关键词：DCS应用：电气系统：控制方式
Application of DCS on electrical control of power plant
CUI Zhi—qiang ，YANG Zhong—biao
（1．Tieling Electricity—Generation Co．，Ltd．，Liaoning Huaneng Gruoup，Tieling 112000，China）
Abstract：Puts forward the targets to apply DCS on electrical control of power plant，which are，perfect and improve the supervision ability and level of electrical control；enhance the reliability of electrical control system ；make unit achieve complete centralized control operation．Analyzes the speciality and feasibility to realize every item of electrical control with DCS ．Probes into the compo sing mode of electrical control system applying DCS．
Key words：Distributed Control System application；electrical system ；control mode
1 电气控制进入DI 的目的
1）完善和提高电气系统的运行监控能力和水平．整台发电机组都采用现代化工具和手段实现高水平和完善的监控，更有利于实现整个发电机组的综合自动化，提高管理水平．目前，电气系统重要的运行参数和状态显示及操作已进入DCS，实现了DCS对电气系统的监视与控制，很好地实现了整个机组（机、炉、电）的综合自动化和厂级运行管理．
2）提高电气控制的可靠性．一是由于DCS自身具有很高的可靠性，而且可以通过配置冗余等形式的控制系统替代原有的固态逻辑和继电器，提高控制的可靠性；二是可以省去大量操作终端，避免如硬接线、开关、按钮等引起的故障；三是由于内部构成大量的联动逻辑，设置了操作闭锁和操作准许检查逻辑，减少了人为误操作的可能性。
3）达到完全集控运行的能力．由于全部电气的操作、监控都进入了DCS中，并与机组控制构成综合自动化系统，使运行人员可以在任一DCS的终端（CRT）上，对包括电气系统在内的整个机组进行监控和干预，使单元机组具有了以1名主值班员配若干辅助值班员进行运行监控的真正集控运行能力．
2 电气系统控制的特点
1）电气系统的测量量是电流、电压，其他参数如电度、功率、电抗、相位等都属于电流、电压的二次参数．测量的手段为PT、CT以及相应的电量变送器，状态测量只有开关的辅助接点，电气控制对象是断路器、开关、接触器，但对控制系统的输出直接动作的是电磁线圈．从输入、输出看比较简单，但是它们交叉在交流回路中，就对控制装置提出了更高的抗干扰要求．特别是对那些输入参量进行内部的二次运算处理比较麻烦，专业性也很强，这是电气控制系统从输入上对控制装置提出的特殊要求．目前的DCS装置还不具备直接接受PT、CT信号和进行电气系统要求的二次参量特殊处理的能力，通常只能接受变送器的信号．
2）电气参量的变化速度和异常状态的发展速度是ms级的，保护、连锁系统逻辑运算、输出动作也必须是ms级的．因此，电气控制对自动化装置本身的信号采集、运算处理速度要求也很高．如果要让DCS完成这些功能，则必须加快局部过程控制站的处理速度，过程控制站的处理速度加快，则处理能力和容量降低，必将导致硬件增加或者影响到其他功能的正常实现．
3）电气控制专项的功能．如发一变组、发电机励磁调节、故障录波、发电机自动同期等，其内部功能运算处理有很强的专业性，目前DCS内部可调用和组合的功能很难完全满足这种要求．
