淺析電廠(chǎng)集控設計與運行技術(shù)論文
1 電廠(chǎng)集控運行概述
1.1 集散控制系統
集散控制系統(Total Distributed Control System)，以下簡(jiǎn)稱(chēng)DCS系統，是以微處理器為基礎的全分布式控制系統。自20世紀70年代第一套DCS系統問(wèn)世以來(lái)，已經(jīng)在工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域獲得了廣泛的應用，遍及冶金、石油化工、紡織、制造和電力等行業(yè)。
該系統的主要特征在于集中管理和分散控制，隨著(zhù)電子信息技術(shù)的發(fā)展，DCS系統向著(zhù)網(wǎng)絡(luò )化、實(shí)時(shí)化、高集成方向發(fā)展。DCS系統的產(chǎn)品繁多，但從系統組成來(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)現數據交換。
1.2 運行條件
作為電場(chǎng)生產(chǎn)環(huán)節當中的重要組成部分，要實(shí)現DCS系統需要計算技術(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，包括不斷電的電源系統、溫濕度控制系統、接地系統、集控室以及合理的線(xiàn)路布置。
1.3 系統特點(diǎn)
�、贅藴驶�、模塊化、通用化。DCS 系統是常規控制系統的延伸，在軟硬件方面使用模塊化設計，可適應多種不同的生產(chǎn)過(guò)程，同時(shí)采用大量標準化、通用化的技術(shù)，如PC機、PLC、操作平臺等，使系統具有很高的兼容性。②控制能力。DCS 系統當中通過(guò)軟件實(shí)現控制功能，不僅具備常規控制系統的控制功能，還可通過(guò)優(yōu)化控制算法提高控制能力，提高系統的穩定性。③人機互動(dòng)。DCS系統使用圖形顯示系統和計算機外設(鍵盤(pán))進(jìn)行操作，直觀(guān)反映現場(chǎng)信息，值班人員可隨時(shí)查看任意畫(huà)面，同時(shí)通過(guò)外設鍵入指令，對生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行調整。這種調整具有實(shí)時(shí)性，實(shí)現這一特點(diǎn)的關(guān)鍵在于分散過(guò)程控制層和通信系統。
2 電廠(chǎng)集控設計
某電廠(chǎng)擬安裝2套發(fā)電機組，其中1號機組汽輪機1臺，鍋爐2臺;2號機組汽輪機1臺，鍋爐1臺。
2.1 系統設計
2.1.1 結構方案。DCS系統的設計應能夠覆蓋擬安裝的2 套發(fā)電機組以及溫度控制、濕度控制、減溫減壓站、公用系統等對象，實(shí)現集中遠程控制。系統結構層次以圖1所示為參考，設現場(chǎng)分布過(guò)程控制層、集中操作與監控層、綜合管理層。組件多組雙CPU冗余服務(wù)器，3號鍋爐安裝FSSS(鍋爐爐膛安全監控系統)。2套發(fā)電機組通過(guò)控制線(xiàn)纜分別接入6套AS控制站，公共系統等通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)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
�、俜植际竭^(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),設置6組冗余控制器分別控制2套機組及公用系統等。鍋爐控制器使用3組CPU417-4H，汽輪機控制器采用2組CPU417-4H，公用系統采用1組CPU417-4H，使用PS407電源，通訊模塊使用CP443-1、SM321、SM322、SM331、SM332 和ET200M等。
�、诓僮鞴芾韱卧�。操作管理單元的工程師站的主要設備為戴爾工業(yè)控制計算機，采用西門(mén)子Step7V5.3編程平臺，程序需要具備數據采集功能、回路控制功能、連鎖控制功能、流量累計功能等。操作員站的工作平臺統一為戴爾工業(yè)控制計算機，分配6臺計算機控制鍋爐，每臺鍋爐分配2臺，汽輪機和公共系統由剩下的3臺計算機控制并互為冗余，3臺計算之間均可進(jìn)行數據交換。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)節點(diǎn)的簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò )，數據傳輸速率187.5Kbit/s。CPU可以通過(guò)通信總線(xiàn)與總線(xiàn)上的節點(diǎn)以及MPI 上的節點(diǎn)建立64 個(gè)連接。DP 專(zhuān)用接口為PROFIBUS總線(xiàn)，可實(shí)現冗余、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ET200M 從站分配獨立的IP(PROFIBUS-DP 站地址)，配置CP5611TO通訊卡，分配獨立IP。各層級當中的通信網(wǎng)絡(luò )為同一個(gè)網(wǎng)絡(luò )當中的不同網(wǎng)段。線(xiàn)材采用專(zhuān)用DP線(xiàn)，保證通訊質(zhì)量。
