、水泥窑、采矿操作、矿石加工设备等。在需要非常高的可靠性环境中中的DCS可以具有热切换故障的双冗余处理器，以增强控制系统的可靠性。处理器的节点和图形显示通过专用工业标准网络连接，并且通过在多种路由上的双冗余布线来增加网络可靠性。这种分布式拓扑还通过将I/O模块及其相关处理器放置在工厂附近来减少现场布线的数量。处理器从输入模块接收信息，处理信息并决定由输出模块发信号通知的控制动作，输入和输出可以是模拟信号，如“继电器触点”或“半导体开关”。虽然4-20mA是主要的现场信号标准，但现代DCS系统还可以支持现场总线数字协议，如Profibus、HART、Modbus、PCLink等以及其他数字通信协议如modbus。现代DCS还支持神经网络和模糊逻辑应用。最近的研究集中在最优分布式控制器的合成，它优化了一定很多现场传输方案。

2.3DCS系统的设计

燃料准备系统用于将煤输送到发电厂的输送系统在燃煤发电站中，来自储煤区的原料煤首先被压碎成小块，然后输送到锅炉，接着将煤粉碎成非常细的粉末。减速齿轮减速机是用于在停机后以非常低的速度旋转涡轮发电机轴的机构，当其完全停止时，如果允许涡轮轴保持在一个位置过长，则存在涡轮轴偏转或弯曲的趋势。这是因为涡轮机壳体内部的热倾向于集中在壳体的上半部分中，使得轴的上半部分比下半部分更热。

油系统辅助油系统泵用于在蒸汽涡轮发电机的启动时供应油，它提供蒸汽轮机主进汽阀、控制控制阀、轴承和密封油系统，相关液压继电器等机械所需的液压油系统。在启动期间涡轮机的预设速度下，由涡轮机主轴驱动的泵接管辅助系统的功能。使用在油密封的壳体中的氢气冷却，因为它具有任何气体的最高已知传热系数和其低粘度，这降低了风阻损失。

发电机高压系统现代实用连接发电机的发电机电压范围从较小单位11kV到较大单位30kV。发电机高压引线通常是大型铝通道，因为与用于较小机器中的电缆相比它们的电流高。它们被封装在良好接地的铝母线管道中并且被支撑在合适的绝缘体上。发电机高压引线连接到升压变压器，用于连接到高压变电站，以便由本地电网进一步传输。高压导线包括必要的保护和计量装置。因此，蒸汽涡轮发电机和变压器形成一个单元。较小的单元可以共享具有单独的断路器的公共发电机升压变压器，以将发电机连接到公共总线。

2.4DCS系统在火力发电中的应用

热电厂DCS系统开始从基于硬件的业务模式转变为基于软件和增值服务的转型。这是今天仍在进行的过渡。供应商提供的应用程序组合扩展，包括生产管理，基于模型的控制，实时优化，工厂资产管理（PAM），实时性能管理（RPM）工具，报警管理等，为了从这些应用获得真实价值，通常需要供应商也提供的相当大的服务内容。热电厂DCS的最新发展包括以下新技术，无线系统和协议，远程传输，记录和数据历史，移动界面和控件嵌入式Web服务器，DCS在工厂级别变得集中，具有登录到远程设备的能力。这使得操作者能够在热电厂级（宏）和设备级（微）上在厂内和厂外作为物理位置来控制，这是由于主要由于无线和远程访问已经收缩而导致的互连。随着无线协议的发展和完善，DCS越来越多地包括无线通信。DCS控制器现在经常配备嵌入式服务器，并提供移动网络访问。

3热电厂DCS系统的发展前景

热电厂设计的最大特点是化石燃料在这里占主导地位，某些火力发电厂还被设计为产生用于工业目的的热能，以用于区域供热或水的脱盐以及产生电力。化石能源经常在燃气轮机以及锅炉中燃烧，来自燃气涡轮机的废热以热废气的形式可以用于通过使该气体通过热回收蒸汽发生器（HRSG）来产生蒸汽，然后蒸汽被用于在联合循环中驱动蒸汽涡轮机提高整体效率。DCS系统能有效实现整理分析信息化数据，同一数据库上建立大量信息数据，根据自己的工作要求进行通讯建设，不同的工作人员能够将数据采集使用，使人力、物力、财力损耗减少，又保证新的数据能及时出现同步上传实现自动控制。为了将热电厂的生产能效最大地展现出来，优化热电厂的工作效率与高质量产能，需要加强管理，利用专门人才、高新技术来保证工程质量，这也是热电厂的工作重心。在工程的建设管理中，DCS系统起到了举足轻重的作用，结合实时的信息与数据，通过精准、有针对性的控制信息获取和系统的高效传输以及大型计算机的优化分析，分布式控制将会是未来大型工厂的科学有效的发展方案。

参考文献：

[1]刘峰.COM和OPC技术在工业组态软件中的应用[D].铁道部科学研究院.2000

[2]张春杰.热电厂集中供热网SCADA系统软件的组态式设计[D].大连理工大学.2000

[3]阎仲亭.千吨级非晶带材生产线自动控制及计算机管理系统[D].北京工业大学.2000

[4]林立志.基于Windows的控制软件包的研究与开发[D].华北电力大学.2000

作者简介：

张海奇（1984-12），男，汉，单位:国网能源神华和丰煤电有限公司