4）电气系统运行过程中操作量极少，过程参数的调节也很少，除励磁电压外几乎没有可调节的量，运行过程的异常状态大都是由保护装置自动处理的．电气系统的正常操作是对电气局部系统和装置的切投、运行方式的切换．这类操作频率低，操作的速度响应要求也不高，但是对操作的准确性要求高．
5）随着微电子技术和数字控制技术在电站的广泛应用，电气控制装置的数字化、微机化已有长足的发展．针对电气控制系统特点，开发研制的以微处理机为核心的电气控制装置，如微机发一变组保护装置、微机励磁调节装置、微机故障录波器、微机自动同期装置等．经过多年反复的研制、试验、完善，其性能、功能、实用性比I）CS更适合电气系统，可靠性也已不低于DCS．
3 控制方式探讨
结合DCS及电气控制系统与装置的现状，可以得出DCS实现电气控制的基本原则应该是，电气控制的核心功能要充分应用原有的专用微机数字化装置来实现．如发一变组保护、发电机励磁调节、故障录波等，这些装置和系统的工作状态、动作结果、经过装置处理后数字化的输入信息，就是通过通讯方式送人DCS中的。同时要保证这些控制系统在功能上自成安全独立运行的体统，脱离DCS，无须外部干预就可以保证电气系统运行安全．
目前DCS已经能够实现的功能，就应该在DCS中实现，许多厂家的DCS中已有相应的模件，而且这些功能的实现和汽轮机的数字电液调节系统（DEH）密切相关，使用D 实现这些功能有利于减少通讯量和I／0点，更经济可靠一些．系统和装置各自的投切逻辑，可以选用PLC实现．这一类控制逻辑关系比较简单，但I／O量比较大，使用PLC比较经济，而且可以和I）CS进行数据通讯．为了提高可靠性，可采用冗余方式配置控制系统，而内部的运算速度可以人为设置．另一方面，在新建工程中，当DCS没有完善前，还可以通过PLC的面板操作键盘或者随机带的编辑器，对控制对象进行临时操作，作为画面操作的后备．
电气系统（包括上述各功能系统）的运行状态、运行过程的参量以及电气系统其他运行信息的显示、报警、记录，都在DCS中进行和热工信息一样的处理，实现画面显示、声光提示和打印输出；各种远方操作进入DCS，通过CRT进行鼠标操作，并可以在DCS中设置操作准许、闭锁等防误逻辑．除发电机主开关、灭磁开关跳闸按钮、发电机功率仪表等后备设备外，可以取消电气操作台盘．电气系统进入DCS的输入信息和I）CS输出的指令应当尽量采用通讯方式进行，这样有利于节省DCS的I／O点硬件和电缆．另外，输入I3C5的这些信息，将用于机组综合控制和全厂信息系统．如机组自启停控制系统，在机组启动前，综合检查包括电气系统在内的整个机组的启动条件，当汽轮机接近额定转速时，启动励磁系统，定速后启动自动同期装置，进行发电机与电网并列；到一定负荷时再自动或由运行人员干预进行厂用电的切换；停机时主控回路发出相应指令，直到关闭电气系统、电气系统这样进入DCS具有如下特点．
1）可以完全达到前面讨论的电气控制进入DCS的目的．
2）实现了另一种形式的分散控制，即信息集中．虽然这种分散控制系统的构成是由不同厂商的设备组成的，但是，只要处理合适，解决好通讯问题，这样构成的整体控制系统也是真正的分散控制系统．
3）充分发挥出了专门控制装置的优势和数字化装置的通讯优势，使系统总体构成更合理、实用、经济，可靠性更高．
4）电气控制和热工控制的界面仍比较清晰，便于按传统的专业化系统设计、调试、维护和检修。
4 DCS网络配置
DCS网络在结构上解决了传输介质或传输设备故障后引发的网络连通问题，从而大大提高了网络的可靠性．采用双网冗余结构，在环网的基础上又加了一道保险，形成冗余容错网．采用光纤作为传输介质，解决了通讯电缆抗电磁干扰性能差的问题，也为建立远程控制器之间的通讯创造了条件．网络结构如图1、图2所示，图1为某DCS控制系统，图2为IsA总线．在网络节点的分布上，遵循节点间点对点通讯相对独立的原则．以太网交换机具有根据网络数据的地址对各端口的数据进行分流的功能，而不像网络集线器（HUB）那样，各个端口上充斥着相关与无关的数据包．冗余DPU之间存在着点对点的实时数据跟踪和拷贝．通过将相关的冗余DPU连接在同一交换机上，各个冗余DPU之间的点对点数据传输在本地的交换机上直接转发，减轻了主干网的网络负荷．