�、軐�(shí)現功能。一是主畫(huà)面控制。主畫(huà)面顯示生產(chǎn)流程當中的各個(gè)環(huán)節檢測值和設備運行情況，按生產(chǎn)流程依次顯示。同時(shí)，給每一個(gè)控制回路設計獨立控制面板，顯示方式為彈出。用戶(hù)可點(diǎn)擊主畫(huà)面當中的相應控制鍵進(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、調整參數等操作。二是顯示歷史曲線(xiàn)。對液位、溫度、流量、壓力等進(jìn)行歷史曲線(xiàn)顯示。三是報警。若系統當中出現故障，系統會(huì )給出提示，提示內容包括軟硬件的故障信息。其中，軟件故障信息包括調節超時(shí)、檢測值超限等用戶(hù)自定義的故障;硬件故障則包括通信故障、無(wú)法啟動(dòng)電機等。四是參數集中顯示。以表格的形式根據用戶(hù)需要集中顯示過(guò)程控制當中的重要數據，方便用戶(hù)了解現場(chǎng)運行情況。五是參數設置。參數設置只能在工程師站進(jìn)行，并且需要相應的控制權限，用于修改重要參數如PID控制參數等。六是打印報表。累計班別生產(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)節產(chǎn)生的控制信息、監控信息的集散地。承擔著(zhù)生產(chǎn)指揮、調整、操作和監控的任務(wù)，布置大屏幕、電視監控和緊急停車(chē)等備用手動(dòng)操作裝置，方便全電廠(chǎng)的信息交互和展示。整體規劃，按美觀(guān)原則布局。
3 集控運行注意事項
3.1 建立良好的集控運行環(huán)境
DCS在運行當中對外部環(huán)境十分敏感，良好的外部運行環(huán)境對于DCS系統的安全性、可靠性、穩定性有著(zhù)積極的影響。若對外部環(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電源不穩定或接地系統不合理等;③電纜屏蔽措施不到位，易引發(fā)DCS系統誤操作。這些問(wèn)題應高度重視起來(lái)，一旦有故障出現，應及時(shí)停機維修，確保系統安全。組建專(zhuān)門(mén)的集控室操作組，安排經(jīng)驗豐富、專(zhuān)業(yè)技術(shù)實(shí)力強、懂設備的專(zhuān)業(yè)人員負責監控DCS的運行情況。集控室應營(yíng)造成整齊、柔美、明亮、優(yōu)雅的環(huán)境，給予集控室內的工作人員舒適的`工作環(huán)境。
3.2 加強設備管理
首先，明確集控運行與生產(chǎn)的界限，劃分設備權責，從制度上清除設備管理死區、盲區;其次，建立備用通信信道，電廠(chǎng)與集控運行中心間的通信信道、協(xié)議、設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建立備用通信信道，同時(shí)加強通信系統的維護與管理;再者，堅持預防為主、安全生產(chǎn)，不放過(guò)設備的任何一點(diǎn)細微變化，實(shí)時(shí)了解設備動(dòng)態(tài)，制定應急方案，防患于未然;最后，重視DCS 系統軟硬件的更新維護，軟硬件是DCS 系統的核心組成部分，其良好的運行狀態(tài)是確保DCS系統安全、穩定運行的保障。
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(chǎng)DCS系統的運行也需要專(zhuān)業(yè)的人才，確保DCS系統發(fā)揮出最大的效用。其一，權責分明，確保DCS系統安全、穩定的運行，DCS系統以微處理器為基礎，依靠軟件實(shí)現信息交互和分布式控制。因此，不可出現人為的隨意操作，明確操作人員職責，確保軟件、硬件的良好運行狀態(tài)。其二，24h全天候作業(yè)，規劃好工作人員班次，這是由電廠(chǎng)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(cháng)效培訓機制，確保每一名在崗人員均具備相應的專(zhuān)業(yè)素質(zhì)和技能。
4 結語(yǔ)
DCS系統對于電廠(chǎng)的自動(dòng)化生產(chǎn)有著(zhù)十分顯著(zhù)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(chǎng)生產(chǎn)管理有了突破式的發(fā)展。因此，本文對DCS系統的設計進(jìn)行了簡(jiǎn)要的探討,突出了DCS系統的基本構成，并總結了該系統的運行條件及注意事項，而其關(guān)鍵就在于良好的外部環(huán)境、優(yōu)秀的設備管理以及人員配置管理。穩定、可靠的DCS系統，對于電廠(chǎng)發(fā)電機組的正常運行、故障處理和安全啟停有著(zhù)重要的作用。
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