5 需要注意的若干问题
1）系统设计的配合问题．在传统的DCS设计中，DCS结构设计、容量、规模选择、功能分配与D 厂家的技术联络都是由热控专业完成的，电气专业和热控专业的配合很少．原先部分电气量进人DCS，是由电气专业设计变送器，选好状态，列出清单、明细，交由热控专业进行分配．实际上这些进入DCS的量，电气的专业性很弱．而电气控制进入D（ 后，部分逻辑功能要在I）（ 中实现，有些电气专业性很强的功能，特别是机组综合控制的逻辑功能设计、电气控制功能在DCS中的分配、位置选择等，必须要由2个专业共同配合完成．电气专业还必须和DCS厂家配合，进行相关的技术谈判，深人了解DCS的特点，提出电气控制进入DCS的特殊要求，以便DCS的生产厂家在硬件配置、软件制作、系统功能组态时考虑．另外，还要负责DCS和独立的电气控制装置的数据通讯协议的建立等工作．
2）电气控制功能的分配．电气系统的控制逻辑、参数设置、固定的东西多，一次调试合适后重复的工作少，而且一个系统运行（带电）后，可能很长时间或多年不允许退出；而热工的控制逻辑和设计参数变化的东西多，重复工作多，任何一处功能或者任意一个整定参数的修改，必须由工程师站对过程控制站进行代码的传输．由于大部分的DCS不具备在线传输功能，因此，在传输过程中可能发生该站部分输出状态处于任意状态．那么只要电气控制和热工控制项目设在同一过程站中，对热控功能或参数的修改都可能导致电气系统误动．所以，在DCS中进行电气控制功能过程站的分配时，必须注意这一问题．另一方面，对于新建机组，厂用电授电往往要早于DCS的复原、带电．电气控制的操作功能进入DCS后，这是一个很突出的矛盾．特别是新建工程的首台机组，厂用电授电时，DCS尚在安装，根本不具备带电的环境和条件．因此，也需要在过程站分配时考虑，以便提前局部带电，临时投入厂用电的控制、保护．否则就要设置相应的后备操作．
3）装置时钟配合问题．按照前面讨论的电气控制进入DCS的原则，整个机组的控制装置是由DCS和若干独立的微处理机和数字装置组合构成的．各种独立的装置都有自己的时钟，而且，从现实的情况看，不少装置在设计时没有考虑和外界进行时钟的配合问题．这就需要在实际工程中统一考虑，或者制定相应的对接办法．否则，系统中带时标的信息将会发生紊乱．
4）系统调试问题．电气控制系统进人DCS后，由于增加了不少电气与热控相互配合的工作，造成调试的分工、配合、技术重点、组织方法、措施都有差异．一方面，以前热控系统的控制对象是热机系统，热控人员对机务系统的了解较清楚，机务人员和热控人员分工很明确，DCS内部的调试都由热控人员完成电气控制．进人DCS后，热控人员对电气系统不熟悉，电气人员对DCS不熟悉，因此，两者配合更重要．为了便于发挥各自专业优势，热控人员应该负责DCS装置和所有电气信息的处理及功能调试，连锁、保护逻辑功能调试应由电气人员完成，全部的电气控制功能应由电气人员负责试验．另一方面，电气系统的信息大部分是通过通讯方式进入DCS的，因此，通讯设施的合理性、可靠性就成为整个系统正常工作的前提，也是系统调试的技术难点．既使在理论上没有问题的通讯方式，也必须经过调试双向组态优化，从整体系统的角度分配各个系统的通讯时段、周期、速率，每一周期的发送量以及中断方式和信息优先级别等．否则，必将造成信息丢失、阻塞、死机等的不良后果．另外，厂用电授电和DCS的带电矛盾，也是需要调试解决的特殊问题．应在调试准备阶段按具体隋况提出相应的技术、安全措施，保证厂用电系统安全过渡，同时确保机组安全稳定运行．
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（转载）
